土壤有机碳稳定指标对24年间土地利用变化在不同土层深度下的敏感性

《Geoderma》：Sensitivity of soil organic carbon stabilization indicators to 24 years of land-use change across soil depth

土壤有机碳（SOC）稳定性指标在不同耕作制度下的垂直分布及动态响应。通过同位素（14C和δ13C）、矿物关联有机碳（MaOC）、热解（Rock-Eval?）和生化指标（氨基酸糖MNC、GRSP）分析，评估了自然草地与两种耕作系统（有机和常规）下SOC稳定性随深度的变化。研究发现，耕作显著影响SOC年龄和δ13C，导致耕作层（0-30 cm）中稳定SOC（C_S）比例增加27%，而MaOC比例下降5%。生化指标中，MNC比例在耕作层下降15%，GRSP在表层显著高于深层，但变化受土壤pH和矿物ogy调控。主成分分析（PCA）显示深度和SOC含量是主要驱动因素，且δ13C与Al/Fe氧化物浓度负相关。结论指出不同指标反映不同尺度SOC稳定性，需结合多方法验证。

　　土壤有机碳（SOC）及其动态对土地管理变化非常敏感，而评估SOC动态通常依赖于不同的SOC稳定指标，这些指标往往局限于表层土壤。本研究通过一项为期24年的农学田间试验，探讨了六个SOC稳定指标在70厘米土壤剖面中的变化，其中包括未管理的草地和两种耕作系统的土壤样本。研究结果表明，随着深度增加，SOC的年龄（通过放射性碳-14测定）和同位素特征（δ13C）显示出老化的趋势，同时，热分析所反映的百年稳定碳（C?）的比例增加了75%。相比之下，耕作系统中的SOC平均年龄比草地增加了约250年，δ13C富集了0.75‰，C?的比例也提高了27%。然而，矿物结合有机碳（MaOC）的比例在深度增加时仅略有上升（6%），但在耕作系统中与草地相比有所下降（?5%）。两种生化指标（微生物残体碳MNC和与真菌相关的土壤蛋白GRSP）在深度增加时的比例下降，其变化趋势与总SOC相似，但MNC和GRSP在耕作系统中表现出更高的不确定性。

SOC在土壤中的稳定性不仅受到深度的影响，还受到土地利用方式的显著影响。在深度增加时，SOC的年龄和δ13C的变化趋势显示了土壤中有机碳来源的老化，这与表层土壤中新鲜碳的输入减少有关。同时，耕作系统中的SOC稳定性指标表现出与草地不同的变化模式，这可能与耕作过程中微生物活动、有机碳输入和土壤结构的变化有关。此外，土壤特性如粘土含量和金属氧化物浓度对SOC稳定性的预测具有重要意义，这些特性在不同深度和土地利用类型中呈现出不同的相关性。

研究中采用的多种SOC稳定指标反映了SOC稳定性的不同尺度。例如，同位素指标（如放射性碳-14和δ13C）能够提供关于SOC来源和年龄的信息，而热分析和机器学习模型（如PARTY_SOC）则用于估算百年稳定SOC的含量。生化指标如MNC和GRSP则可能与微生物活动和土壤的物理化学特性有关。这些指标之间的关系和变化模式表明，SOC的稳定性不仅受到生物因素的影响，还受到土壤的物理化学特性如粘土含量和金属氧化物浓度的调控。

在深度增加时，SOC的年龄和δ13C的变化表明，土壤中稳定碳的比例在增加，这可能与土壤中较老的碳源的积累和微生物活动的减少有关。同时，耕作系统中SOC的稳定比例高于草地，这与耕作过程中新鲜碳输入的减少有关。然而，某些指标如MaOC和GRSP的变化并不符合预期，这可能与土壤结构的复杂性、测量方法的局限性以及SOC稳定性的多重驱动因素有关。

研究结果强调了不同SOC稳定指标在评估土壤碳存储潜力和土地利用变化对SOC稳定性的影响时的重要性。虽然这些指标能够提供有价值的信息，但它们的有效性可能因土壤层的不同而有所差异。因此，需要进一步研究这些指标之间的相互作用以及它们在不同土壤层和土地利用类型中的表现。同时，结合多种指标的实验设计可能有助于更全面地理解SOC的稳定机制及其在土壤碳循环中的作用。