土壤有机质中碳的含量作为全国范围内的土壤过程指标

《Global Change Biology》：The Fraction of Carbon in Soil Organic Matter as a National-Scale Soil Process Indicator

土壤有机碳在土壤有机质中的比例（{f}_{OC}）与栖息地及土壤物理性质密切相关，揭示了SOM分解与SOC储存潜力的新途径。通过整合欧洲及全球14个数据集的9503个测量值，研究发现{f}_{OC}值在0.38至0.58之间，不同栖息地如湿地、冻土区、森林等影响显著，且与土壤类型（矿物、有机质）交互作用。这一指标可用于预测空间变异性，为农业管理和土地利用规划提供依据。

　　土壤有机质（SOM）是生态系统碳储量的重要组成部分，而土壤有机碳（SOC）是SOM中的主要碳源。SOM通常被分为两种主要的碳组分：颗粒有机质（POM）和矿物结合有机质（MAOM）。这两类有机质共同构成了土壤中的碳循环，并影响着碳的储存和释放。理解SOC在SOM中的比例（记作fOC）及其与环境特征、土壤类型以及SOC在POM和MAOM中的分布之间的关系，对于评估土壤碳的分解速率和长期储存潜力具有重要意义。本文通过整合14个数据集，共计9503个测量值，分析了欧洲乃至全球范围内SOM中SOC的比例，揭示了fOC与栖息地、土壤物理特性以及SOC在不同组分中的分布之间的紧密关系。这些发现为预测不同栖息地和土壤类型中SOC的分布提供了新的视角，同时也为农业土壤管理、土地利用规划以及追踪与气候变化相关的SOC目标提供了科学依据。

在研究中，fOC的范围大致介于0.38到0.58之间，这一范围与主要植物成分的碳含量变化一致。根据栖息地的不同，fOC呈现出明显的梯度变化。例如，海草沉积物和永久冻土栖息地的fOC值最低，分别为0.36±0.09和0.43±0.01，而半自然栖息地（如中性、酸性和钙质草地）的fOC值最高，达到0.56±0.07。这些差异主要源于植被的有机质含量以及不同土壤类型中碳的储存能力。此外，阔叶林（0.50±0.087）和针叶林（0.53±0.07）之间的fOC值也存在显著差异，这可能与植被类型及其碳含量有关。

SOM的分解过程涉及多种生物和非生物因素，包括土壤微生物的活动、土壤结构的变化以及环境条件如温度和氧气含量的波动。在分解过程中，有机质逐渐被微生物分解为更小的分子，这些分子在土壤中被进一步加工，形成不同的碳组分。POM主要来源于植物残体和根系，其C:N比值在10到40之间，平均停留时间从几年到几十年不等。而MAOM则来源于溶解有机物或通过土壤微生物的化学转化形成，其C:N比值范围更窄（8–13），并且具有更长的停留时间，可能达到数百年。当POM被包裹在土壤团聚体中时，其停留时间可能会与MAOM相近，因为这种包裹限制了微生物对其的分解能力。此外，MAOM在小团聚体中可能获得更多的保护，从而进一步减缓其分解速率。

通过统计分析，研究发现fOC与SOC之间存在显著的正相关性，并且这一关系在不同土壤类型和栖息地中有所变化。例如，有机土壤中的fOC值普遍高于矿物土壤，而永久冻土和沉积物中的fOC值较低。这一趋势可以作为评估SOC储存潜力的重要指标，特别是在国家和大陆尺度上。研究还表明，fOC的梯度与SOC的分布密切相关，这可能与植被类型、土壤物理性质以及微生物活动等因素有关。

研究结果还揭示了不同栖息地对fOC的影响。例如，海草沉积物由于其低有机质分解速率，表现出较低的fOC值；而针叶林由于其较高的有机质含量和较低的分解速率，表现出较高的fOC值。这种差异不仅反映了植被和土壤之间的相互作用，还可能与土壤的物理和化学特性有关。此外，研究发现，不同土地利用方式对SOC和fOC的影响也显著不同。例如，耕地、改良草地和中性草地的SOC含量相对较低，而阔叶林和钙质草地的SOC含量较高。这表明，土地利用方式在SOC的储存和fOC的形成过程中起着关键作用。

研究还探讨了fOC在预测SOC分布中的潜在应用。通过使用fOC作为协变量，可以更有效地估算不同栖息地和土壤类型中的SOC含量，从而为政策制定提供科学依据。例如，基于fOC的分析，可以识别出具有较高SOC储存潜力的区域，从而指导土壤管理策略的制定。此外，fOC还可能用于改进基于过程的模型，这些模型在预测SOC动态时可能会产生不同的结果，而fOC的引入有助于统一这些模型，使其更准确地反映土壤碳的稳定性和易分解性。

在讨论部分，研究强调了fOC在不同栖息地和土壤类型中的重要性。例如，森林土壤中的fOC值可能受到土壤微生物和大型土壤动物（如蚯蚓）的影响，而这些生物的活动可能在不同土地利用方式下有所不同。此外，研究还指出，某些特定的土地利用方式，如轮作或草地管理，可能会显著提高SOC的储存能力，从而改善土壤健康。同时，fOC的变化也可能受到气候变化的影响，例如永久冻土的融化可能导致SOC的损失，但同时可能促进植被生长，从而增加有机质的输入。

在结论部分，研究认为fOC作为SOM中SOC的比例，不仅反映了土壤碳的动态变化，还为土地管理和政策制定提供了重要信息。通过监测fOC的变化，可以更精确地识别SOC储存潜力较高的区域，并制定相应的碳封存策略。此外，研究还指出，随着地理信息和方法学数据的不断完善，未来可以进一步探索fOC与温度、降水梯度以及其他环境因素之间的关系，从而更全面地理解土壤碳循环的机制。这不仅有助于提高土壤碳封存的预测能力，还可能为应对全球环境挑战提供新的思路和策略。