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新闻公告
周国逸等提出气候及凋落物C/N (碳氮比)比 制约土壤有机碳(SOC)积累
作者: 鼎湖山站 更新时间: 2019-06-27

SOC在平衡大气CO2浓度方面起着关键的作用。巴黎气候会议后,促进SOC积累被认为是基于生态系统减缓大气CO2浓度上升的一个关键途径,发展能准确估算大范围SOC平衡模型、找到适合大范围提升SOC含量的措施和方法是实现这个途径的基础,而所有这些的先决条件在于全面了解SOC积累的驱动因子。多年来,人们在探索SOC积累机理上做了大量的工作,在某些单个因子的贡献上做出了很有意义的解释,但在诠释大尺度SOC动态机制上仍然缺乏一致性的结论,这由此一方面限制了大尺度SOC估算模型的开发,同时也阻碍了大范围提升SOC积累技术和方法的进步,呼吁在广泛测定的基础上进一步研究。

基于中国科学院战略先导专项课题-“中国森林生态系统固碳现状、速率、机制和潜力(森林课题)”在国家尺度上所布置的森林样地及其调查数据、结合全球已经发表的研究结果,周国逸研究员、徐姗博士等发现大尺度SOC积累的基本制约因子。低凋落物C/N(这里的凋落物泛指输入到土壤的所有初级产品,包括地上地下凋落物及粗死木、根系分泌物,下同) 和更湿润的气候有利于SOC积累;所有能够促进凋落物C/N比下降的自然过程和人为措施、以及能导致湿润指数(年降水量与年蒸散潜力之比)上升的全球气候变化都将促进SOC积累。植物多样性主要通过影响凋落物C/N比来间接影响SOC,它的直接作用很小、仅发生在土壤表层;自然状况下,高植物多样性往往降低凋落物C/N比从而间接促进SOC积累。尽管很多碳平衡模型都把凋落物量和土壤质地作为SOC动态的驱动因素,但该文并没有发现这两个量对大尺度SOC积累有任何显著影响。

该文结论可以解释很多原来难以理解的现象。FACE实验发现,CO2浓度上升促进生物量积累和增加凋落物量,却并不能增加SOC -这是因为CO2浓度上升并没有降低(甚至增加)凋落物C/N比。营林工作者通过引进豆科植物以增加原有林分土壤肥力-豆科植物的加入降低了原来林分凋落物C/N比。N添加实验指出,如果N添加降低了凋落物C/N比,则将显著增加SOC含量;如果只是增加初级生产者生产力或者是生物量,则SOC基本不变。

该文结论也很好地解释了“成熟森林土壤积累有机碳”现象(Zhou et al., 2006)。在发现“成熟森林土壤积累有机碳”现象以后,后续研究指出这个群落凋落物量稳定(Tang et al., 2011)、但凋落物C/N比下降(Huang et al., 2011)、物种多样性增加(Zhou et al., 2013),这些都导致SOC增加。由于成熟森林的这些动态特征(凋落物量稳定、凋落物C/N比下降,物种多样性增加)不是全球变化驱动的,所反映的是群落演替过程中的内部变化,因此,我们相信“成熟森林土壤积累有机碳”是一个普遍的现象。

       最后,该文有很好的潜在应用价值。阐述全球碳循环的模型必然要保留驱动大尺度SOC的关键因子,本文提供了一个很好的参考;其次,如何促进SOC积累以缓解大气CO2浓度上升,本文也为此指明了方向。该成果已在线发表在National Science Review(IF2018=13.22)上:https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwz045/5423337

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