近日，河北大学万师强教授领导的全球变化生态学实验室以"Ecological restoration enhances dryland carbon stock by reducing surface soil carbon loss due to wind erosion"为题，在国际著名综合性期刊美国国家科学院院刊(PNAS)上发表重要研究成果，首次发现了生态恢复通过生物物理途径—降低风蚀造成的表土损失，从而提高旱区土壤碳储量。这一发现挑战了科学界的普遍共识，即生态恢复通过生态途径—增加植物光合碳固持提升区域碳汇。
干旱生态系统在决定陆地碳汇年际变化方面发挥了主导作用。过去几十年或几个世纪里，由于人类活动加剧引起的土地退化使全球旱区风蚀和尘暴频发。全球土壤表层30厘米内有44%的有机质储存在干旱生态系统中，风蚀会导致旱区大量表土及其碳和养分流失，严重影响其碳储量。生态恢复对全球退化热点地区(特别是旱区)的生态可持续性至关重要。《联合国防治荒漠化公约》建议在退化旱区实施生态恢复，重点恢复其原有植被模式及其生态系统功能，从而保护并提高旱区碳储量。一方面，生态恢复能够促进植物生长和生产力，提升区域绿化和碳封存。另一方面，植被盖度提高通过降低裸露土壤比例和地表风速来增强土壤表面的抗风蚀能力，从而抑制旱区沙尘排放及由此引起的土壤碳和养分损失。
通过对我国旱区517个地点的4279块1×1米样方进行为期三年的全面区域调查和在一处半干旱草地上开展的为期13年的野外控制实验，首次揭示了生态恢复区较高的土壤和生态系统碳储量主要归因于抑制风蚀而减少的土壤碳损失，这一生物物理途径在土地碳减排策略的模型评估中经常被忽视。与此前科学界普遍共识相反，生态恢复过程中植物生长和生产力的提高对碳储量的调节作用较小。这一科学发现对于我国实现双碳目标提供了关键科技支撑：提升陆地碳汇应以保护优先；重新核算生态恢复的碳汇潜力。
上述结果以"Direct submissions (直接投稿)"方式发表在PNAS。河北大学生命科学学院宋健研究员为论文第一作者，万师强教授为通讯作者。原课题组博士研究生、洛阳理工学院教师张克胜博士(现任)承担了该研究中区域调查的主要工作，博士研究生河北大学茹靖益副研究员和河南师范大学教师郑梦眉博士分别主要参与了区域调查和野外长期控制实验的取样工作。论文共同作者包括华东师范大学夏建阳教授，北京大学朴世龙院士、洪松柏研究员和徐浩博士，澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)首席研究员王应平博士，美国康奈尔大学骆亦其教授、密歇根州立大学陈吉泉教授、田纳西州立大学惠大丰教授，中国科学院地理科学与资源研究所牛书丽研究员、中国农业科学院农业资源与农业区划研究所刘卫星研究员等。该项研究获国家自然科学基金(31830012, 32101346)、河北省自然科学基金(C2022201042)和白洋淀流域生态保护与京津冀可持续发展协同创新中心及河北大学生命科学与绿色发展研究院的资助和大力支持。
Song, J., S. Wan*, K. Zhang, S. Hong, J. Xia, S. Piao, Y.-P. Wang, J. Chen, D. Hui, Y. Luo, S. Niu, J. Ru, H. Xu, M. Zheng, W. Liu, H. Wang, M. Tan, Z. Zhou, J. Feng, and X. Qiu. 2024. Ecological restoration enhances dryland carbon stock by reducing surface soil loss due to wind erosion. PNAS 121: e2416281121.
