氣候變化和人類活動顯著改變了凋落物（自然界植物在生長發育的過程中所產生的新陳代謝產物，比如散落在地表面上的死亡和分解的植物枯枝落葉）的數量和質量，進而影響土壤呼吸—土壤向大氣釋放碳的最大通量。然而，凋落物輸入變化如何通過調控土壤胞外酶活性影響碳循環，尤其是長期效應如何，仍不明確。

為此，我們研究了凋落物輸入變化下土壤纖維素酶與木質素酶活性的響應規律及其對土壤呼吸的調控機制。研究結果表明，凋落物添加使土壤纖維素酶活性顯著提高25%，而凋落物移除則降低其活性26%；木質素酶活性在兩種處理下均無顯著變化。進一步分析表明，纖維素酶活性變化與土壤呼吸速率呈顯著正相關，而木質素酶活性則無此關聯。這一結果表明，凋落物輸入變化對土壤呼吸的影響主要通過調控易分解碳庫（如纖維素），而非結構復雜的木質素碳庫。值得注意的是，凋落物處理時間越長，對纖維素酶活性的影響越小。因此，凋落物添加對土壤呼吸的促進作用隨實驗持續時間延長逐漸減弱，而移除的抑制作用也呈現類似趨勢。這表明，生態系統可能通過自我調節機制抵消凋落物輸入的短期擾動，長期土壤呼吸變化可能被高估（圖1）。

該成果從土壤胞外酶角度揭示了凋落物輸入變化影響土壤呼吸的微生物機制，明確了纖維素酶在土壤碳循環中的主導作用。研究強調，地球系統模型需納入土壤胞外酶活性動態響應機制，尤其是在全球變化引起的凋落物輸入變化背景下，以提高對土壤碳動態預測的準確性。

上述成果發表在國際著名期刊Agricultural and Forest Meteorology。研究得到國家自然科學基金、深圳市科技計劃項目等支持。中山大學陳浩副教授為第一作者，中國科學院地球環境研究所陳驥研究員為唯一通訊作者。

Chen, H., Xu, Q., van Groenigen, K.J., Hungate, B.A., Smith, P., Li, D., Moorhead, D.L., Osborne, B.B., Ma, Z., Olesen, J.E., Wang, C., Liu, J., Sun, X., Chu, C., and Chen, J. (2025), Linking soil extracellular enzymes with soil respiration under altered litter inputs. Agricultural and Forest Meteorology.

https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2025.110503

圖1. 凋落物添加和凋落物去除如何通過調節土壤纖維素酶和木質素酶活性影響土壤呼吸