中国温带草地土壤有机碳固存潜力与形成效率研究

《Science Bulletin》：The soil organic carbon sequestration potential and formation efficiency of China’s temperate grasslands

　　本研究通过2000公里野外调查与机器学习相结合，首次绘制了中国温带草地矿物结合态有机碳（MAOC）的"碳亏缺"空间分布图（0.78±0.08 Pg C），揭示细颗粒含量和年均温是主要控制因子，并创新性采用13C同位素标记证明碳亏缺区域因生物地球化学退化导致MAOC形成效率降低，为草地碳汇精准管理提供了理论依据。

　　

Highlight

长期争论草地作为碳汇的作用，主要源于对气候变化和人类活动如何影响矿物土壤稳定额外有机质能力的不完全理解。关键障碍是缺乏反映未实现但可能获取的MAOC储存容量的定量指标。为解决这一空白，我们应用矿物学碳亏缺概念，定义为当前MAOC含量与其估计饱和容量之间的差异。这一指标直接量化了通过矿物结合实现长期碳稳定的未填充容量。

Discussion

我们的研究揭示了中国温带草地表层15厘米土壤中存在显著的矿物学碳亏缺，总计0.78±0.08 Pg C。随机森林分析表明，这种亏缺主要受细颗粒含量控制，其次是年均温。结构方程模型进一步显示，人类干扰通过减少细颗粒间接降低亏缺，而年均温则通过改变土壤化学和减少植物覆盖增加亏缺。最大亏缺出现在退化和干旱区域。

同位素示踪实验提供了关键机制见解：MAOC形成效率随碳亏缺增加而下降。高亏缺土壤同时表现出生物地球化学退化特征，包括较低的SOC、氮含量和微生物生物量，这些因素共同限制了碳稳定过程。这一发现解释了为什么单纯增加碳输入在退化草地中可能无法有效提升稳定碳库。

Conclusion

综合来看，我们的研究提供了土壤碳固存潜力的空间显式评估，强调了退化如何约束SOC形成，并识别出针对性恢复和气候减缓的优先区域。研究结果支持将矿物学碳亏缺作为指导草地管理决策的有用指标，特别是在退化生态系统的恢复规划中。