Carbon Research | 森林恢复过程中土壤有机碳恢复的驱动因素:全球荟萃分析

学术   2024-12-16 18:04   北京  


摘要
通过种植树苗进行森林恢复是一项减缓气候变化并恢复森林功能的关键措施根据IPCC的目标,我们需要通过森林恢复的措施从大气中去除约70 Pg的碳。然而,森林恢复对于土壤有机碳的影响及其驱动因素仍不清楚。因此,我们进行了一项全球meta分析,基于来自150个站点144项研究的348个观测,评估森林恢复过程中表层土壤有机碳的恢复时间以及驱动因素。我们发现土壤粘粒含量以及林龄是主要的调节土壤有机碳恢复的驱动因素。总体而言,北方和地中海森林土壤有机碳的恢复水平比热带、亚热带和温带森林低;而原为矿区或火烧区域的土壤有机碳恢复水平比其他区域更低;粘粒含量为0-20%的土壤的有机碳恢复水平比高粘粒含量土壤更低;而土壤pH的影响不显著。混交森林土壤有机碳恢复至平稳期的速率(约10年)是纯种森林的两倍(约20年)。本研究揭示了森林恢复过程中驱动土壤有机碳恢复的关键因素,并为森林土壤有机碳管理提供了重要的视角。

图文摘要


亮点
  • 森林恢复过程中,土壤有机碳的恢复在不同森林区系间存在差异。
  • 原为矿区或火烧区域的土壤的有机碳恢复水平比其他区域更低。
  • 粘粒含量为0-20%的土壤的有机碳恢复水平比高粘粒含量土壤更低。
  • 混交森林土壤有机碳恢复快于纯种森林


要点图例

图1 森林恢复条件下调节表层土壤碳恢复的可能因素(纬度和经度、年平均温度、年平均降水量、森林生物群落、以往土地利用历史、土壤质地、土壤酸度、单一栽培或混合树种、针叶树单一栽培或阔叶树单一栽培、恢复时间)的概念图


图2 森林恢复过程中表层土壤碳含量在不同的纬度、经度、年平均温度、年平均降水量和森林区系(a),在不同土地利用历史,粘粒含量和土壤酸度(b以及在不同植物多样性和植物物种(c)的变化


图3 纬度、经度、年平均温度和年平均降水量与表层土壤有机碳含量变化的关系


图4 砂粒(%)、粉(%)和黏(%)含量与表层土壤有机碳含量变化的关系

图5 恢复时间(年)与表层土壤碳含量变化的关系(a)单一树种森林恢复;(b合树种森林恢复

图6 表层土壤有机碳含量变化、土壤粘粒、纬度、干旱指数和林龄的结构方程模型


结论
  • 火烧区域和矿区森林恢复过程中土壤有机碳恢复水平较其它区域低,但对于这些退化区域而言,种树仍是恢复土壤有机碳的一种有效手段

  • 为了更快地恢复土壤有机碳,建议种植混合树种,可能是更有效的选择。

  • 森林生态系统土壤有机碳的恢复需要综合考虑地理区域特征和恢复策略。


作者简介

 第一作者  徐姗

南方科技大学环境科学与工程学院研究助理,主要研究方向为陆地生态系统土壤有机碳累积机制,全球变化以及生物多样性与生态系统功能关系的研究。以第一/通讯作者在Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences、Ecosystems、Biogeosciences、Plant and Soil、Environmental Research Letters、Soil Ecology Letters、Science of the Total Environment、Carbon Research等国际期刊发表SCI论文14篇。曾为生态和土壤领域十余个期刊审稿。

通讯作者 
王俊坚
 
研究员

南方科技大学环境科学与工程学院研究员、长聘副教授,主要从事植物-土壤-水体连续体中的有机质环境生物地球化学研究。以第一/通讯作者在Nature Plants、Nature Communications、Environmental Science & Technology、Water Research等国际期刊发表SCI论文80余篇。主持国家自然科学基金重大项目课题、优秀青年科学基金项目


赞助基金项目:国家自然科学基金委项目(42122054和42192513) 广东省基础与应用基础研究基金(2021B1515020082)、广东省土壤与地下水污染防控及修复重点实验室(2023B1212060002)和高水平大学专项基金(G030290001)、德国研究基金会授予的 iDiv([DFG]–FZT 118, 202548816)和 Gottfried Wilhelm Leibniz 奖(DFG;Ei 862/29-1)


文章链接:https://doi.org/10.1007/s44246-024-00165-6





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