科研进展

GEODERMA: 碳输入通过激发效应和影响土壤有机碳物理保护等过程进而改变土壤固碳的效率

  土壤是陆生植物的天然载体,其存储了大气中近三倍的碳。农田土壤固碳(soil carbon sequestration)对实现“双碳”目标和保障粮食安全都具有重要意义。一般认为,提高碳输入(carbon input)可有效促进土壤固碳。然而,越来越多的证据表明碳输入本身也改变原始土壤有机碳(soil organic carbon, SOC)的一系列周转过程,因此,土壤固碳速率可能不会对碳输入的增加做出线性响应。深入理解碳输入对这些过程的影响,对准确评估农田土壤可持续固碳的效率至关重要。

  最近,中国科学院大气物理研究所王国成副研究员、于永强副研究员、韩鹏飞副研究员和浙江大学罗忠奎研究员及其团队成员,使用数据-模型融合的方法,定量研究了碳输入对农田SOC一系列周转过程和土壤固碳效率的影响。结果显示,全球22个长期(12-142年)定位观测实验站点上(图1),SOC矿化速率(decomposition rate)、不同碳库间转化效率(transfer coefficient of carbon flow)以及SOC的物理保护机制(physical accessibility)等对碳输入的响应存在很大的区域差异(图2),这些差异总体而言由初始土壤碳、碳输入量和土壤容重等环境要素所决定。模型模拟实验表明,碳输入通过改变上述SOC关键周转过程,进一步改变土壤的长期固碳效率。研究指出,在制定相关土壤固碳目标(比如“联合国千分之四全球土壤碳增计划”等)时,必须仔细考虑碳输入对这些过程的影响,否则可能会导致模型预测的土壤固碳效率与实际情况存在很大偏差。
  该研究受到国家自然科学基金委员会资助,项目编号为41775156;研究成果近期发表在国际学术期刊GEODERMA上,文章链接为https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016706121005784 
图1 用于支撑本研究的长期定位实验站点的分布
图2 实测数据优化的模型关键参数对额外碳输入量的响应系数(relative response)
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