为应对气候变化挑战，缓解全球变暖趋势，国家提出实现碳达峰、碳中和的战略目标。而巩固和提升生态系统固碳，是实现碳达峰、碳中和的坚实基础。青藏高原是世界上海拔最高的高原，其土壤碳储量巨大，对气候变化和外界干扰敏感，在全球碳平衡中起着重要作用。本研究基于高寒草甸和高寒草原两种主要的植被类型，开展青藏高原土壤碳周转与环境调控研究，以致力于巩固和提高草原土壤肥力和植被生产力，从而促进畜牧业发展。同时，加强青藏高原土壤碳对气候变化的响应及生态系统碳汇等基础理论和方法研究对气候变化背景下开展青藏高原人类生存环境健康安全和青藏高原碳汇作用评估也有着重要意义。

众所周知，土壤是陆地生态系统储量最大的碳库，是通过凋落物分解成土壤有机碳（SOC）和有机碳矿化为CO₂之间的平衡形成的一个动态、复杂、重要的长期碳库。其中稳定的土壤有机质（SOM）称为腐殖质（HS），占SOM的60~80%。但目前对SOC的主要组成部分HS的关注很少，因此迫切地需要在大尺度自然梯度中研究HS在碳循环中的作用及其在SOC周转过程中的潜在机制。阐明土壤的碳固存和复杂有机碳组分周转对气候响应和受植被影响机制，为全球关注的气候变化问题的缓解提供理论依据。

青藏高原具有广袤的高寒草地生态系统，其土壤碳含量占高原土壤碳总量的94%，因此评估其土壤碳积累和碳周转过程对于预测气候变化反馈过程具有重要意义。本研究利用HS的两种主要组分——胡敏酸（HA）和富里酸（FA），针对土壤碳对气候因子（年均气温（MAT）和年均降水量（MAP））、土壤物理性质（黏粒、粉粒和砂粒）、土壤化学性质（土壤有机碳含量（SOC）、土壤无机碳含量（SIC）、pH、土壤全氮（TN））和植物（EVI）的响应机制进行了研究。研究以高寒草原、高寒草甸和人工生态系统为研究对象，在直线距离约1200 km的拉萨-西宁一线进行大尺度高寒草原样带采样（图1）。

图1 青藏高原拉萨-西宁样带样点空间分布

结果表明，在0~20 cm表层土壤中，高寒草甸土壤碳的固存量最大（63.99 ± 4.41 g kg^-1 SOC和4.11± 0.63 g kg^-1 SIC），是高寒草甸生态系统固存量（19.78 ± 1.98 g kg^-1 SOC和9.21 ± 0.66 g kg^-1 SIC）的2 ~ 3倍（图2）。高寒草甸土壤碳主要由94.0% 的SOC和6.0% 的SIC组成，而高寒草原土壤SIC含量较高，其土壤碳分别由67.9%的SOC和32.1%的SIC组成（图2）。

图2 不同植被类型和不同土层的土壤化学性质

高寒草甸、高寒草原和耕地等人工生态系统中稳定性HS与有机碳的比值分别为46.50%、65.09%和78.17%，表明高寒草甸有机碳对气候变化最为敏感（图3）。高寒草原和人工生态系统C/N较低（P < 0.05），具有较强的碳汇潜力（图3）。

图3 高寒草原、高寒草甸、人工生态系统的C:N比、HS:SOC比

富里酸（FA）是增加SOC积累的重要驱动力，在0 ~ 20 cm土层中，FA占SOC的50.86%，对各植被类型有机碳的形成贡献最大（图4）。不同植被类型土壤碳和HS含量的显著差异是由多种环境因子调控的，其中最重要的差异是由草原和草甸对气候条件不同程度的响应引起的（图4）。另外，相对于黏粒在高寒草原机制中的作用，砂粒控制着高寒草甸土壤碳周转过程（图4）。

图4 结构方程模型反映的气候、植被和土壤对土壤碳周转的影响路径

研究成果于2021年3月在国际环境科学与生态学刊物Science of The Total Environment （IF = 7.963）上以“Divergences of soil carbon turnover and regulation in alpine steppes and meadows on the Tibetan Plateau”为题发表。北京林业大学水土保持学院硕士研究生黄艳章为第一作者，信忠保副教授为通讯作者。该研究得到第二次青藏高原综合科学考察（2019QZKK0608）项目资助。

论文信息：

Huang, Y., Xin, Z., Liu, J., Liu, Q., 2021. Divergences of soil carbon turnover and regulation in alpine steppes and meadows on the Tibetan Plateau. Science of The Total Environment. 814, 152687. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.152687