黄土高原植被恢复对颗粒态与矿物结合态有机碳时空分异格局的影响机制

本研究针对植被恢复对土壤有机碳(SOC)不同组分的影响机制这一关键科学问题，通过整合黄土高原33项研究的784组数据，首次量化了植被恢复对颗粒态有机碳(POC)和矿物结合态有机碳(MAOC)的差异化影响。研究发现植被恢复使SOC增加66%，其中POC增幅(103%)显著高于MAOC(48%)，且森林/灌木恢复、人工恢复及豆科植物的固碳效果更优。研究揭示了POC和MAOC在纬度梯度、土壤剖面和时间序列上的分异规律，为生态系统恢复的碳汇管理提供了多组分调控的理论依据。

　　

在全球气候变化背景下，土壤作为陆地生态系统最大的碳库，其微小的碳储量变化都可能对气候产生重大反馈。联合国将2021-2030年定为"生态系统恢复十年"，而植被恢复被视为实现碳中和的关键策略。然而，土壤有机碳(SOC)并非均质实体——颗粒态有机碳(POC)主要来自植物残体，周转快；矿物结合态有机碳(MAOC)则通过与矿物结合获得长期稳定。这两种组分对植被恢复的响应差异，直接影响着碳汇的持久性，但这一科学问题在脆弱生态区尚未系统阐明。

中国科学院水利部水土保持研究所等单位的研究人员聚焦中国黄土高原——这个全球水土流失最严重且实施"退耕还林"工程最成功的区域，开展了开创性研究。通过整合33项研究的784组数据，首次揭示了植被恢复对POC和MAOC的差异化影响及其时空规律。相关成果发表在《Agriculture, Ecosystems 》期刊，为生态系统恢复的精准碳管理提供了科学依据。

研究采用meta分析方法系统整合了Web of Science和中国知网的文献数据，通过响应比计算效应值，并运用混合效应模型分析恢复类型、气候因子、土壤深度等调节因素的影响。特别关注了0-400 cm全剖面数据，建立了恢复年限与碳组分变化的定量关系。

【主要发现】

1. 碳组分响应差异：植被恢复使SOC增加66%，远超全球平均水平(<45%)。POC增幅达103%，显著高于MAOC的48%，导致SOC中POC比例上升而MAOC比例下降。

2. 恢复方式影响：森林/灌木恢复的POC和MAOC增幅均高于草地；人工恢复效果优于自然恢复；豆科植物固碳能力突出。

3. 空间格局：MAOC响应随纬度升高而增强，POC无显著变化；在0-400 cm剖面，两者响应随深度递减但始终保持正值。

4. 时间动态：恢复2.5年后开始显著固碳，且POC积累速率始终快于MAOC。

这项研究创新性地提出了"植被恢复-碳组分分异-时空格局"的耦合框架，揭示了POC作为"快碳库"对恢复措施的敏感性高于MAOC这一"慢碳库"。发现深层土壤(>100 cm)仍具固碳潜力，挑战了传统表层固碳认知。研究为黄土高原生态工程的精准调控提供了理论支撑——建议通过豆科植物引入和深根树种配置来协同提升POC和MAOC，这对实现"双碳"目标具有重要实践价值。同时，建立的POC/MAOC响应模型可为地球系统模型提供参数优化，减少碳-气候反馈预测的不确定性。