《Agriculture, Ecosystems & Environment》：Long-term reclamation enhances soil organic carbon accumulation via mitigating salinity and alkalinity in coastal saline soils
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盐碱地改良过程中土壤有机碳（SOC）及其关键组分（PRC和MNC）与电导率（EC）和pH值的动态关系研究。摘要：通过分析江苏东海8年不同改良年限盐渍土的SOC及其关键组分PRC和MNC，揭示了EC和pH下降对SOC积累的滞后效应，表明只有在非盐渍化（EC<1 dS·m?1，pH<8.5）后，PRC和MNC才能协同促进SOC稳定积累。
朱伟|顾世国|张欣|于宣宇|于双黄|王向平|江瑞|孟向天|姚荣江
中国科学院土壤科学研究所，土壤与可持续农业国家重点实验室，南京 210008，中国
摘要
沿海盐碱土的改良对全球粮食安全至关重要，而土壤有机碳（SOC）的积累是改良过程中的核心。然而，在不同盐碱程度下，随着改良时间的延长以及作物秸秆的就地施用，SOC的特征及其关键组成部分——植物残体碳（PRC）和微生物死亡质碳（MNC）的变化仍不明确。通过在中国东台改良区进行为期0年、3年、5年和8年的长期观测，我们测量了SOC、土壤养分、酶活性和微生物生物量。改良逐渐降低了土壤的电导率（EC），而pH值的变化则较为平缓。PRC和MNC的积累滞后于EC和pH值的下降，呈现出曲线趋势。到第8年时，0–15厘米和15–30厘米土层中的SOC分别达到了6.30克/千克和6.37克/千克，比初始水平增加了62%和120%；同时，这两层中的PRC含量增加了约500%。在8年时，真菌死亡质碳（FNC）占MNC总量的比例分别为7.48（0–15厘米层）和6.52（15–30厘米层）。EC和pH值的下降影响了酶活性和土壤养分，但最终促进了SOC的固定。因此，长期改良（超过8年）能够增强土壤的脱盐能力和SOC的储存量；只有当土壤盐度降低到非盐碱化状态（EC1:5 < 1 dS m?1，pH < 8.5）时，才能实现显著的SOC增加。
引言
沿海盐碱土在全球范围内广泛分布，是重要的耕地资源（Kumar等人，2024年）。其改良和利用对全球粮食安全至关重要。然而，气候变化导致的海平面上升加剧了盐碱化风险，盐碱化面积持续扩大（Ivushkin等人，2019年）。增加SOC的储存量对于改良盐碱土至关重要，因为SOC能够改善土壤结构、提高养分保持能力和微生物活性（Takele等人，2025年）。SOC的长期固定依赖于两个关键成分的稳定积累：PRC（来自作物残体和根系）和MNC（来自死亡的微生物细胞，包括FNC和BNC）（Zhao等人，2025年）。因此，研究这些SOC成分的变化对于明确沿海盐碱土的长期有效改良机制具有重要意义。
通常情况下，土壤的pH值和电导率（EC）会随着耕作时间的延长而降低，而SOC则呈现相反的趋势，这表明盐度、碱度和SOC之间存在负相关（Huang等人，2024年）。在盐碱农田中，盐度从1 dS m?1升高到5 dS m?1会导致SOC减少多达430%（Hassani等人，2024年）。长期耕作（50–1000年）显著增加了SOC含量（从1.8克/千克增加到4.4–9.5克/千克）（Cao等人，2025年）。然而，SOC、耕作时间、EC和pH值之间的关系仍不明确。EC、pH值和SOC之间的相互作用非常复杂（特别是在田间条件和全球范围内），并且受到具体环境的影响。例如，较高的EC可能会抑制碳矿化作用，从而保持SOC水平（Rasul等人，2006年）；但也有研究表明盐度会增强碳矿化作用，加速SOC的损失（Han等人，2025年）。盐度还会降低微生物生物量和多样性，减缓秸秆分解速度，并使MNC减少13%，同时使PRC增加6.9%（Chen等人，2025年）。相反，其他研究表明高盐度条件下秸秆的矿化速率会增加，溶解有机碳和微生物生物量碳也会相应增加（Tang等人，2025年）。一项元分析表明，改良主要通过促进PRC的积累来增加表土碳含量（Chen等人，2024年）；而另一项研究则指出在盐碱土中微生物死亡质碳是土壤有机质的主要来源（Song等人，2024年）。长期实验进一步证明水稻种植能够同时增加盐碱土中的MNC和PRC含量（Du等人，2023年）。然而，在长期改良过程中，SOC（尤其是其关键成分PRC和MNC）与pH值和EC之间的耦合关系仍未得到明确。
