我国提出实现“碳达峰”和“碳中和”目标，对应对全球气候变化，保护生态环境具有重大意义，实现这个目标需要多方和长时间的努力。2021年11月12日，西南大学地理科学学院时伟宇教授课题组以“Effects of vegetation restoration on soil carbon dynamics in Karst and non-karst regions in Southwest China: a synthesis of multi-source data”为题，在线发表了关于西南地区喀斯特与非喀斯特区植被恢复后土壤碳汇过程差异的最新研究成果。该成果已在线发表在经典植物土壤学领域Top期刊《Plant and Soil》 。硕士研究生朱小聪和时伟宇教授分别为该文的第一作者和通讯作者。
植被恢复是影响土壤碳库变化的重要方式，土壤碳库是陆地生态系统中最大的碳库，即使土壤碳库微小的变化，也对气候变化起着至关重要的作用。目前，植被恢复对土壤碳储量的影响还存在许多不确定性，主要表现在：（1）全球范围内，土壤固碳速率（RS）变化范围大，大约从-5 Mg ha-1 yr-1至5 Mg ha-1 yr-1，最高值热带亚热带地区可以达到13 Mg ha-1 yr-1；（2）由于单一样地尺度难以上升到区域尺度，以及遥感观测难以反映深层土壤碳动态，需要在现有野外观测基础上，在区域尺度上对影响因素进行综合评价。我国西南地区喀斯特分布集中连片，地形破碎，喀斯特与非喀斯特地貌交错，是生态环境脆弱的典型地区。西南地区人口集中，频繁的人类活动给脆弱的生态系统带来较大的压力，是植被恢复重点地区。20世纪末期，退耕还林还草、石漠化治理工程、天然林保护等一系列生态保护与建设工程相继启动，促进了西南地区植被恢复，但该区域土壤碳汇的生态恢复效应与机理尚不明晰，限制了该地区进一步更有效发挥生态碳汇作用。
时伟宇教授课题组在整合多源数据的基础上，结合西南5省（市）开展的大范围土壤采样调查，建立了本研究区的土壤属性数据集与环境因子数据集。课题组进一步对植被恢复后土壤碳库变化，以及喀斯特与非喀斯特区之间的差异性进行分析，并利用结构方程模型（SEM）分别构建喀斯特与非喀斯特区模型，用于分析不同影响因素的相对重要程度，以及各影响因素之间的相互关系。研究发现：（1）不同土层，固碳整体呈现相似变化趋势：RS随土壤深度增加而递减，并且喀斯特区RS均高于非喀斯特区。非喀斯特区土壤碳储量的快速增加主要集中在早期恢复阶段，而喀斯特区具有更快、更持久的固碳能力。（2）喀斯特区的土壤量可能比非喀斯特区少，而喀斯特区裂隙结构发育，更容易形成物种丰富的植物群落和复杂的植被根系结构，有机质输入增加，RS相应升高。（3）在降水没有明显增减情境下，温度可能是限制西南地区土壤碳汇的主要气象因素。N对Rs的总效应比例都相对较高，喀斯特区P与C、N显著相关，非喀斯特区则相反。与非喀斯特区相比，喀斯特区的RS表现为P限制，而N又限制了C。非喀斯特区可能是由于N的变化速率低于RS，导致后期RS的变化受到N的限制。该研究初步解析了我国西南地区喀斯特与非喀斯特区土壤碳汇的生态恢复效应与机理，为我国西南地区实现“碳达峰”和“碳中和”目标提供一定的科技支撑。该研究得到国家自然科学基金以及重庆市杰出青年基金项目支持。
图 喀斯特与非喀斯特地区土壤固碳过程机理差异概念图
论文信息：Zhu, XC et al. Effects of vegetation restoration on soil carbon dynamics in Karst and non-karst regions in Southwest China: a synthesis of multi-source data. Plant Soil (2021). https://doi.org/10.1007/s11104-021-05220-4
