标题：
A landscape-scale view of soil organic matter dynamics
期刊：
Nature Reviews（Earth & Environment）
作者：
Sebastian Doetterl , et al.
DOI:
https://doi.org/10.1038/s43017-024-00621-2
引用：
Doetterl, S., Berhe, A.A., Heckman, K. et al. A landscape-scale view of soil organic matter dynamics. Nat Rev Earth Environ (2025).
1. 引言
尽管土壤碳作为陆地碳循环的重要组成部分，具有显著的气候缓解潜力，但现有模型因缺乏数据覆盖和对异质性生物地球化学过程的理解，导致对全球土壤碳动态的预测存在不确定性。本文研究了土壤有机质（SOM）在景观尺度上的动态过程，强调了理解土壤形成和分布过程对于预测土壤碳循环及其储存能力的重要性。文章提出，景观层面的视角有助于更好地理解土壤有机质循环以及不同气候和生态系统下的土壤碳稳定性。
2. 当前研究的主要内容
土壤有机质动态的空间异质性
研究表明，土壤有机质（SOM）的动态过程在景观尺度上具有显著的空间异质性。影响SOM储量和稳定性的主要因素包括土壤矿物成分、植物碳输入、微生物群落组成、侵蚀与沉积过程等。
不同地形、气候和土地利用类型下，SOM的分布和周转速率表现出显著差异，这些差异对碳循环模型的区域适应性提出了挑战。
景观尺度对土壤碳模型的作用
当前的研究强调，景观尺度的物理过程（如地貌形态、土壤侵蚀和再沉积）对SOM稳定性和流动性的关键影响。
景观特性如何影响土壤碳的长时间稳定性，尤其是在极端气候条件下的变化，例如极地的融化和热带地区的强降水，还需要进一步研究。
生物地球化学过程与SOM循环
土壤碳的周转受微生物活动、生物多样性和植物根系输入等生物过程的调控，而这些过程又与土壤的矿物基质和物理特性密切相关。
当前研究试图将这些生物地球化学过程整合到全球碳循环模型中，但面临数据缺乏和异质性描述的挑战。
数据与模型的局限性
现有模型在表征景观层面的土壤动态时，通常采用简化的参数化方法，未能充分捕捉土壤特性在不同区域的差异性。
全球土壤数据库覆盖范围有限，特别是在高纬度和热带地区，这限制了模型在这些区域的适用性。
3. 当前研究的不足
数据覆盖与分辨率问题
当前的全球土壤碳数据库（如ISRaD）虽然整合了大量土壤数据，但在空间覆盖和分辨率上仍存在显著差距，尤其是对于高纬度地区和其他数据不足区域。
遥感技术虽然为数据采集提供了可能性，但其对土壤深层碳储量和微生物活动的解析能力仍显不足。
模型的不确定性
许多地球系统模型（ESMs）未充分考虑土壤侵蚀、沉积和地貌演变对SOM动态的长期影响，导致对土壤碳循环的预测具有较高的不确定性。
当前模型对微生物驱动的生物地球化学过程的描述较为简化，难以捕捉微生物与矿物相互作用对SOM稳定性的影响。
多尺度综合研究的缺乏
大多数研究集中于微观或局地尺度，缺乏从局地到景观乃至全球尺度的多尺度综合分析。
景观层面的异质性特征在碳循环中扮演重要角色，但这一视角尚未充分融入现有的建模框架中。
人类活动的影响
土地利用变化（如农业扩张、城市化）对SOM动态的长期影响缺乏系统研究。人类活动如何改变土壤的物理、化学和生物特性仍需深入探讨。
4. 未来的研究方向
整合多尺度数据
开发多尺度观测方法，整合遥感数据、实验室测定和实地观测结果，以填补不同空间尺度之间的空白。
优化全球土壤数据库，尤其是在数据稀缺的区域（如极地、热带和干旱地区），提高数据的时间和空间分辨率。
改进模型的过程机制
在模型中引入更多与景观尺度相关的过程机制，如土壤侵蚀、沉积、地貌动态和深层碳周转。
提高对生物地球化学过程的刻画，特别是微生物与矿物基质的相互作用，以及植物根系对土壤碳的输入与周转。
跨学科研究与系统集成
鼓励土壤学、生态学、地球化学和遥感技术的跨学科合作，构建一个更全面的土壤碳循环研究框架。
将人类活动对土壤碳循环的影响纳入模型，评估不同土地管理策略对SOM储量和全球碳平衡的长期影响。
评估气候变化的影响
深入研究极端气候事件（如干旱、暴雨）对土壤碳动态的短期和长期效应。
关注气候变化背景下土壤碳的稳定性和潜在反馈机制，为制定缓解和适应气候变化的策略提供科学依据。
5.重要图表
图1.全球尺度上的土壤形成模式和限制风化的力量
图2. 土壤发育过程中的碳动态及其控制因素
图3. 土地转换对山坡碳汇循环的影响
图4. 干扰后土壤有机质的恢复
图5. 土壤有机质动态在空间和时间尺度上的变化
Box1. 利用土壤形成和流动，发展可持续的耕作系统
英文摘要
Soil carbon is an important component of the terrestrial carbon cycle and could be augmented through improved soil management to mitigate climate change. However, data gaps for numerous regions and a lack of understanding of the heterogeneity of biogeochemical processes across diverse soil landscapes hinder the development of large-scale representations of soil organic matter (SOM) dynamics. In this Perspective, we outline how understanding soil formation processes and complexity at the landscape scale can inform predictions of soil organic matter (SOM) cycling and soil carbon sequestration. Long-term alterations of the soil matrix caused by weathering and soil redistribution vary across climate zones and ecosystems, but particularly with the structure of landscapes at the regional scale. Thus, oversimplified generalizations that assume that the drivers of SOM dynamics can be scaled directly from local to global regimes and vice versa leads to large uncertainties in global projections of soil C stocks. Data-driven models with enhanced coverage of underrepresented regions, particularly where soils are physicochemically distinct and environmental change is most rapid, are key to understanding C turnover and stabilization at landscape scales to better predict global soil carbon dynamics.
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P.S. 构建了一个双碳NetZero的交流群，用于双碳领域、生态领域的学术交流，数据分享等，可以添加下方加入（备注单位+姓名）。
