《Frontiers in Microbiology》：Legume cover under Camellia oleifera forests enhances understory biomass carbon storage and soil CO2 flux but declines soil inorganic carbon storage on a karst steep slope
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本研究发现，在喀斯特陡坡油茶（Camellia oleifera）林中，豆科覆盖（以紫花苜蓿为代表）显著提升了林下植被地上和根系生物量碳储量（p=0.0002），并增强了土壤CO2通量（p=0.0002）及全球增温潜势（GWP，p=0.0002），但导致土壤无机碳储量显著下降（p=0.0003）。研究首次揭示了植被碳储量与土壤无机碳储量间的权衡关系（Spearman r=?0.69至?0.62），为喀斯特地区碳智能农业管理提供了关键依据。
引言
全球果园面积和水果产量在2000年至2019年间分别增长约22%和54%，果园水果产量占全球作物产量的近三分之一。然而，由于管理不善，果园系统比谷物系统释放更多温室气体，加剧全球变暖。果园覆盖作物作为一种重要、环境友好且可持续的管理措施在全球广泛应用。尽管覆盖作物在核桃、苹果、柑橘等果园中的效果已得到充分研究，但其在油茶林中的作用仍不清楚。现有研究多关注覆盖对上层植被（如水分利用效率、生长、果实产量和品质）的影响，而对林下植被碳储量、土壤无机碳储量和温室气体通量的研究较少。本研究旨在填补这些知识空白，通过比较豆科覆盖（紫花苜蓿）和无覆盖条件下油茶林的植被与土壤碳储量、土壤温室气体通量及全球增温潜势，并探讨林下植被、土壤理化性质和微生物群落作为潜在驱动因素的作用。研究假设包括：覆盖提升林下植被生物量碳储量、增强土壤CO2通量，并减少土壤无机碳储量。
材料与方法
研究区域位于中国贵州南部高原望谟县，属亚热带季风湿润气候，春季和秋季易旱，夏季炎热多雨。在油茶林的陡坡（坡度20°）上设置了8个豆科覆盖（CC）样方和8个相邻无覆盖（NC）样方。测量了土壤温度、林下植被物种丰富度、生物量碳储量、土壤有机碳和无机碳含量、温室气体（CO2、CH4、N2O）通量及全球增温潜势。同时分析了土壤理化性质（如pH、氮磷钾含量、微生物生物量碳）和酶活性，并利用高通量测序技术研究了土壤细菌和真菌群落的组成、多样性、组装机制、生活史策略及网络稳定性。
结果
覆盖显著改变了碳储量和温室气体通量。CC样方的林下植被地上和根系生物量碳储量显著高于NC（p=0.0002），但土壤无机碳储量显著低于NC（p=0.0003），而土壤有机碳储量无显著差异。CC的CO2通量（p=0.0002）和全球增温潜势（p=0.0002）更高，但N2O通量更低（p=0.0210）。此外，CC提高了林下植被物种丰富度（p=0.0104）、土壤毛细孔隙度、水分含量、铵态氮、硝态氮、可利用磷、溶解性有机碳和多种酶活性，同时降低了土壤温度、容重、非毛细孔隙度、pH、总钾、总镁和微生物碳利用效率。微生物方面，CC降低了细菌多样性（如观察到的ASVs和Pielou均匀度），但提高了细菌群落稳定性和网络稳定性，并改变了微生物组装机制（如增强均质化扩散）和生活史策略（如细菌资源获取策略增强）。
讨论
覆盖通过减少土壤径流和侵蚀，改善了土壤物理性质（如增加毛细孔隙度和水分含量）和化学性质（如提高养分有效性），缓解了微生物的碳和磷限制。然而，覆盖导致的土壤pH下降和水分增加可能促进了无机碳的溶解，从而减少其储量。研究首次揭示了林下植被碳储量与土壤无机碳储量间的权衡关系，这种权衡在管理多碳库时需谨慎考虑。尽管覆盖增加了CO2通量和全球增温潜势，但林下植被碳储量的增益（71.51 g/m2）超过了土壤无机碳的损失（37.36 g/m2），表明从碳储量净增益角度，覆盖仍具优势。微生物驱动分析显示，植被生物量和丰富度是CO2通量和全球增温潜势的主要贡献者，而微生物网络稳定性和生活史策略变化也发挥了关键作用。
结论
在喀斯特陡坡油茶林中引入紫花苜蓿覆盖，虽能提升林下植被碳储量、改善土壤性质和微生物稳定性，但会加剧土壤CO2排放和全球增温潜势，并导致无机碳流失。研究强调，在碳智能农业实践中需平衡植被碳增益与无机碳保存的矛盾，以实现真正的多碳库效益。未来管理策略应着眼于缓解这一权衡，优化喀斯特生态系统的碳 sequestration 潜力。
