城市化通过物理-化学-微生物耦合机制削弱森林土壤碳储量但提升碳稳定性：以北京城乡梯度为例

本研究通过多维度分析揭示，城市化虽降低土壤有机碳（SOC）储量（减少20.97%-31.21%），但通过增强粉粒-黏粒物理保护（提升23.76%）、增加芳香碳与烷基碳化学惰性（分别上升2.27%和2.34%），以及抑制微生物对顽固碳降解（外生菌根真菌减少36.48%，氧化酶活性下降36.28%），显著提升SOC稳定性，为城市森林碳汇管理提供关键理论依据。

　　

Highlight

城市化通过耦合的物理化学和微生物机制削弱土壤碳储量但增强碳稳定性——以北京城乡森林为例

研究背景

中国城市化进程迅猛，预计2030年城镇化率将达60%（Zhang et al., 2020）。这一过程引发显著环境变化，包括热岛效应、大气CO₂浓度升高及氮（N）沉降增加（Scholz and Weihermüller, 2021）。城乡环境梯度为研究生态系统对人为压力的响应提供了理想模型。尽管城市土壤和植被碳（C）汇可能无法完全抵消城市碳排放，但其对减排贡献显著。城市森林平均冠层覆盖率已达22.96%，这些森林通过气候调节、水土保持和大气CO₂固存提供关键生态服务（Chen et al., 2022）。

核心发现

沿城乡梯度，SOC含量呈现明显上升趋势（图1a）。与城市土壤（21.01 g·kg^-1）相比，郊区森林SOC低20.97%，农村森林低31.21%。在所有地点，杨树林的SOC显著高于松林，增幅分别为19.14%（城市）、31.47%（郊区）和20.99%（农村）。环境梯度变化显著影响SOC输入和输出：凋落物生物量从城市到农村增加，而根系生物量则下降。城市土壤中粉粒-黏粒组分SOC比例增加23.76%，表明物理保护增强。芳香碳和烷基碳相对丰度分别增加2.27%和2.34，提示化学惰性提升。微生物分析显示，外生菌根真菌（Ectomycorrhizal Fungi, EMF）减少36.48%，氧化酶活性下降36.28%，与顽固碳降解相关基因减少47.36%，而针对易分解碳的基因和酶富集。这些变化抑制了顽固化合物的分解，从而强化了SOC的持久性。

讨论

我们的研究通过整合物理、化学和微生物视角，揭示了城乡梯度森林土壤SOC固存和稳定性的机制。SOC含量从农村到城市降低，SOC输入和输出沿环境梯度（城市<><>

结论

研究发现表明，城市化导致SOC总含量下降，但增强了SOC稳定性。这一转变由综合机制驱动，涵盖物理、化学和生物过程，包括粉粒-黏粒组分的物理保护增强、顽固碳组分积累增加，以及微生物对顽固碳分解活性降低。这些过程共同促进了SOC稳定。