生態(tài)系統(tǒng)中，植物通過光合作用固定太陽能以供給消費者。植物死亡后其殘體輸入土壤，形成土壤有機碳庫，構(gòu)成土壤主要能量來源。土壤有機碳能量大小與有機碳自身特性和多元素循環(huán)相關(guān)。而土壤持留能量的能力受何種因素調(diào)控及其與多元素耦合和有機碳自身特性的關(guān)聯(lián)等尚不明晰。中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所研究員張仲勝團隊以長白山為研究對象，系統(tǒng)調(diào)查并對比分析了長白山不同海拔及植被帶中土壤與枯落物熱值、土壤有機碳分子特性與多樣性以及土壤多元素耦合組成特征，揭示了多元素耦合與有機碳分子特征對土壤能量持留能力的控制機理。研究發(fā)現(xiàn)，長白山土壤和枯落物平均能量水平分別為565cal/g和3799cal/g，土壤/枯落物比例在6.28%~43.65%之間變化，平均為14.74%；不同植被帶土壤和枯落物之間存在差異。研究通過應用熱裂解-氣質(zhì)聯(lián)機解析土壤有機碳分子結(jié)構(gòu)特征，并在長白山土壤中鑒定出635個分子結(jié)構(gòu)。有機質(zhì)分子多樣性在1.81~4.17范圍內(nèi)變化，針葉林中有機質(zhì)分子多樣性低于其他植被帶。研究計算12種元素的耦合系數(shù)發(fā)現(xiàn)，耦合系數(shù)在5.25~24.56間變化，平均為9.88。進一步，分析發(fā)現(xiàn)，海拔與枯落物、耦合系數(shù)與枯落物和土壤、有機質(zhì)分子多樣性與土壤均呈正相關(guān)，耦合系數(shù)與土壤相關(guān)系數(shù)最高，海拔與枯落物相關(guān)系數(shù)最低，有機質(zhì)分子多樣性僅與枯落物呈正相關(guān)。這一研究報道了山地生態(tài)系統(tǒng)中土壤隨海拔高度存在差異，證實了土壤有機碳含量與土壤呈正相關(guān)，發(fā)現(xiàn)了有機質(zhì)蘊含的能量值隨海拔高度增加。VPA分析證實，耦合系數(shù)對土壤的影響最大，耦合系數(shù)可單獨解釋土壤變化的19%，耦合系數(shù)與環(huán)境因素結(jié)合可以解釋20%的土壤變異性。環(huán)境因素或有機質(zhì)分子多樣性單獨對土壤變異的解釋能力分別為9%和1%。而耦合系數(shù)、有機質(zhì)分子多樣性和環(huán)境因素聯(lián)合可解釋60%的土壤變異性。SEM模型顯示，海拔、耦合系數(shù)和有機質(zhì)分子多樣性均對土壤具有正效應。影響順序為耦合系數(shù)>海拔>有機質(zhì)分子多樣性。上述研究將土壤有機碳視為能量的“攜帶者”與“儲存池”，揭示了土壤中多元素耦合對能量固持具有主要調(diào)控作用，可深化科研人員對生物地球化學研究中物質(zhì)循環(huán)與能量傳遞之間耦合機理的認識。近期，相關(guān)研究成果在線發(fā)表在Catena上。研究工作得到國家自然科學基金等的支持。論文鏈接