人为干扰是驱动全球变化的重要因素,极大地影响着土壤有机碳(SOC)储量。然而,在SOC库总量低却占据全球干旱区重要组成部分的极端干旱荒漠生态系统中,长期人为干扰如何影响SOC的稳定性与动态,一直是干旱区碳循环研究中亟需填补的空白。
针对上述问题,中国科学院新疆生态与地理研究所策勒荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站曾凡江研究员团队,基于一项为期16年的定位实验,首次系统揭示了长期不同人为干扰方式(春季收获、秋季收获、火烧和灌溉)对极端干旱荒漠SOC库的影响机制,为干旱区碳管理提供了关键科学依据。
研究结果表明,持续16年的人为干扰加剧了SOC库的损失,主要体现在SOC库总量锐减和稳定性降低:所有干扰处理的SOC浓度较无扰动平均降低13.2%(秋季收割和灌溉降幅最大,分别为20%和21%),颗粒有机碳(POC,易分解碳库)和矿物结合态有机碳(MAOC,稳定碳库)分别减少16.3%和41.1%,且POC/MAOC比值上升46.2%,表明SOC稳定性显著降低。此外,SOC损失在土壤深度上表现不均,表层土(0-15cm)作为主要发生层,其SOC降幅是深层土(100-150cm)的2.3倍。从机制上看,干扰下SOC损失源于“碳输入减少以及稳定机制受损”的双重作用——收获(尤其秋季)直接减少凋落物输入导致植物残体碳平均降低4.2%,干扰还显著降低微生物残体碳(平均减少16.2%),这与土壤交换性钙和非晶质铁铝氧化物减少直接削弱MAOC稳定性有关。
该研究首次量化了持续人为干扰下极端干旱荒漠生态系统不同深度SOC稳定性受损的实证数据,表明长达16年的干扰加剧了其SOC损失(尤其表层土壤),同时也揭示依赖于微生物源碳调控的深层SOC值得关注,强调了将地下碳动态(含深层碳库)纳入荒漠生态系统管理策略的迫切性。
以上研究结果以“Long-term anthropogenic disturbances exacerbate soil organic carbon loss in hyperarid desert ecosystems”为题发表在《Global Change Biology》。中国科学院新疆生态与地理研究所高艳菊博士后为第一作者,Akash Tariq副研究员和曾凡江研究员为论文通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、新疆维吾尔自治区自然科学基金以及国家资助博士后等项目的支持。
论文链接:https://doi.org/10.1111/gcb.70423
图1:长期人为扰动后植物-土壤-微生物碳动态
图2:长期人为扰动后表层/深层土壤有机碳稳定性的驱动因素分析
图3:长期人为扰动后土壤有机碳稳定性的驱动因素分析