巴西南部不同管理和气候条件下草地土壤碳动态及其对气候变化的缓解潜力

本研究针对巴西南部牧场土壤碳汇潜力评估的科学空白，通过分析9个地区0-100 cm深度的土壤碳库(SCS)和有机质组分(SOM)，首次揭示了黏土质拉托索罗(Latossolo)土壤高达552.2 Mg ha-1的碳封存能力。研究发现矿物结合有机质(MAOM)在深层土壤中的稳定性优势，为可持续牧场管理促进碳中和提供了实证依据，对实现联合国可持续发展目标13(SDG13)具有重要实践意义。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，土壤作为重要的碳汇载体正受到前所未有的关注。陆地生态系统每年吸收约30%的人为碳排放，其中草地作为覆盖全球70%农业用地的特殊生态系统，其碳汇潜力与稳定性直接关系到气候变化的缓解进程。然而在巴西，近60%的1.66亿公顷牧场存在不同程度的退化，不仅导致生产力下降，更造成大量碳以CO₂形式释放。更棘手的是，现有研究多集中于表层30 cm土壤，而对深层土壤碳动态的认识严重不足——尽管70%的土壤有机碳(SOC)储存在20 cm以下深度，其周转机制和保护策略仍是未解之谜。

针对这一科学难题，巴西圣卡塔琳娜州的研究团队开展了一项开创性研究。通过对该州9个典型区域（包括塞拉诺高原、西部和北部等五个生态区）的牧场系统进行采样分析，研究人员首次系统评估了0-100 cm全剖面土壤碳库(SCS)特征，并创新性地结合土壤有机质(SOM)粒径分组技术，揭示了不同管理模式下碳组分的分布规律。这项发表在《Agricultural Water Management》的重要成果，为热带地区草地碳汇管理提供了关键科学依据。

研究团队运用三项核心技术方法：1) 分层采样技术（0-5、5-10、10-20、20-40、40-60和60-100 cm六层）；2) SOM物理分组法分离颗粒有机质(POM)和矿物结合有机质(MAOM)；3) 主成分分析(PCA)解析21项土壤参数与碳库的关联性。样本来自不同牧草品种（主要为狼尾草属Pennisetum）和管理历史的牧场，同时设置原生植被对照区。

【Characterization of collection sites】部分显示，采样点涵盖从砂质新成土(Neossolo)到黏质拉托索罗(Latossolo)的多种土壤类型，气候梯度从温凉高原到炎热沿海。这种设计使研究能捕捉到土壤类型与管理实践的交互效应。

【Principal component analysis】通过降维分析发现，前两个主成分(Dim1 35.8%+Dim2 17.9%)可解释53.7%的变异。镁(Mg)、钙(Ca)、碱饱和度(V)、pH等与总有机碳(TOC)呈正相关，而牧草种植年限与SCS无显著关联，暗示土壤本底属性比管理年限更具决定性。这一发现颠覆了传统认知，提示黏土矿物的保护作用可能比有机输入持续时间更重要。

【Data rescaling using principal component analysis】深入解析了碳组分分布规律：黏土质土壤中MAOM占比随深度增加而升高（绝对量降低但稳定性增强），证实了"矿物保护假说"。拉托索罗土壤的SCS高达552.2 Mg ha^-1，是新成土的5.8倍，凸显黏土在长期固碳中的核心作用。值得注意的是，狼尾草牧场的碳积累效率接近原生植被，为退化牧场恢复提供了理想物种选择。

【Final Remarks】总结指出：1) 黏土通过MAOM形式实现碳的物理化学双重稳定；2) 适当施肥（尤其钙镁调理）可同步提升生产力和碳汇功能；3) 深层土壤(>20 cm)应纳入碳计量体系。这些结论为巴西国家自主贡献(NDCs)中承诺的低碳农业实践提供了技术路径，证实良好管理的牧场可实现"生产力-固碳"双赢。

该研究的创新价值在于：首次量化了巴西南部全剖面牧场碳库，建立了MAOM-POM比值作为稳定性指标的方法学框架，并证实黏土矿物对气候变化的缓冲潜力。未来研究需进一步区分不同黏土类型（如高岭石vs蒙脱石）的保护效率，并开发针对深层碳库的管理措施。这项成果不仅推动了对热带土壤碳循环的理论认识，更为全球3,400万平方公里牧场的可持续管理提供了示范样板。