生态修复对退化坡地耕地土壤有机碳的影响：一项为期8年的重采样研究

《Agriculture, Ecosystems & Environment》：Effects of ecological restoration on soil organic carbon in degraded sloping cropland: An 8-year resampling study

中国西南部干热河谷生态脆弱区，通过8年原位采样研究自然恢复与人工恢复（果园种植）对土壤有机碳（SOC）动态的影响。结果表明：自然恢复使表层SOC增加2.01%、深层SOC增加21%，且显著提升有机碳稳定性（破坏率降低、团聚体结构增强、碳化学稳定性提高）；人工恢复未改变SOC含量且稳定性下降。研究证实自然恢复在抑制土壤侵蚀同时增强SOC化学保护机制方面更具优势，为退化坡耕地可持续管理提供科学依据。

　　本研究由来自中山大学地理与规划学院的王美莹、林红红和段兴武三位科学家共同完成。研究团队聚焦于中国西南部干热河谷生态系统中退化坡地农田的生态恢复措施，重点分析了自然恢复与人工恢复对土壤有机碳（SOC）含量及稳定性的影响。通过为期八年的原位重采样实验（2012–2020年），研究者系统评估了不同恢复策略在SOC积累和保护方面的作用，并结合土壤侵蚀梯度分析，深入探讨了侵蚀强度对SOC恢复过程的调控机制。

干热河谷地区是全球生态脆弱区的典型代表，其独特的气候条件、稀疏植被和复杂地形对农业生产提出了严峻挑战。研究表明，这类地区长期耕作与水力侵蚀的共同作用导致了严重的土壤流失，某些区域的年土壤侵蚀率甚至高达12,000吨/平方公里，远超允许范围。土壤有机碳作为衡量土壤结构、团聚体形成和养分循环的重要指标，其持续减少不仅影响土壤肥力和持水能力，还削弱了生态系统碳固存的能力，进而对区域乃至全球的碳循环产生深远影响。因此，深入理解SOC的分布、动态变化及其控制机制，对于揭示土地退化过程、完善碳循环模型以及指导可持续土地管理具有重要意义。

生态恢复是逆转土地退化和增强碳固存的重要手段。目前，生态恢复措施主要包括低成本的自然再生，即在无人干预的情况下，植被自然恢复和生态系统自我修复；以及高成本的主动恢复，如在废弃农田上种植植被，以人工方式推动生态修复。考虑到退化土地的异质性，选择合适的恢复策略需要权衡成本与效果。适度的人为干预可以在一定程度上促进自然恢复，加快碳固存过程，并提升生物多样性功能。然而，关于哪种恢复方式更有效增强SOC含量和稳定性仍存在较大争议。多数现有研究主要关注SOC总量变化，而忽略了其质量演变，包括易分解有机碳（LOC）的转化、团聚体结构的保护作用以及有机功能团的化学稳定性。这种单一视角限制了对SOC稳定性的全面理解，也影响了研究成果在应对气候变化和可持续土地管理中的应用价值。

因此，本研究提出了一种综合框架，从SOC的数量和质量两个维度出发，系统评估不同生态恢复措施对SOC各组分及稳定性的影响。研究团队采用重采样实验，结合侵蚀梯度分析，首次将重复采样与侵蚀强度变化相结合，以揭示SOC在不同恢复策略和侵蚀条件下的动态变化。这种方法不仅提高了研究结果的准确性，还为理解SOC变化及其生态意义提供了新的视角。

研究区域位于中国云南省玉溪市新平县的老寨流域，该流域总面积约为0.57平方公里，平均海拔768米，平均坡度23.64度。该地区生态环境脆弱，土壤侵蚀严重，土地生产力较低。研究团队在该区域选取了多个样点，对SOC含量和稳定性进行了长期监测。通过对2012年和2020年的原位SOC数据进行线性相关分析，研究者发现SOC含量呈现显著增长趋势，这表明数据具有较高的可靠性。在自然恢复条件下，SOC含量在表层土壤中从12.95克/千克增加到13.21克/千克（P=0.043），而人工恢复条件下SOC含量则没有显著变化。这表明自然恢复在提升SOC含量方面具有明显优势。

