综述：农业管理策略主动促进底土碳储存

这篇综述系统探讨了通过机械干预（深翻、秸秆埋藏）、化学改良（生物炭、矿物添加）、生物途径（深根作物）和土地利用转型（农田转草地/农林系统）等策略提升底土（>0.2 m深度）碳储存的潜力，强调底土作为长期稳定碳库（SOC）的全球重要性及其在气候政策中的未充分开发价值。

　　

引言

农业底土（>0.2 m深度）因其低微生物活性和物理化学保护机制，成为全球碳储存的关键未被充分利用的储库。尽管底土有机碳（SOC）含量较低，但其体积庞大，据估算3 m深度内储存约2344 Gt碳，远超表土（615 Gt）。然而，底土环境存在压实、缺氧、酸度和养分限制等挑战，制约根系发育和碳输入。近年来，通过机械、化学和生物干预促进底土碳封存的研究取得显著进展。

机械干预策略

秸秆深埋：中国田间试验表明，将秸秆埋于30-40 cm深度可增加底土SOC达60%，同时改善土壤结构和抗旱性。但可能引发厌氧环境导致CH₄和N₂O排放，且需权衡表土碳损失风险。

有机物料深施：粪肥和堆肥深埋可提供缓释养分，但存在硝酸盐淋溶和病原体迁移风险。生物炭因其高度芳香化结构，在底土中可稳定保存数百年，但成本较高且田间验证不足。

深翻与底土松动：新西兰草地深翻至1.5 m使SOC增加179 t C ha^-1（20年），但可能加剧侵蚀和养分流失。新型垂直钻孔技术（如40 mm孔径、90 cm深）可减少压实并提升玉米产量12%。

化学改良途径

铁铝氧化物（如铁水铁矿、三水铝石）通过表面吸附和共沉淀保护有机碳，但在淹水条件下可能因还原溶解释放碳。实验室研究表明，铁盐添加可降低底土溶解性有机碳（DOC），但田间效果差异显著。铝基改良剂在酸性底土中通过形成无定形氢氧化铝包裹有机质，但需配合石灰调节pH以避免铝毒。

生物强化策略

深根作物（如苜蓿、甘蔗）根系可达2-10 m，显著增加底土碳输入。冬小麦品种的根系深度差异达2-3倍，遗传改良靶点包括重力响应基因（如DRO1）和侧根发育调控基因（LBD16/ARF7）。覆盖作物（如萝卜）可短期改善底土孔隙度，而CRISPR-Cas9技术已用于优化磷吸收和抗旱根系构型。

土地利用转型

农田转草地虽能提升表土碳，但底土碳变化微弱（30-80 cm仅+2 t C ha^-1）。农林复合系统（如杨树-小麦间作）底土碳增幅差异大（0-7 t C ha^-1），与树种年龄和土壤类型密切相关。

实施障碍与展望

技术限制（如26%爱尔兰草场适合深翻）、经济成本（铁铝改良剂应用达600美元/ha）和监测难题制约推广。未来需结合长期田间试验（如秸秆-生物炭联合应用）和政策激励（碳市场），以平衡生态效益与农业可行性。底土碳封存虽速率缓慢，但其千年级稳定性为应对气候变化提供了不可替代的解决方案。