全新世早期土壤有机碳峰值积累揭示全球碳循环关键期及其对气候变暖的响应

本研究通过分析全球5190个土壤放射性碳(Δ14C)数据和442,737个有机碳(SOC)含量观测值，首次构建了SOC丰度-持久性光谱的空间分布图谱，揭示了晚更新世至全新世早期(8-10 ka BP)为土壤碳库积累峰值期，证实高纬度冻土区浅层土壤中保存大量古老碳，其积累受冰川消退后植被恢复和泥炭地发育驱动，该过程显著平抑了早全新世CO2与温度波动。研究同时发现温暖期会抑制碳积累，为预测全球变暖背景下土壤碳库稳定性提供直接证据。

　　

土壤碳库与气候变化的万年对话
大气CO₂浓度在全新世期间曾出现5ppm的下降和20ppm的回升，这种被称为"古气候谜题"的现象长期困扰着科学家。土壤作为地球最大的活性有机碳库，每年与大气交换60-800亿吨碳，其碳汇功能被认为是调控千年尺度CO₂波动的关键。然而，过去研究多依赖冰芯碳同位素等间接指标，缺乏对土壤碳积累历史的直接量化，更难以解释其与温室气体波动的动态关联。

中国科学院团队通过整合全球5190个土壤放射性碳(Δ¹⁴C)测量数据和44万+有机碳含量观测，首次绘制出土壤有机碳(SOC)丰度-持久性光谱的全球分布图。研究发现现存土壤碳库始于晚更新世，在全新世早期(8-10千年前)达到积累峰值，这一时期恰好对应大气CO₂下降5ppm的关键阶段。高纬度冻土区浅层土壤中检测到大量古老碳，其最大碳汇形成与冰川消退后植被恢复和泥炭地发育同步，证实这些"冰冻时间胶囊"对稳定早全新世气候的重要作用。但数据也显示温暖期会抑制碳积累，暗示当前全球变暖可能导致土壤碳库持续流失。

关键技术方法
研究团队从国际土壤放射性碳数据库(ISRaD)获取核心数据，补充中英文文献检索结果。采用多项式拟合分析Δ¹⁴C深度剖面，结合双变量Moran's I检验验证空间异质性。通过建立碳年龄-深度关系模型，重建晚更新世以来碳积累历史。

深度依赖的Δ¹⁴C信号
土壤Δ¹⁴C随深度呈非线性衰减，深层土壤碳年龄可达数千年。这种垂直分布模式在未受扰动的土壤中尤为显著，为重建历史碳积累提供天然档案。

全球SOC年龄格局
高纬度冻土区SOC年龄显著高于中低纬度生态系统，与Shi等(2020)研究高度一致(莫兰指数0.85)。冻土区浅层(0-1m)即存在大量千年古碳，而热带森林碳周转速度要快5-8倍。

碳积累时空特征
碳积累峰值出现在早全新世寒冷期，与全球泥炭地扩张期吻合。温度每升高1°C，碳积累速率下降15-20%，揭示变暖对土壤碳库的"解封"效应。

结论与展望
该研究首次将SOC丰度与持久性作为耦合指标进行全球分析，证实土壤碳库对全新世CO₂波动的调控作用。发现高纬度冻土区作为"碳保存热点"的特殊地位，但其稳定性正面临变暖威胁。成果为地球系统模型(ESMs)提供了关键的千年尺度碳循环参数，对预测碳-气候反馈具有里程碑意义。论文建立的全球SOC年龄-深度关系模型，将推动对"遗失碳汇"形成机制的重新认识。