喀斯特地区弃耕农田自然植被恢复初期土壤剖面温度、含水量与CO2浓度的动态变化及其生态意义

本研究针对喀斯特脆弱生态区自然植被恢复过程中土壤微环境变化机制不明的问题，通过连续4年监测弃耕农田土壤剖面温度、含水量、CO2浓度及δ13C值，揭示草本阶段优势种演替（如Imperata与Miscanthus）对土壤碳循环的差异化影响，发现土壤孔隙度增加促进土-气碳交换，为喀斯特生态修复策略优化提供科学依据。

　　

论文解读

在全球气候变化背景下，喀斯特生态系统的脆弱性日益凸显。中国西南喀斯特区作为全球"变绿"核心区，虽通过退耕还林等措施实现植被快速恢复，但土壤微环境如何响应这一过程仍属未知。尤其当农田弃耕后，杂草群落如何演替为单一优势种（如C4植物Imperata或Miscanthus），以及这种演替如何通过改变土壤温度、含水量和CO₂浓度来影响碳循环，成为生态修复的关键科学问题。

为解决上述问题，普定喀斯特生态系统观测研究站的研究团队在2018-2021年对4个土壤剖面开展连续监测。研究采用RR-7130自动监测系统结合人工采样，测定不同深度土壤温度、含水量、CO₂浓度及δ¹³C值，通过对比草本演替阶段数据揭示生态恢复机制。

研究结果

Weather conditions
监测期间年均温（16.27°C）高于历史均值（15.1°C），年降水量波动显著（727-1403mm），为分析气候变化与植被恢复的协同效应提供背景。

Interaction between soil temperature/moisture and vegetation during natural restoration
自然恢复初期，土壤剖面整体温度与含水量下降，40cm深处含水量降幅最显著。优势种演替呈现双向效应：当Imperata成为优势种时，土壤CO₂浓度升高且δ¹³C值趋正；而Miscanthus主导时CO₂浓度降低但δ¹³C同样趋正。土壤孔隙度增加显著促进土-气碳交换。

Conclusions
研究首次阐明喀斯特弃耕地自然恢复初期，植被演替通过改变土壤物理参数（温度、含水量）和生物地球化学过程（CO₂产生与传输）调控碳循环。C4植物优势化虽加速碳固定，但单一物种主导会延缓生态正向演替，需人工干预提升生物多样性。该成果发表于《Ecological Engineering》，为喀斯特区碳中和路径选择提供理论支撑。

重要意义
发现土壤40cm深度含水量可作为植被恢复效果的敏感指标；揭示不同优势种对土壤碳库的差异化调控机制；提出自然恢复与人工干预协同的生态修复新策略，对实现《巴黎协定》温控目标具有实践价值。