《Forest Ecology and Management》：Contrasting root-zone and carbon-stock responses to forestry-residue treatment packages across two degraded coastal plantations
编辑推荐：
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在两个沿海种植园中，生物炭使土壤容重降低了约15%
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在两个试验地点，生物炭使监测到的根
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在两个沿海种植园中，生物炭使土壤容重降低了约15%
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在两个试验地点，生物炭使监测到的根系体积增加了一倍多
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更大的根系体积并不一定意味着更高的土壤碳储量
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在固定深度下，0–20厘米深度的碳储量与对照组没有显著差异
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土壤质量分析支持生物炭具有更强的耐酸水解碳特性
引言
沿海种植园建立在被开垦的低地上，这些地方的土壤和水文条件会限制幼树的生长。在中国东部沿海地区，开垦和排水改变了水盐平衡，而同一片区域内可能会出现浅层地下水、间歇性积水、通气不良、盐分过高以及土壤容重较大的问题（联合国粮食及农业组织，2021；联合国粮食及农业组织，2024；IPCC，2019；Qadir等人，2014；Rengasamy，2006）。这些限制条件直接影响根区。密度大的土壤会限制根系的伸展和分枝，盐分会减少水分吸收，而饱和的土壤会限制根系的呼吸作用（Bailey-Serres和Voesenek，2008；Barrett-Lennard，2003；Flowers和Colmer，2008；Munns和Tester，2008；Voesenek和Bailey-Serres，2015）。由于多种限制因素可能同时存在，某一土壤性质的变化并不一定会引起根系或土壤碳储量的相应变化。在这些地区进行的林业作业还会产生树枝和其他木质残余物，需要对其进行管理。将这些残余物直接回填或转化为生物炭，为重新利用这些当地资源提供了两种方法。不过，这两种材料是不可互换的。木屑和生物炭在颗粒形态、施用量、碳氮含量、碳氮比以及化学性质方面存在差异。研究表明，生物炭可以降低土壤容重、改变水分保持能力并影响植物生长表现，但具体效果因土壤类型、材料种类、施用剂量和田间条件而异（Atkinson等人，2010；Blanco-Canqui，2017；Jeffery等人，2011；Lehmann等人，2021；Omondi等人，2016；Razzaghi等人，2020）。因此，比较实际的残余物处理方法时，需要区分整个处理方案的效应与单一材料属性或碳剂量的影响。
仅从材料投入的角度来预测后续测量的碳储量是不全面的。木屑残余物最初以相对粗大的有机物质形式存在，而生物炭则以富含碳、密度较低的固体形式进入土壤。它们在制备好的土壤样本中的存在形式取决于其破碎程度、分解过程、在土壤层中的迁移情况以及样品制备的边界条件。因此，较大的碳施用量并不一定会在单次观测时导致土壤有机碳（SOC）或酸水解抗性碳（IOC）的显著差异。当分别报告改良剂投入、根区响应以及定义分析组分中的碳含量时，田间比较会更加具有信息量。恢复退化的种植园有助于碳储存，但从残余物施用到可测量的土壤碳储量之间的过程是间接的（Chazdon，2008；Griscom等人，2017；Lal，2004）。根系的生长会受即时根境环境的影响，而土壤有机碳（SOC）则反映了有机物质投入、分解过程、微生物作用、矿物结合以及养分流失之间的平衡（Cotrufo等人，2013；Dungait等人，2012；Lehmann和Kleber，2015）。通过微根镜观察到的较大根系体积并不能直接反映根系的周转率、分泌物量或土壤中保留的根系来源碳的量。因此，根区指标和碳储量可能在不同时间段内发生变化，不一定按照相同的顺序对处理效果进行排序（Jackson等人，1996；Rasse等人，2005）。因此，我们在900天的时间内分别测量了根系和碳的变化情况。
