科研進(jìn)展
全球土壤鹽堿化對(duì)無機(jī)碳變化影響研究獲新進(jìn)展
土壤系統(tǒng)作為陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫，其對(duì)大氣 CO? 平衡的調(diào)節(jié)作用受到廣泛關(guān)注。長期以來，相關(guān)研究主要聚焦土壤有機(jī)碳（Soil Organic Carbon，SOC）的動(dòng)態(tài)及其對(duì)氣候變化和人類活動(dòng)的響應(yīng)，而土壤無機(jī)碳（Soil Inorganic Carbon, SIC）在全球碳循環(huán)中的作用被明顯低估。與此同時(shí)，土壤鹽堿化作為重要的土地退化過程，廣泛分布于全球干旱-半干旱區(qū)及灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)，鹽堿化顯著改變土壤 pH值、離子組成和水鹽運(yùn)移過程，這些變化可能深刻影響無機(jī)碳的形成、遷移與穩(wěn)定性?，F(xiàn)有研究多局限于局地或單一土層，結(jié)論分散且相互矛盾，難以支撐對(duì)全球碳循環(huán)和土地退化協(xié)同效應(yīng)的科學(xué)判斷。然而，在全球尺度上，土壤鹽分變化是否、以及在何種條件下影響?SIC?的儲(chǔ)量和空間分布，仍缺乏系統(tǒng)認(rèn)識(shí)。
中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院干旱區(qū)生態(tài)安全與可持續(xù)發(fā)展全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室干旱區(qū)鹽漬化研究站薛嫻研究員團(tuán)隊(duì)首次對(duì)土壤鹽堿化如何影響SIC儲(chǔ)存進(jìn)行了全球尺度的評(píng)估。研究整合了 94,515 個(gè)、覆蓋 0-200 cm 土層的全球土壤剖面樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，并引入土地利用類型、土壤類型、氣候區(qū)、地貌和土壤質(zhì)地等多維分區(qū)方法，以降低空間異質(zhì)性對(duì)統(tǒng)計(jì)關(guān)系的干擾。
基于全球尺度的大樣本數(shù)據(jù)以及機(jī)器學(xué)習(xí)等方法，研究團(tuán)隊(duì)通過分區(qū)相關(guān)識(shí)別不同環(huán)境背景下電導(dǎo)率（EC）與 SIC 的關(guān)系特征，利用梯度提升模型（Gradient Boosting Machine, GBM）對(duì)全球土壤鹽分和無機(jī)碳進(jìn)行空間預(yù)測，并通過情景模擬分析鹽分變化對(duì) SIC 的潛在影響。
研究發(fā)現(xiàn)，在全球范圍內(nèi)，中亞、西亞、北非、北美西部和南美部分地區(qū)的干旱和半干旱地區(qū)，土壤鹽堿化程度較高且擁有不成比例的大量無機(jī)碳儲(chǔ)量。土壤電導(dǎo)率（EC，鹽堿化的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)）在大多數(shù)環(huán)境條件下，與地表和淺層土壤（0-40cm）中的無機(jī)碳含量呈持續(xù)正相關(guān)。
在通過次區(qū)域分類考慮空間異質(zhì)性后，這種相關(guān)性顯著增強(qiáng)，表明此前報(bào)道的較弱的全球相關(guān)性可能是由環(huán)境異質(zhì)性所導(dǎo)致的，而并非缺乏潛在的耦合關(guān)系。在草地、裸地和部分耕地等多種土地利用類型中，只要淋溶作用有限，鹽堿化程度的升高就與較高的無機(jī)碳儲(chǔ)存量相關(guān)。
進(jìn)一步分析表明，這種正向響應(yīng)并非始終存在。當(dāng)EC增量超過中等水平（約 4 dS/m）或在 40 cm?以下的深層土壤中，鹽堿度與無機(jī)碳之間的關(guān)系會(huì)減弱，甚至在某些地區(qū)出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)。這些模式表明，在高鹽堿條件下，離子組成、酸堿度的變化以及水分輸送的加劇會(huì)影響無機(jī)碳庫的長期穩(wěn)定性。
此外，研究團(tuán)隊(duì)利用未來氣候情景模型，發(fā)現(xiàn)鹽堿化對(duì)無機(jī)碳儲(chǔ)存的影響會(huì)因社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展路徑的不同而有所差異。在高排放情景下，某些地區(qū)鹽度升高可能在短期內(nèi)促進(jìn)無機(jī)碳積累，但這種效應(yīng)很可能被土壤酸化和人類活動(dòng)加劇所抵消，從而增加無機(jī)碳流失的風(fēng)險(xiǎn)。
“我們的研究結(jié)果表明，土壤鹽堿化并不會(huì)導(dǎo)致無機(jī)碳儲(chǔ)存量呈簡單線性增加?！毖拐f，“相反，在很大程度上取決于鹽度水平、土壤深度和環(huán)境背景。認(rèn)識(shí)到這些制約因素對(duì)于準(zhǔn)確評(píng)估鹽堿土壤在全球碳循環(huán)中的作用至關(guān)重要?！?/span>
該研究在全球尺度上系統(tǒng)揭示了土壤鹽漬化與無機(jī)碳之間存在有條件、有閾值的耦合關(guān)系，彌補(bǔ)了長期以來全球碳循環(huán)研究中對(duì) SIC 及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制認(rèn)識(shí)的不足。這些發(fā)現(xiàn)為全球碳評(píng)估提供了新的約束條件，并強(qiáng)調(diào)了將土壤化學(xué)過程納入土地退化評(píng)估和碳中和戰(zhàn)略的必要性。
該成果以The contribution of increased global soil salinity to changes in inorganic carbon為題發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上。該研究得到國家冰川凍土沙漠?dāng)?shù)據(jù)中心項(xiàng)目和中央政府引導(dǎo)地方資金科技發(fā)展項(xiàng)目資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1073/pnas.2522643123
EC和SIC樣本數(shù)據(jù)的空間分布圖及統(tǒng)計(jì)分布特征。（A）不同EC水平下樣本的分布圖。土壤鹽度水平分類如下：非鹽漬土（EC < 2 dS/m）、輕度鹽漬土（2-4 dS/m）、中度鹽漬土（4-8 dS/m）、重度鹽漬土（8--16 dS/m）和極重度鹽漬土（EC > 16 dS/m）。（B）SIC樣本的分布圖。（C）0-20 cm土層EC與SIC關(guān)系的散點(diǎn)圖。（D）0-20 cm土層EC的統(tǒng)計(jì)分布圖，該分類基于土地利用類型，與基于氣候、質(zhì)地、地貌和土壤類型的分類相比，更能有效地克服區(qū)域異質(zhì)性問題。
