65年植被恢复时序揭示干旱区土壤有机碳加速累积机制：植被-微生物协同驱动的稳定性碳库形成

针对干旱区植被恢复对土壤有机碳(SOC)长期稳定性机制不清的问题，中国科学院团队通过65年时序研究，发现34年为SOC累积速率转折点，揭示可提取态OC(如金属-OC复合物)与残渣态OC的分异规律，证实植物属性与生物结皮分别调控不同碳组分，为干旱区生态恢复的碳汇潜力评估提供理论依据。

　　

在全球气候变化与土地荒漠化加剧的背景下，干旱区作为占陆地面积45%的特殊生态系统，其土壤中储存着646 Pg有机碳(OC)，相当于全球土壤碳库的32%。然而，这些区域正面临严重退化，历史碳损失高达10-29 Pg。植被恢复虽被证实能有效遏制荒漠化并提升土壤有机碳(SOC)储量，但长期恢复过程中碳库稳定性机制始终成谜——SOC究竟如何从活跃态向稳定态转化？哪些生物与非生物因素主导这一过程？这些问题直接关系到全球碳汇潜力的准确评估。

中国科学院团队以腾格里沙漠东南缘65年植被恢复时序为天然实验室，通过化学连续分馏技术将SOC解构为功能差异的碳组分，结合植被调查与微生物群落分析，首次揭示34年是SOC累积速率与组分演替的关键转折点。研究发现，SOC含量从11年时的0.63 g/kg跃升至65年时的7.9 g/kg，其中34年后呈现加速累积特征。可提取态OC（包括弱吸附OC、金属-OC复合物、碳酸盐结合OC等）在34-48年间从1.8 g/kg激增至3.9 g/kg后趋于平稳，而残渣态OC则在34-65年间持续增长至5.9 g/kg，占比从16%提升至53%。这种组分动态分异背后隐藏着截然不同的驱动机制：磷脂脂肪酸(PLFAs)表征的微生物量与真菌/细菌比显著关联可提取态OC，而残渣态OC则主要受草本盖度、凋落物量及生物结皮覆盖度调控。

关键技术方法
研究采用时序空间替代法，选取腾格里沙漠0-65年不同恢复年限样地，通过Na₄P₂O₇-NaOH-Na₂S₂O₄-HCl连续化学分馏分离6种OC组分，结合磷脂脂肪酸(PLFAs)分析微生物群落，同步监测植被参数（盖度、凋落物量）与土壤理化性质（黏粒含量、pH等）。

研究结果

1. 植被属性与土壤环境变化：34年前以灌木为主，后期草本优势度提升；黏粒含量、凋落物量在后期显著增加。
2. OC组分动态：可提取态OC在34-48年快速累积后饱和，残渣态OC持续线性增长，34年后二者贡献率发生逆转。
3. 驱动机制：微生物量（尤其真菌/细菌比）主导可提取态OC积累，植物输入与生物结皮促进残渣态OC稳定化。

结论与意义
该研究首次量化干旱区植被恢复中SOC组分的非线性累积规律，提出34年生态阈值概念，阐明微生物-植物协同驱动碳库稳定性提升的"双通道机制"：前期微生物活动促进活性碳积累，后期植物输入与矿物保护主导稳定碳库形成。这一发现为干旱区生态恢复工程的碳汇效应评估提供了关键时间节点和调控靶点，证实长期恢复能显著增强土壤固碳韧性，对全球气候变化 mitigation 具有重要实践价值。论文发表于《CATENA》，通讯作者为Li Xinrong团队。