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文章综述了近年来国内外关于植被恢复过程中土壤有机碳固存的时空动态和驱动机制，并展望恢复生态系统土壤碳的未来研究方向。植被恢复显著促进了土壤有机碳的固存：土壤有机碳在植被恢复初期快速积累，随后进入相对稳定阶段。文章阐释了植被恢复后土壤有机碳稳定的团聚体物理保护、有机-矿物相互作用的化学保护和生物保护机制。基于对目前研究中存在问题的总结，提出了恢复生态系统土壤有机碳研究的5个方向。
中文题目：植被恢复促进土壤固碳：模式、机制和挑战
英文原题：Revegetation re-carbonizes soil: Patterns, mechanisms, and challenges
通讯作者：魏孝荣，西北农林科技大学
第一作者：张庆印，西北农林科技大学
关键词：植被恢复；碳循环；固碳机制；时空变异性
背景介绍
陆地生态系统碳循环、碳源-汇格局及其驱动机制是当前气候变化研究中广泛关注的前沿科学问题。植被恢复作为陆地生态系统的重要过程之一，其对土壤有机碳固定的机制是碳循环研究的核心。近年来，国内外学者针对不同地区、不同植被恢复类型下的土壤碳固持动态及其驱动因素开展了大量研究，但是由于土壤碳固定受气候、土壤、植被等诸多因素的影响，其动态过程和驱动机制存在较大差异。因此，在当前全球变化和人类活动加剧的背景下，亟需加强对土壤固碳动态和驱动机理的总结和分析，以明确植被恢复与土壤有机碳固持方面未来研究新方向。
研究成果
张庆印副研究员和魏孝荣研究员通过Meta分析和文献分析发现，土壤有机碳随植被恢复年限呈对数函数增长（图1）。林地和草地随植被恢复年限增加表现不同：在植被恢复初期，草地的有机碳积累速率更快，而林地的有机碳积累速率相对缓慢；随着植被恢复年限的增加，林地有机碳增加趋势较明显。林地恢复和草地恢复下土壤有机碳固定的影响因子随空间尺度变化。
图1 植被恢复后土壤碳的时空变化特征及驱动因素
文章阐释了植被恢复后土壤有机碳稳定的物理、化学和微生物机制（图2）：植被恢复促进团粒结构和团聚体的形成，增强土壤有机碳的物理保护作用；通过促进土壤有机质与黏土矿物和铁铝氧化物的结合，增强化学保护作用；植被恢复通过改变微生物群落结构，影响微生物胞外酶活性和微生物碳泵过程，促进有机碳固存。土壤有机碳稳定的三个机制的贡献随植被恢复年限延长而变化，因此，需进一步明确这种变化的临界点。
图2 植被恢复后土壤碳固定的物理、化学和微生物机制概念图
未来方向
基于上述分析，提出了植被恢复与土壤有机碳固持方面今后亟需加强的研究方向：（1）恢复生态系统中无机碳的变化；（2）管理措施与环境变化对恢复生态系统土壤碳的影响；（3）恢复生态系统土壤碳、养分和水循环之间的耦合；（4）不同时空尺度土壤碳的模拟；（5）恢复生态系统土壤碳核算方法与指标创新。
主要作者简介
魏孝荣 西北农林科技大学水土保持科学与工程学院研究员。主持国家自然科学基金优秀青年科学基金等多个项目。近年来在Nature、ISME J、GCB、ESR、FR等杂志表论文100余篇。主要研究方向土壤生物地球化学循环。
张庆印 西北农林科技大学水土保持科学与工程学院副研究员。主持国家自然科学基金青年科学基金等多个项目。主要研究方向为全球变化/植被恢复与固碳效应。
引用本文
Qingyin Zhang, Yaxian Hu, Mingan Shao et al., Revegetation re-carbonizes soil: Patterns, mechanisms, and challenges, Fundamental Research, doi.org/10.1016/j.fmre.2024.06.004.
原文链接（复制到浏览器中查看）：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667325824002620
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