CSA顾问徐明岗院士 | PNAS：揭示近40年中国农田土壤剖面有机碳动态变化

Nature

增加农业系统中的土壤有机碳（SOC）是缓解气候变化、改善土壤肥力和确保粮食安全的主要基于自然的解决方案。然而，近年来全球变暖和碳输入增加对农田土壤有机碳储量，特别是在较深土层中的影响，仍然知之甚少。

2024年12月31日，中国农业科学院徐明岗和蔡岸冬共同通讯在PNAS（IF=9.4）在线发表题为“Carbon gain in upper but loss in deeper cropland soils across China over the last four decades”的研究论文。该研究通过使用重复测量，重新评估了1980年和2023年在中国旱地农业地区相同位置的0至100厘米土壤剖面的SOC储量变化。

作者观察到SOC的总体净积累为0.74 Pg（增加了7%），年均碳固存速率为13.7克SOC/平方米/年。这个积累结果来自于上层土壤（0至60厘米）由于碳输入而增加的0.86 Pg SOC，同时也伴随有由于变暖促进的分解作用，在较深土层（60至100厘米）上损失了0.12 Pg SOC。虽然作者的研究结果表明总体净SOC储量实现了成功的增加，虽然低于预期，但较深层的更为稳定的SOC损失仍需进一步考虑其对长期实现碳中和的影响。

土壤是陆地生态系统中最大的碳库，储存的碳是大气中碳的三倍，是植被中碳的两倍。许多操控实验已经研究了气候变暖对土壤有机碳（SOC）动态的影响。然而，对于SOC反馈对气候变暖的幅度尚未达成共识，这部分是由于大多数实验的持续时间较短，而SOC的周转时间较长，以及实验性加热与现实生态系统中的自然加热之间的区别。大规模土壤重采样研究，跨越广泛的地理气候梯度，能够提供关于区域尺度SOC变化的可靠估计，这些估计反映了SOC对气候变暖的响应。此外，全球SOC的时间变化观测数据缺乏，作为基准，也限制了地球系统模型在预测气候变化对SOC循环影响方面的精度。

土壤估计可贡献高达25%的自然气候解决方案潜力，特别是在农业耕地中。除了应对气候变化的缓解作用外，农业生态系统中SOC的增加还能改善土壤质量和粮食安全。农业土壤中SOC的固碳是许多政策倡议和碳信用问题的热门话题。例如，丘陵耕地是诸如“4‰倡议”等自然气候解决方案的热点。在之前的研究中，经济和政策驱动下的碳输入增加，如连续作物品种更新、灌溉、施肥和粮食产量增加，被发现有助于中国耕地0至20厘米表层土壤SOC的积累。然而，深层SOC对全球变化的响应与表层SOC不同，因为调控SOC循环的无生命和生物属性随着土壤深度的变化而不同。从长远来看，深层SOC的缓慢周转对陆地反馈气候变化至关重要。然而，目前尚不清楚深层SOC是否表现出与耕地表层土壤相同的时间模式。

205个重采样点在中国旱地的空间分布（图片源自PNAS ）

在本研究中，作者进行了一项大规模重采样调查，揭示了中国丘陵耕地整体一米土壤剖面（0至20厘米、20至40厘米、40至60厘米、60至100厘米）SOC储量变化的空间模式。该调查主要利用了1980年（第二次全国土壤普查）和2023年重采样地点的部分数据集。2023年的数据集包括205个选定站点，这些站点是从1980年原始采样点逐站重新采样的，跨越约25°的纬度和50°的经度。作者使用以下因素来调查SOC储量变化的驱动因素：气候因素（年平均气温（MAT）、年平均降水量（MAP）、过去四十年MAT和MAP的变化、极端高温和干旱事件）、管理实践（施肥、粮食产量和秸秆还田的变化）、1980年原始SOC储量、净初级生产力和土壤性质（pH和土壤质地）。基于这些数据集，作者探讨了过去四十年整个一米土壤剖面SOC的时间动态变化。

原文链接：

https:///10.1073/pnas.2422371122

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