GCB｜土地利用在全球尺度上驱动着自由土壤有机碳、物理保护土壤有机碳和化学保护土壤有机碳的分布

题目：

Samuel J. Willard

Department of Life Sciences, Imperial College London, London, UK

随着科学家、政策制定者和土地管理者越来越重视提高地下碳储存量，土壤有机碳（ SOC ）储存作为一种气候缓解解决方案也越来越受到重视。 为了找出影响土壤有机碳（ SOC ）分布的关键因素，我们收集了全球土壤有机碳库存的数据，这些库存以三种化学形式存在，反映了有机碳保护的不同机制：游离颗粒态有机碳（ fPOC ）、物理保护的颗粒态有机碳（ oPOC ）和矿物保护的土壤有机碳（ mSOC ）。 在我们的数据集中，这三个 SOC 库对气候、土壤矿物学和生态系统类型的影响具有不同的敏感性，强调了区分物理和化学 C 保护机制的重要性。 所有三个库的碳储量因生态系统而异：农田土壤在每个库中的储存量最少，森林和草地土壤的 fPOC 含量均显著高于农田（每个生态系统的 fPOC 含量均高出 40%-60% ）。 在农田土壤中， oPOC 的含量与零没有显著差异，但在森林和草地土壤中却相当高。与此同时， mSOC 的含量在草地和灌木丛土壤中最大（比农田土壤大 90% 至 100% ）。 在农田土壤中，耕作对三个库的碳储量均无显著影响，而粪肥增加了 mSOC 储量，特别是添加无机氮时，因此，人类土地利用强度似乎降低了所有主要库的 SOC 储量，具体取决于管理；应强调保留原生植被以维持当前的全球有机碳储量。

图 1. SOC 稳定梯度的概念模型。植物衍生化合物（以浅棕色结构表示）存在于未与矿物表面（淤泥和粘土；以带刺的灰色体表示）结合的游离颗粒有机碳 (fPOC) 中。封闭颗粒有机碳 (oPOC) 中的微生物生物量（例如，细胞外聚合物、生物膜、菌丝；黄色结构）将死亡植物和微生物分子松散地固定在矿物表面，并促进稳定为矿物土壤有机碳 (mSOC ；灰色和深棕色复合物 ) 。

图 2. 分析中所含站点的全球分布，根据生态系统类型进行着色。地图线划定了研究区域，并不一定代表公认的国家边界。

图 3. 平均 mSOC 、 oPOC 和 mSOC 储量因生态系统而异。条形图表示基于混合线性模型系数的平均值传播标准误差。字母表示根据成对比较和 Bonferroni p 值校正得出的显著差异。

图 4. 不同生态系统类型中 mSOC 、 oPOC 和 mSOC 库中的 SOC 储量与土壤 pH 值的关系。回归线表示 mSOC 和 fPOC 库中显著关系的截距和斜率。 R 2 、 p 值和回归系数取自 X 轴上显示的单个因子相关库的简单线性模型。

图 5 . 农田土壤碳储量与耕作方式（传统耕作与减少 / 免耕， a–c ）和养分输入方式（ d–f ）的关系。箱线图上方标明了每个处理组的观测值数量。养分输入对 mSOC 碳储量的影响显著。字母表示根据成对比较和 Bonferroni p 值校正得出的显著差异。

我们的研究结果提供了迄今为止通过密度分馏法测量的 SOC 储量最全面的评估。我们证明了物理保护的 SOC 库 oPOC （大多数研究中未明确量化）占总 SOC 储量的很大一部分，并且似乎对环境变化最敏感。未来的定量评估和模型必须将 oPOC 与 mSOC 区分开来，并承认其在 SOC 的微生物处理中的作用。保护性耕作和养分改良并没有显著增加 SOC 储量，而所有库在森林和草原中都比耕地土壤大。这强调了维护原生植被以保留土壤中所有化学形式的 C 的重要性。