半干旱沙地草原恢复中土壤有机碳组分变化:探寻固碳奥秘

【字体: 时间:2025年02月28日 来源:Agriculture, Ecosystems & Environment 6

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  来自中国的研究人员开展半干旱沙地草原恢复中土壤有机碳(SOC)相关研究,发现恢复进程中 MNC、LFOC 和 POC 增加,明确其对固碳意义。

  土壤有机碳(SOC)是陆地最重要的碳库,对缓解气候变化、提高土壤肥力和维持生态系统可持续性至关重要。干旱和半干旱地区(即 “旱地”)占全球陆地面积近一半,土壤碳储量约占陆地土壤碳储量的 16%。然而,旱地正面临广泛且加速的退化,超三分之二受到荒漠化等过程影响,导致土壤碳大量流失,全球至少 32 亿人的生计受到影响。因此,保护和增加旱地土壤碳储量对缓解气候变化和保障粮食安全意义重大。
旱地降雨少、植被覆盖稀疏,人类不当活动(如不当耕种和过度放牧)加剧了风蚀和土地退化。植被恢复成为解决这些问题的关键策略,中国 1999 年启动的 “退耕还林还草” 工程,通过禁牧和将农田恢复为自然植被来修复退化草原,自然恢复方法(如禁牧保护天然植被)能有效恢复退化土地,促进土壤养分循环和碳积累,但草原恢复后 SOC 增加的机制尚不清楚。

了解 SOC 的组成对于预测其动态变化和稳定性至关重要,微生物生物标志物常用于评估 SOC 来源差异,微生物残体对稳定 SOC 意义重大,而轻组有机碳(LFOC)代表不稳定的植物源碳部分。草原恢复会改变植物物种组成、生物量和土壤养分(尤其是土壤磷),影响土壤微生物生物量、MNC 和 LFOC 积累。以往常用 “以空间换时间”(SFTS)方法研究草原恢复中 SOC 及其组成的时间趋势,但该方法假设常难以满足,因此本研究采用重采样方法,对 27 年恢复序列不同阶段进行研究。

研究在中国内蒙古科尔沁沙地南部进行,该地区属半干旱大陆性气候。研究发现,随着草原恢复,地上和地下生物量略有增加,植被覆盖度和凋落物积累相对稳定,0 - 10cm 土层 SOC 含量从 3.8g kg?1 增加到 8.1g kg?1 ,10 - 20cm 土层从 2.1g kg?1 增加到 4.1g kg?1 ,10cm 深度内土壤总氮(TN)和总磷(TP)增加,10 - 20cm 深度 TP 保持稳定。

研究还表明,草原恢复增加了 MNC、LFOC 和颗粒有机碳(POC)含量,随着时间推移,MNC 对 SOC 的贡献减少,而植被恢复通过增加根系生物量和凋落物输入,提高了 LFOC 对 SOC 的贡献。这些结果支持了植物输入在恢复的荒漠化土壤长期碳稳定中起关键作用这一观点。
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