《Agriculture, Ecosystems & Environment》：Soil water–organic carbon–depth interactions and stand age are linked to carbon sequestration efficiency in rainfed and irrigated apple orchards
编辑推荐：
•探讨了苹果生产系统中深层土壤水-碳耦合动态。•在灌溉果园中，土壤干燥化与土壤有机碳积累在6.0–11米土层中同时发生。•土壤水分亏缺限制了雨水灌溉和灌溉苹果园中的土壤有机碳固持。•土壤深度和林分树龄是调控土壤有机碳固持效率的关键因素。引言土壤有机碳（SOC）是地球上最大的活
- •
探讨了苹果生产系统中深层土壤水-碳耦合动态。
- •
在灌溉果园中，土壤干燥化与土壤有机碳积累在6.0–11米土层中同时发生。
- •
土壤水分亏缺限制了雨水灌溉和灌溉苹果园中的土壤有机碳固持。
- •
土壤深度和林分树龄是调控土壤有机碳固持效率的关键因素。
引言
土壤有机碳（SOC）是地球上最大的活性碳库，即使土壤有机碳发生微小的变化也可能显著影响气候变化的速率（Schmidt et al., 2011）。土壤含水量（SWC）强烈调控着土壤有机碳，凸显了阐明水-碳耦合效应的必要性（Vialet-Chabrand and Lawson, 2019, Li et al., 2024）。在深层土壤中，水与碳过程紧密相互关联，使这些土层成为探索植被对土壤含水量和土壤有机碳影响效应的重要区域（Fatichi et al., 2014, Richter and Billings, 2015）。然而，先前的研究主要集中在表层0-30厘米土壤的有机碳上，尽管有证据表明在过去四十年间，中国主要耕地深层土壤发生了碳损失（Zhou et al., 2025），但深层土壤有机碳动态的记录仍然十分匮乏。苹果（Malus domestica Borkh.）是全球最重要的果树作物之一，中国黄土高原占全球苹果栽培面积的25.6%（FAO, 2022, NBSC, 2022）。关键在于，苹果树根系可延伸至20米深度，在调控深层土壤剖面的土壤含水量和土壤有机碳方面发挥着重要作用（Li et al., 2024）。深根系苹果树大量消耗深层土壤水分（Li et al., 2019, Wang et al., 2022）。相比之下，深根系对土壤有机碳的影响则较为复杂，因为它们既同化了固有的土壤碳，又补充了根系分泌物来源的碳（Garrett et al., 2024）。鉴于土壤含水量和土壤有机碳是调控苹果产量和土壤质量的关键驱动因子（Zhang et al., 2022, Zhao et al., 2024），表征深层土壤中土壤含水量与土壤有机碳的耦合关系，对于理解和管理苹果生产系统中的土壤碳积累和土壤水分有效性至关重要。
植被恢复是中国黄土高原的一种生态恢复策略。耕地向苹果园转化是一种特定形式的造林，它塑造了区域土壤含水量和土壤有机碳的动态变化，因为苹果树的深根系在消耗深层土壤水分的同时，也向同一土层分泌了植物来源的碳（Liang et al., 2025）。深层土壤水分亏缺随林分树龄的增加而加剧，这可能会继而减少根系碳输入（Liu et al., 2019, Wang et al., 2021）。然而，Wang等人（2022）报道了在较干旱气候条件下，深层土壤的有机碳固持有所增加。目前，关于雨水灌溉地区耕地向果园转化后土壤有机碳与土壤含水量的耦合信息知之甚少，而对于灌溉地区这一耦合关系的了解则更为匮乏。此外，即便采样点位于同一研究区域内，雨水灌溉果园的研究结果也存在高度冲突（Li et al., 2019, Li et al., 2024, Yang et al., 2020, Chen et al., 2022）。鉴于已有报道指出降水对深层土壤碳固持效率具有负面影响（Wang et al., 2022），以及灌溉对深层土壤水分存在深度依赖性效应（Zhang et al., 2025），我们推断灌溉极大地增加了整个深层土壤剖面中土壤含水量-土壤有机碳耦合的复杂性和变异性。因此，迫切需要进一步开展关于土壤含水量与土壤有机碳随树龄和深度耦合关系的研究，以支持可持续的雨水灌溉和灌溉苹果生产系统的建设。
