Nature | 植物多样性增加了森林土壤碳氮积累
森林土壤储存的碳(C)至少是活体植物的三倍，森林土壤碳库对于维持土壤肥力和调节全球气候变化至关重要。此外，土壤氮(N)储量在支持土壤氮循环和氮有效性方面具有重要作用，从而促进了森林生态系统中的碳同化和植物生长。全球植物多样性正在迅速下降，导致生态系统功能的退化，包括土壤的功能。局部尺度的研究表明，较高的植物生物多样性增加了土壤C和N库。然而，基于生物多样性操纵实验的植物多样性与土壤碳、氮储量之间的正相关关系是否可以外推到复杂的、非实验性的自然森林生态系统中仍然存在争议。该研究利用结构方程模型（SEM）分析加拿大国家森林（NFI）数据库，研究了自然森林中树木多样性与土壤碳、氮积累的关系。
图1 植物多样性、特性、林龄、气候和土壤条件对树木生产力和土壤碳、氮储量的直接和间接影响路径
研究结果表明，在气候和土壤条件的控制下，较高的植物多样性与更大的土壤碳、氮积累有关。研究还发现，通过促进树木的均匀性和功能多样性可以显著提高有机层和矿物层的碳、氮积累。这一发现强调了在生物多样性--生态系统功能关系中考虑除物种丰富度以外的生物多样性指标的重要性。这些发现在某种程度上证明了生物多样性操纵实验推论的有效性，并支持了生物多样性在维持地球生态系统功能中发挥着重要作用的结论。研究结果还表明，木材密度较高、最大树高较低的森林具有较大的有机质层厚度，从而导致土壤碳积累。这表明，木材密度高的树种可能产生更顽固的木材和树皮凋落物，导致更多的凋落物C在有机层中积累。另外，土壤条件在控制土壤碳、氮积累方面起着主导作用，在矿质层C和N含量较高的林分中土壤碳、氮的积累较低，表明饱和效应影响了矿质层土壤碳、氮的积累。
图2 树木多样性、气候和土壤条件对有机土壤碳、氮储量年际变化影响的结构方程模型
图3 树木多样性、气候和土壤条件对矿质层土壤碳、氮储量年际变化影响的结构方程模型
该研究强调，促进树木功能多样性不仅能增加地上功能，还能减缓全球气候变化，减少土壤退化。另外，该研究首次在大空间尺度上证明树木多样性对土壤碳、氮积累的长期影响，并指出利用森林进行碳、氮封存具有重要意义。
DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-023-05941-9
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