中国改良沿海盐碱土的主要方法包括灌溉排水以降低盐分含量，并结合作物秸秆的就地施用作为重要的碳源（Wang等人，2024年）。多项研究表明，秸秆、生物炭和有机肥料等改良措施可以在短期内迅速增加土壤有机碳含量（Chang等人，2025年；Cheng等人，2024年；Fan等人，2024年）。然而，盐碱化的风险依然存在，季节性的脱盐和盐分反弹会增加SOC损失的风险（Takele等人，2025年；Wang等人，2025年）。研究还发现高盐度会抑制秸秆分解并加速SOC的损失（Chen等人，2025年）。大多数研究要么（1）基于短期观察（< 5年），未能捕捉到SOC对改良的滞后响应（Chang等人，2025年；Chen等人，2024年）；要么（2）依赖外源有机碳输入（如秸秆、生物炭、有机肥料），虽然这些措施能迅速提高SOC含量，但成本较高且在大规模应用中存在污染风险（Elmeknassi等人，2024年；Sun等人，2025年）；要么（3）仅关注PRC或MNC，而没有明确它们与土壤盐度和pH值的耦合关系（Du等人，2023年；Song等人，2024年）。例如，Chen等人（2024年）报告在外源碳添加的情况下PRC在SOC中占主导地位，但尚不清楚这种模式是否适用于仅依靠作物秸秆就地施用的系统。同样，尽管盐度会抑制微生物活性（Chen等人，2025年），但在长期脱盐过程中FNC和BNC对SOC的相对贡献尚未量化。基于上述文献空白和当地条件，我们提出了两个假设：（1）长期改良会增强SOC的积累，其中MNC（而非PRC）会成为主要成分，因为高初始盐度会抑制作物生物量（从而减少PRC的输入），而真菌（比细菌更耐盐）会持续存在并贡献FNC（Fu等人，2025年；Wang和Kuzyakov，2024年）；（2）SOC（通过PRC和MNC）与EC和pH值之间存在曲线关系，只有在土壤达到非盐碱化条件后才会出现显著积累，因为盐度会抑制微生物分解和养分循环，直到超过某个阈值（Cao等人，2025年；Hassani等人，2024年）。
因此，根据当地土壤改良的进程，我们选择了四种不同的改良时间：（1）0年（未改良）：严重盐碱化（EC1:5 > 10 dS m?1），代表初始状态；（2）3年：中度盐碱化（EC1:5 2–5 dS m?1），反映早期脱盐效果；（3）5年：轻微盐碱化（EC1:5 1–2 dS m?1），标志着向非盐碱化状态的过渡；（4）8年：非盐碱化（EC1:5 < 1 dS m?1），代表稳定的改良状态（Zhan等人，2022年；Zhu等人，2024年）。这一时间序列有助于我们将SOC动态与关键盐度阈值联系起来，从而验证或解释上述两个假设。
研究地点
本研究在2015年至2025年间在中国东部江苏省东台的庙子泥改良区进行（32°42′-32°53′ N，120°53′-120°58′ E，图1a），该地区具有亚热带季风气候。年均气温为15°C，年均降水量为1061毫米，年均蒸发量为883毫米。土壤由长江、古黄河和淮河沉积的沉积物形成（Zhan等人，2022年），具有以下特性：
土壤电导率、pH值和土壤有机碳
随着改良时间的延长，土壤电导率显著降低。在0–15厘米和15–30厘米土层中，EC1:5从12.95 dS m?1和3.96 dS m?11和0.21 dS m?1
在0–15厘米土层中，PRC含量在前3年有所下降，之后逐渐增加，到第8年时达到6.30克/千克；而在15–30厘米土层中，PRC含量有所增加。
PRC和MNC的积累模式：滞后效应和主要成分
与我们的第一个假设（MNC占主导）相反，在第8年时，PRC和MNC对SOC的贡献相当（各占SOC增加量的约40%），但FNC是MNC的主要成分（FNC/BNC比例约为7:1）。这种独特模式与我们研究中作物秸秆的就地施用条件密切相关，这也与其他大多数研究不同（Chang等人，2025年；Chen等人，2024年；Fan等人，2024年），反映了资源匮乏的沿海改良系统的实际限制。
结论
本研究探讨了在仅依靠作物秸秆就地施用（无外源碳输入）的情况下，长期改良（0–8年）对沿海盐碱土中SOC及其关键成分（PRC和MNC）动态的影响。结果表明，改良并不会立即导致SOC的积累；相反，PRC和MNC的积累滞后于EC和pH值的下降，且两者与EC和pH值之间存在曲线关系。PRC和MNC的显著增加表明...
作者贡献声明
朱伟：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，研究设计，资金获取，数据管理，概念构思。顾世国：验证，监督，方法学设计，研究实施，数据分析。张欣：验证，方法学设计，研究实施，数据分析。于双双：数据可视化，验证，研究实施，数据分析。于宣宇：撰写——初稿，研究设计，资金获取，数据分析。江瑞：撰写——审稿与编辑，资源协调。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（编号：32271720、42507070、42477074）、滁州大学科研启动基金项目（编号：2023qd44）、国家重点研发计划（编号：2021YFD1900602、2021YFC3201201）以及中国科学院土壤科学研究所（编号：E3251600、ISSAS2411）的财政支持。
