科研進展
全球土壤鹽堿化對無機碳變化影響研究獲新進展
土壤系統(tǒng)作為陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫，其對大氣 CO? 平衡的調節(jié)作用受到廣泛關注。長期以來，相關研究主要聚焦土壤有機碳（Soil Organic Carbon，SOC）的動態(tài)及其對氣候變化和人類活動的響應，而土壤無機碳（Soil Inorganic Carbon, SIC）在全球碳循環(huán)中的作用被明顯低估。與此同時，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)及灌溉農業(yè)區(qū)，鹽堿化顯著改變土壤 pH值、離子組成和水鹽運移過程，這些變化可能深刻影響無機碳的形成、遷移與穩(wěn)定性?，F(xiàn)有研究多局限于局地或單一土層，結論分散且相互矛盾，難以支撐對全球碳循環(huán)和土地退化協(xié)同效應的科學判斷。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?的儲量和空間分布，仍缺乏系統(tǒng)認識。
中國科學院西北生態(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)展全國重點實驗室干旱區(qū)鹽漬化研究站薛嫻研究員團隊首次對土壤鹽堿化如何影響SIC儲存進行了全球尺度的評估。研究整合了 94,515 個、覆蓋 0-200 cm 土層的全球土壤剖面樣點數(shù)據，并引入土地利用類型、土壤類型、氣候區(qū)、地貌和土壤質地等多維分區(qū)方法，以降低空間異質性對統(tǒng)計關系的干擾。
基于全球尺度的大樣本數(shù)據以及機器學習等方法，研究團隊通過分區(qū)相關識別不同環(huán)境背景下電導率（EC）與 SIC 的關系特征，利用梯度提升模型（Gradient Boosting Machine, GBM）對全球土壤鹽分和無機碳進行空間預測，并通過情景模擬分析鹽分變化對 SIC 的潛在影響。
研究發(fā)現(xiàn)，在全球范圍內，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碳儲量。土壤電導率（EC，鹽堿化的標準指標）在大多數(shù)環(huán)境條件下，與地表和淺層土壤（0-40cm）中的無機碳含量呈持續(xù)正相關。
在通過次區(qū)域分類考慮空間異質性后，這種相關性顯著增強，表明此前報道的較弱的全球相關性可能是由環(huán)境異質性所導致的，而并非缺乏潛在的耦合關系。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碳儲存量相關。
進一步分析表明，這種正向響應并非始終存在。當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，鹽堿度與無機碳之間的關系會減弱，甚至在某些地區(qū)出現(xiàn)逆轉。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影響無機碳庫的長期穩(wěn)定性。
此外，研究團隊利用未來氣候情景模型，發(fā)現(xiàn)鹽堿化對無機碳儲存的影響會因社會經濟發(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促進無機碳積累，但這種效應很可能被土壤酸化和人類活動加劇所抵消，從而增加無機碳流失的風險。
“我們的研究結果表明，土壤鹽堿化并不會導致無機碳儲存量呈簡單線性增加。”薛嫻說，“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。認識到這些制約因素對于準確評估鹽堿土壤在全球碳循環(huán)中的作用至關重要。”
該研究在全球尺度上系統(tǒng)揭示了土壤鹽漬化與無機碳之間存在有條件、有閾值的耦合關系，彌補了長期以來全球碳循環(huán)研究中對 SIC 及其驅動機制認識的不足。這些發(fā)現(xiàn)為全球碳評估提供了新的約束條件，并強調了將土壤化學過程納入土地退化評估和碳中和戰(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《美國國家科學院院刊》（PNAS）上。該研究得到國家冰川凍土沙漠數(shù)據中心項目和中央政府引導地方資金科技發(fā)展項目資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1073/pnas.2522643123
EC和SIC樣本數(shù)據的空間分布圖及統(tǒng)計分布特征。（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關系的散點圖。（D）0-20 cm土層EC的統(tǒng)計分布圖，該分類基于土地利用類型，與基于氣候、質地、地貌和土壤類型的分類相比，更能有效地克服區(qū)域異質性問題。
