火山与非火山性水稻土中活性铝铁对土壤有机碳稳定性的调控机制研究——以马达加斯加中部高原为例

本研究针对热带水稻土有机碳（SOC）稳定机制不清的问题，通过分析马达加斯加中部高原306份火山与非火山性水稻土样本，揭示活性铝（Alox）和铁（Feox）对SOC的主导调控作用，发现Alox是核心因子且其与Feox比例影响SOC稳定性，为热带稻田碳汇模型构建提供关键参数。

　　

在热带地区，水稻土作为重要的碳汇和粮食生产基础，其土壤有机碳（SOC）稳定性机制长期困扰着研究者。尽管已知活性铝（Al）和铁（Fe）对SOC具有稳定作用，但两者在火山与非火山性水稻土中的相对贡献仍不明确。这一问题在马达加斯加等非洲地区尤为突出——当地土壤高度风化且缺乏系统性研究，而火山活动又可能通过改变活性金属含量影响碳循环。更复杂的是，稻田独特的淹水-排水循环会通过氧化还原反应改变铁矿物形态，进一步干扰SOC稳定性。这些认知缺口限制了热带稻田精准碳管理策略的制定。

为解答上述问题，由日本国际协力机构（JICA）资助的研究团队对马达加斯加中部高原6个公社的306份稻田表层土壤（0-15 cm）展开调查，其中3个公社位于第四纪火山活动区。研究采用结构方程模型（SEM）量化环境因子对SOC的影响，结合非度量多维标度（NMDS）和方差分析（PERMANOVA）解析土壤性质的空间差异，并通过草酸盐提取法测定活性铝（Al_ox）和铁（Fe_ox）含量。

研究结果

1. 土壤特性差异：火山性土壤的Al_ox、Fe_ox和SOC含量显著高于非火山性土壤（p < 0.01），且NMDS显示两类土壤性质聚类明显（应力值0.092）。

2. 活性金属的主导作用：SEM表明Al_ox + Fe_ox对SOC的解释力远超黏粒含量和气候因子，且回归斜率在火山与非火山区域一致，暗示其调控机制的普适性。

3. 铝铁比例效应：Al_ox是SOC的主要控制因子，但当Fe_ox/Al_ox比值升高时（尤其非火山土壤），Fe_ox对SOC的贡献显著增强，表明金属比例决定稳定机制。

4. pH的抑制作用：SOC含量随pH升高而降低，可能与碱性环境削弱金属-有机复合体稳定性有关。

结论与意义
该研究首次系统比较了火山与非火山热带水稻土的SOC稳定机制，证实活性金属（尤其Al_ox）是SOC存储的核心驱动力。这一发现挑战了传统认知——在Fe_ox主导的非火山土壤中，Al_ox仍起基础作用，而Fe_ox仅在相对富集时显现效果。研究为热带稻田碳汇模型引入关键参数（Al_ox/Fe_ox平衡），并为马达加斯加等非洲地区制定差异化固碳策略（如火山区优先调控Al、非火山区协同管理Fe）提供理论依据。论文发表于《Environmental Research》，填补了撒哈拉以南非洲稻田碳循环研究的空白。