中国黄土高原是全球最大的苹果地理产区，其特点为深厚的黄土沉积和长期过量施肥（Liu et al., 2021）。这些条件共同为研究深层土壤中土壤含水量和土壤有机碳的耦合动态提供了理想平台。考虑到硝态氮（NO3-N）稳健评估所需的稳定土壤深度，以及相对于硝态氮而言，土壤有机碳沿土壤剖面的深度依赖性变化较为不明显（Zhang et al., 2025, Liu et al., 2026），我们在黄土高原上采集了足够深度的土壤剖面：在典型雨水灌溉苹果产区采集了6米深的土壤剖面，在典型灌溉苹果产区采集了13米深的土壤剖面。本研究的目标是：(i) 探讨雨水灌溉和灌溉地区不同树龄苹果园中土壤含水量变化（ΔSWC）和土壤有机碳变化（ΔSOC）垂直分布模式的差异；(ii) 探索雨水灌溉和灌溉地区不同树龄果园中不同土壤深度处ΔSWC与ΔSOC之间的关系。我们假设土壤水分亏缺可能会限制土壤碳固持。
章节摘要
研究地点
本研究在洛川县（34°20′-34°50′N, 108°17′-108°41′E）和洛川县（35°21′–36°04′N, 109°18′–109°45′E）进行，分别是中国黄土高原上典型的灌溉和雨水灌溉苹果产区（图1）。两个研究区域均以温带大陆性季风气候为主。在灌溉地区（洛川县），年均降水量（MAP）为555毫米，年均气温（MAT）为12°C，年总日照时数（TSD）为2215小时。在雨水灌溉地区，
ΔSWC、ΔSOC和ΔSOC/ΔSWC的垂直特征
在雨水灌溉地区，ΔSWC随林分树龄和土壤深度显著变化（图3a）。8年果园在1-6米处的ΔSWC值为正值，而17年和25年果园在2-6米处的ΔSWC值为负值，且呈现类似的深度相关性变化。相比之下，雨水灌溉地区不同树龄和土壤深度下的ΔSOC值大多为负值，仅在17年果园的3-4.8米处观测到正值（图3b）。ΔSOC/ΔSWC值为
雨水灌溉和灌溉果园中ΔSWC、ΔSOC和ΔSOC/ΔSWC的垂直特征
耕地向果园转化可增加雨水入渗（Huang et al., 2021b），这在一定程度上解释了8年雨水灌溉果园中1-6米处ΔSWC的正值。在0-2.6米处观测到的零值和正值ΔSWC表明了我们研究区域的降水影响深度（图3a）。然而，Li等人（2019）报道在年降水量为580毫米的昌武县，8-22年雨水灌溉果园在0.8-3米深度处的ΔSWC值为负值。这一差异最可能是由于
结论
我们研究了黄土高原雨水灌溉和灌溉苹果生产系统深层土壤剖面中的土壤水-碳耦合动态。在雨水灌溉地区，盛果期和衰老期果园出现了土壤水分亏缺，但初果期果园未出现。相比之下，灌溉在13米深剖面的大部分深度消除了土壤水分亏缺；然而在6-11米处仍存在亏缺。耕地向苹果园转化与6米深剖面中较低的土壤有机碳固持有关
CRediT作者贡献声明
张育彬：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，验证，软件，方法学，形式分析，数据整理。田沃：撰写 – 审稿与编辑，方法学，形式分析，数据整理。侯丽瑶：撰写 – 审稿与编辑，方法学，形式分析，数据整理。刘占军：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，验证，监督，资源，项目管理，方法学，调查，资金
利益冲突声明
作者声明不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能影响本文所报道的工作。
致谢
本工作得到了国家重点研发计划（2021YFD1900703）和苹果现代产业技术体系专项基金（CARS-27）的资助。
张育彬|田沃|侯丽瑶|刘占军|王昭辉|翟兵年|朱远军|许新鹏