这种区分对于种植园恢复尤为重要，因为快速建立幼苗和长期储存土壤碳是相关的管理目标，但它们并不代表相同的最终结果。某种处理措施可能改变土壤容重和根系体积，但并不会在同一时期产生显著的碳储量增加。反之，操作性碳含量的差异也不能说明根系生长情况的改善。我们对这些结果进行了单独评估，而不是假设它们会一致。碳含量的结果也需要仔细解释。这里使用的耐酸水解碳含量是一个操作性指标，并不能直接反映与矿物质相关的碳或百年尺度上的稳定碳（Lavallee等人，2020；Six等人，2002；von Lutzow等人，2006）。此外，固定深度的碳储量估算结合了碳浓度、容重和土层厚度。当不同处理措施下的容重不同时，相同的采样深度可能代表不同质量的土壤（Ellert和Bettany，1995）。本次试验中的改良剂被均匀施用于大约20厘米深的土层。因此，我们使用0–10厘米层和10–20厘米层分别测量的碳含量之和作为主要的固定深度碳指标，并采用等效土壤质量（ESM）分析法进行敏感性分析。0–10厘米层的特定结果作为次要证据保留。
该田间试验在广西和向华地区比较了生物炭（B）、木质残余物（W）以及半剂量生物炭加木质残余物的组合（WB）与未经处理的对照组（CK）。我们探讨了三个问题：（1）900天时的土壤容重和根系体积在各处理组和对照组之间有何差异；（2）土壤有机碳（SOC）和操作性耐酸水解碳（IOC）的储量模式是否与根区指标一致；（3）两个试验地点的反应模式是否相似？我们还研究了ESM分析法是否改变了主要0–20厘米固定深度碳结果的解释。
章节片段
研究地点和试验设计
试验在中国上海崇明区的两个地点进行（图2）。广西是一个平坦的、经过开垦的种植园，在2023年之前的树木生长状况较差，随后进行了清理、场地准备和重新种植。向华是一个低洼地带，被沟渠环绕的种植园，在2023年之前的树木也被清除，随后进行了沟渠开挖、垄田整理、场地准备和重新种植。崇明位于长江河口，属于亚热带季风气候区。
根区响应：容重和根系体积
首先我们报告900天时的整体试验结果；重复观测结果作为次要证据呈现（图3、图4）。900天时，广西的容重综合p值为0.0201，向华的容重综合p值为0.0019。B处理组的容重比CK处理组低14.7%（广西为Tukey校正后的p值=0.0129，向华为p值=0.0011；图1）。在向华，WB处理组的容重也低于CK处理组（Tukey校正后的p值=0.0357）。对于监测到的根系体积，
B处理组下的容重和根系体积
900天时的结果显示出明显的根区差异。在两个地点，B处理组的土壤容重较低，根系体积较大，且B处理组与CK处理组之间的差异幅度在广西和向华地区相似。相比之下，主要0–20厘米固定深度的碳含量差异并未得到统计学支持。两个地点最明显的结果是B处理组在容重和根系体积方面的响应。
结论
在900天时，B处理组的土壤容重较低，根系体积较大，这一结果在两个地点都一致。主要0–20厘米固定深度的SOC和IOC比较未得到统计学支持，且碳含量的处理组排名与根区排名不一致。在ESM分析法下，向华地区的WB–CK处理组间的IOC差异得到了支持，而广西地区的B–CK处理组间的SOC差异则没有。
补充材料
本文的补充材料已作为可下载的支持文件上传，包括了正文中引用的图表和分析内容。
CRediT作者贡献声明
金瑞豪：撰写——初稿编写、正式分析、概念构思。 韩瑞杰：撰写——审稿与编辑、方法论、资金筹集。 彭波：撰写——审稿与编辑、概念构思。 张文文：撰写——审稿与编辑。 孙宁晓：撰写——审稿与编辑。 Jiang浩宇：撰写——审稿与编辑。 严静莉：撰写——审稿与编辑。 郑吉：撰写——审稿与编辑。 尹珊：撰写——审稿与编辑、资金筹集、概念构思。
手稿准备过程中使用的生成式人工智能和人工智能辅助技术的声明
在本工作的准备过程中，作者仅使用ChatGPT（OpenAI）来改进英文表达。作者审阅并批准了最终稿件，并对其内容负全责。
资金支持
本工作得到了下列情形之一的财务支持：中国国家自然科学基金（32572135），上海科技创新行动计划项目（22dz1208202），上海园林绿化科学研究专项基金以及上海市市容管理局（G251212）。
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