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Global Change Biology:年轻土壤碳主导全球土壤碳排放

土壤家 2022-07-27

转载自地球很高级公号(2022年7月7日)

文章信息


题目:Younger carbon dominates global soil carbon efflux

期刊:Global Change Biology

2022年影响因子:13.2

5年影响因子:13.1

分区:中科院一区 TOP

发表时间:2022.6

通讯作者:罗忠奎

作者单位:浙江大学环境与资源学院

研究背景


土壤碳(C)由具有不同年龄(即C原子进入土壤后在土壤中经历的时间)的连续有机化合物组成,其周转是陆地生态系统碳循环的关键过程,是预测土壤碳库变化的关键参数。由于土壤碳年龄和周转时间(即C原子从进入到离开土壤所经历的时间)的分布具有较大的不确定性,准确估算土壤中碳的年龄和周转时间是评价土壤碳汇能力的关键,对于理解全球气候变化背景下的碳收支具有重要意义。

研究方案


利用全球750个土壤剖面的放射性碳同位素数据(ISRaD),结合相关环境变量,构建机器学习模型,绘制了1km分辨率的全球0-2米土壤碳年龄(asoil)及其不确定性分布图。此外,利用ORNL DAAC NPP数据库725个点的地上、地下净初级生产力数据,加上文献收集的总共559个根生物量数据,估算了1km分辨率的全球0-2米土壤碳周转时间(aefflux)。以此为基础,进一步分析了碳周转时间和碳年龄的比例(ra= aefflux:asoil)的空间分布。此外,本研究综合考虑了气候、地形、土壤属性和净初级生产力(NPP)等因子,构建了基于偏最小二乘法的结构方程模型,阐明了各驱动因子对全球aefflux、asoil及其比例ra的影响。


图1. 全球0-2米土壤碳周转时间(aefflux)、碳年龄(asoil)及其比例ra(aefflux:asoil)的空间分布

研究结果


研究结果发现,在整个0-2米土壤剖面,平均碳周转时间为194年,平均碳年龄为1476年,两者的比值可以说明年轻的碳主导整个土壤碳周转过程,大多数碳循环周转都发生在较年轻的土壤碳库。随着土壤深度的增加,碳周转时间和碳年龄都快速增大,但是他们的差距明显减少,说明新的碳输入在更深的土层停留的时间更长。


图2. 不同土壤深度下土壤碳周转时间(aefflux)、碳年龄(asoil)及其比例ra(aefflux:asoil)的变化趋势


研究团队综合考虑了气候、地形、土壤属性和净初级生产力(NPP)等因子,构建了基于偏最小二乘法的结构方程模型,阐明了各驱动因子对全球aefflux、asoil及其比例ra的影响。研究发现土壤是碳周转时间的主控因子,而土壤年龄主要受气候和NPP的影响。



图3. 全球aefflux、asoil及其比例ra(aefflux:asoil)的驱动因子分析

研究结论


基于以上研究发现,虽然土壤有机碳主要由老土壤有机碳组成,但年轻土壤有机碳主导土壤碳排放,新输入有机碳的快速周转导致其对长期土壤固碳的作用有限。该成果对全球变化变化背景下,土壤碳固持具有重要的实践指导意义。


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