【原】Nature Communications | 土壤性质而非气候条件驱动全球土壤有机碳周转时间(国人作品)

微生态 2021-04-13

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推荐：江舜尧

编译：艾奥里亚

编辑：十九

浙江大学环境与资源学院的罗忠奎（College of Environmental and Resource Sciences, Zhejiang University）和中国科学院大气物理所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室的王国成（LAPC, Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences）于2019年8月15日联合在Nature Communications发表题目为《Global subsoil organic carbon turnover times dominantly controlled by soil properties rather than climate》的文章，该文章通过整合现有的基于观测的数据库，在全球尺度上量化了下层土壤SOC的空间显式周转时间，首次给出了下层土壤SOC周转时间的空间格局及其因碳输入到下层土壤而引起的不确定性的全球地图。基于研究内容，作者认为应该开发一个特定的下层土壤模块来适当地模拟下层土壤SOC的动态变化。基于绘制有机碳周转时间及其不确定性和对其驱动因素的评估，将有助于筛选对气候变化敏感的区域，并指导具体地点的政策制定，以实现有效的碳管理。

文章摘要

0.3 m以下的下层土壤中的土壤有机碳（SOC）占总SOC的很大一部分，这部分土壤有机碳对气候变化的敏感性与表层土壤SOC一样。本研究使用观测数据库以1km的分辨率绘制了下层土层中SOC的周转时间（τ）。全球平均τ估计为1015¹⁴¹⁴₇₂₉年（95%置信区间的平均值），沙漠和冻土地区分别显示最短（146¹⁸⁸₁₁₄年）和最长（3854⁵⁶²²₂₆₅₁年）的碳周转时间。在全球范围内，平均τ的范围在9（5%分位数）到6332年（95%分位数）之间。温度是对τ产生负面影响的最重要因素，但与评估的土壤性质（如土壤质地和pH）的总体影响相比，气候（包括温度和降水）的总体影响是次要的。τ的高分辨率制图及其调控措施的量化为判断气候变化下的土壤有机碳动态提供了一个标准。

文章中重要图片说明

表1 | 下层土壤有机碳的平均周转时间（τ）及其在全球生物群中的不确定性

图1 | 下层土壤有机碳周转时间的空间格局。a、b和c分别代表下层土壤（0.3~1m土层）有机碳周转时间的上限（即97.5%分位数）、平均水平以及下限（即2.5%分位数）。

图2 | 周转时间与碳储量和生产率的关系。a，b分别代表下层土壤（0.3~1m土层）有机碳周转时间与该层土壤有机碳储量和分配给该层的净初级生产力的关系。

图3 | 下层土层有机碳周转时间的百分比不确定度。

图4 | 气候和土壤在地方尺度上的相对重要性。a，b分别是气候（包括年平均温度和降水量）和土壤（包括8个土壤理化性质）在调控下层土壤（0.3~1m土层）有机碳周转时间中的相对重要性。虚线显示了全球气候和土壤的加权平均相对重要性。

图5 | 模型性能与相对重要性的关系。a，b分别代表模型性能（由R²表示）与气候和土壤变量的总体相对重要性（RI）之间的关系。灰色开圆显示随机选取的100×100 km范围的建模结果。黑色实心圆表示每组R²从0以0.1增量升高到1的平均值。

图6 | 全球尺度土壤有机碳周转时间的调控。a代表预测因子对周转时间增强回归树（BRT）的相对影响（%）。MAT代表年平均温度，MAP代表年平均降水量，pH代表土壤pH值，TEB代表盐基交换总量，ECE代表土壤的电导率，BS代表盐基饱和度，CaCO₃代表碳酸钙；b代表BRT表征预测评估碳周转时间；c代表关于潜在可变气候（使用MAT和MAP作为BRT确定的指标）和土壤（使用pH、TEB、ECE、BS、CaCO3、粘土、粉砂和沙粒含量作为BRT确定的指标）对周转时间影响的趋势和大小的通径分析结果。括号中的数字表示指标对潜在变量的负载，即潜在变量与潜在变量之间的相关系数。