进一步分析显示，自然恢复不仅提升了SOC的总量，还增强了SOC的稳定性。研究发现，自然恢复显著减少了土壤团聚体的破碎，提高了土壤结构的稳定性，并增强了SOC的保护作用。此外，自然恢复条件下，脂肪族碳与芳香族酰胺碳（C-H/C=O）的比例下降，而芳香族碳与多糖碳（C=C/COO）的比例上升，这种变化共同促进了SOC的稳定性。相比之下，人工恢复条件下，大团聚体（R0.25）的比例下降了10.19%，团聚体破坏率（PAD）上升了7.12%，脂肪族碳与多糖碳（C-H/COO）的比例上升了22.22%，导致SOC稳定性下降。这表明自然恢复在提升SOC含量和稳定性方面比人工恢复更为有效。

研究团队还探讨了土壤侵蚀在自然恢复过程中的作用。结果表明，随着土壤侵蚀强度的增加，SOC的积累过程变得更加显著，特别是在侵蚀环境中，SOC的化学稳定性也得到了增强。这表明，在自然恢复过程中，土壤侵蚀不仅没有抑制SOC的积累，反而在一定程度上促进了SOC的稳定。这一发现对于理解干热河谷生态系统中SOC的动态变化具有重要意义。

本研究的另一个重要发现是，自然恢复在提升SOC含量和稳定性方面优于人工恢复。这为生态恢复策略的选择提供了科学依据，也表明在退化坡地农田的治理过程中，应优先考虑自然恢复措施。自然恢复不仅能够有效提升SOC含量，还能增强SOC的稳定性，从而改善土壤质量，提升土地生产力。此外，自然恢复还能够减少土壤侵蚀，促进生态系统的可持续发展。

研究团队还对SOC的响应机制进行了深入分析。SOC的积累不仅依赖于植被恢复和土地利用变化，还受到多种环境因素的影响，包括土壤质地、气候条件以及土壤理化性质。研究发现，SOC的积累和稳定性受到植被覆盖度、土壤结构、有机功能团组成以及土壤侵蚀强度的共同影响。在自然恢复条件下，植被的自然恢复和土壤结构的改善有助于SOC的积累和保护。而在人工恢复条件下，由于人为干预可能破坏原有的土壤结构，导致SOC的稳定性下降。因此，自然恢复措施在提升SOC含量和稳定性方面具有明显优势。

此外，研究还发现，SOC的积累和稳定性受到不同恢复策略的显著影响。自然恢复通过促进植被自然恢复和土壤结构改善，能够有效提升SOC含量和稳定性。而人工恢复由于缺乏自然植被的自我调节能力，导致SOC的积累效果有限。因此，在生态恢复实践中，应优先考虑自然恢复措施，以实现SOC的持续积累和稳定性提升。

研究团队还对SOC的长期变化趋势进行了分析。结果表明，在自然恢复条件下，SOC含量在八年内呈现持续增长趋势，尤其是在表层土壤中，SOC含量的增加尤为显著。而在人工恢复条件下，SOC含量则没有明显变化。这表明，自然恢复在提升SOC含量方面具有更持久的效果。同时，自然恢复还能够显著提升SOC的稳定性，使其在侵蚀环境中表现出更强的抗侵蚀能力。

综上所述，本研究通过长期原位重采样实验，系统评估了自然恢复与人工恢复对SOC含量和稳定性的影响。研究发现，自然恢复在提升SOC含量和稳定性方面优于人工恢复，特别是在干热河谷等侵蚀严重的地区。因此，在生态恢复实践中，应优先考虑自然恢复措施，以实现SOC的持续积累和稳定性提升，同时减少土壤侵蚀，促进生态系统的可持续发展。这一研究成果为全球退化坡地农田的生态恢复提供了重要的科学依据，并为应对气候变化和实现可持续土地管理提供了新的思路。