新疆生地所在全球旱区土壤碳和氮累积的环境驱动因素研究中取得进展

近几十年来，全球旱区面积持续增加，在RCP8.5和RCP4.5两种情景下，到2100年其面积预计将分别增加到全球陆地面积的56%和50%。一方面旱区的扩大将伴随着陆地生态系统荒漠化加速的风险，另一方面脆弱的旱区生态系统在气候变化和人类活动加剧情况下变得更加脆弱。土壤为陆地生态系统中提供了重要的功能和服务，土壤有机碳（SOC）可改善土壤结构，保持水分和植物养分，促进土壤生物多样性。SOC也是地球上最大的活性碳库之一，其微小变化可以强烈影响大气二氧化碳浓度和气候变化。同样，土壤氮在土壤生物地球化学以及植物和微生物生长中起着至关重要的作用，土壤氮库和有效性的变化也可以改变生态系统的氮通量，影响温室气体排放。因此，刻画旱区土壤SOC和总氮（STN）的分布格局和变化规律，解析其驱动因子，对于全面评估旱区土壤的功能和对全球变化的反馈能力显得尤为重要。

针对上述问题，中国科学院新疆生态与地理研究所张元明研究员团队采用全球旱区129个国家，12000个地点的数据，研究旱区土壤SOC和STN的分布特征，估算不同土地覆盖类型中的SOC和STN储量，探索驱动其空间分布的因素，并预测全球旱区土壤SOC和STN在不同气候情景下的趋势。

研究结果表明，旱区土壤0-100cm的SOC和STN储量分别达到419.5和38.2Pg，其中上层0-30cm约占一半。不同土地覆盖类型中，森林、灌丛和草地的SOC储量最高，而森林、裸地和农田的STN储量最高。

研究发现，SOC和STN空间格局变化的驱动因素因土层深度而异，年均温度、pH值和干旱度指数是驱动0-30cm SOC和STN密度空间格局的主要因素，而土壤质地是60-100cm最强的因素。在RCP4.5情景下，预计2020年至2100年，SOC和STN储量分别减少3.6%和4.0%，而在RCP8.5情景下，预计分别减少5.9%和6.4%。以上研究为深入评估旱区土壤多功能性及其对环境变化的响应能力提供重要参考。

相关研究以“Environmental drivers of soil carbon and nitrogen accumulation in global drylands”为题发表在Geoderma。该研究得到了国家自然科学基金、天山人才计划和第三次新疆综合科学考察计划等项目的资助。

文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016706124003045

图1. 旱地区不同深度土壤有机碳密度(A，0-100cm)和全氮密度(B，0-100cm)及其储量的空间格局