森林植被發育過程中，植物殘體基質組成以及土壤微生物群落結構均相應改變，導致土壤團聚體分布發生變化，從而對土壤有機碳固存和穩定性產生顯著影響。因此，開展土壤團聚體不同顆粒中有機質的含量和降解程度的研究，對森林群落發育下土壤碳截獲過程和機制研究具有重要意義。土壤團聚結構和穩定性受植物根系生長周轉和真菌菌絲纏繞等因素影響，且根系和微生物亦調控著土壤有機質的輸入和分解。近年來科研人員通過對全土和不同土壤組分中難降解化合物的分析，研究了不同植被類型對土壤有機質變化的影響。然而，對根系周轉、微生物組成、植物殘體化學組分和團聚體分布之間的相互作用尚缺乏全面認識。
中國科學院沈陽應用生態研究所界面生態組（張軍輝團隊）以源自植物組織的木質素作為特征指標，以長白山闊葉紅松林5個發育階段土壤中大團聚體、微團聚體和粘粉顆粒為研究對象，采用CuO氧化法和氣相色譜-質譜聯用技術測定了各土壤顆粒中木質素酚類化合物的種類、數量和氧化程度。且結合根系生物量、周轉速率及微生物種類和數量等林地其它參數，采用空間替代時間的方法，系統分析了土壤團聚體對植物源有機質的保護作用隨闊葉紅松林發育的變化機制。
結果發現，在先鋒樹種林地中，2-8 mm的大團聚體占全土干重的45.17-59.87%，其有機碳含量為全土有機碳的40.22-60.89%。闊葉紅松成熟林土壤中小型大團聚體（0.25-2 mm）的質量分數和有機碳含量增加，且與其他林地相比，該林地全土和團聚體中木質素氧化程度較低（圖1）。在239年老齡林的全土中碳和木質素含量達到最高，但其土壤團聚結構最差，有56.18%的有機碳和84.17%的木質素集中在粘粉顆粒中。結果表明，闊葉紅松林發育過程中，隨著植物殘體化學組成、細根生物量和周轉速率、微生物生物量的變化，土壤有機碳的固持和木質素的保護作用逐漸從大團聚體轉移至粘粉顆粒，從而促進植被發育下有機碳的長期積累。本研究以木質素作為橋梁，揭示了土壤團聚體的碳固持與植被變化驅動的植物殘體碳輸入之間的密切聯系。
研究結果以“Variation in soil lignin protection mechanisms in five successional gradients of mixed broadleaf-pine forests”為題于作為封面文章發表在Soil Science Society of America Journal（圖2）上。沈陽生態所馮月助理研究員為第一作者，河南大學韓士杰教授為通訊作者，沈陽生態所張軍輝研究員等為合作作者。該研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃等多個項目的支持。
圖1 闊葉紅松林發育各階段林地全土和團聚體顆粒中木質素酸醛比（a）和木質素不同酚類單體比值（b）。
圖2 土壤學期刊Soil Science Society of America Journal第84卷、第1期封面，所選圖片為先鋒樹種林地。
