科技导报

作者：汪怡珂, 于点, 黄元元

单位：1中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室，北京100101；2北京林业大学草业与草原学院，北京100083；3中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室，北京100101；

关键词：土壤有机碳,土壤无机碳,碳封存,气候变化,三重耦合框架

基金：国家重点研发计划项目(2023YFB3907402)

土壤是全球碳循环的核心枢纽，其碳储量远超大气与植被碳库之和。土壤碳库主要由土壤有机碳（soil organic carbon，SOC）和土壤无机碳（soil inorganic carbon，SIC）构成，二者在形成路径、周转周期和气候反馈上既相互独立又紧密关联。SOC主要源于植物与微生物残体的输入与转化，其稳定性由一套复杂的“联合体”机制共同维持，包括：（1） 分子化学结构的难降解性；（2） 物理保护，如团聚体隔绝和孔隙空间隔离；（3） 化学稳定，如与矿物表面的络合吸附和金属离子桥键；（4） 微生物调控，包括微生物碳泵驱动的转化和群落结构介导的分解路径。这些过程决定了SOC从活跃到惰性的多尺度周转特征。相比之下，SIC库则主要由原生与次生碳酸盐矿物（如方解石、白云石）组成，其动态受控于地球化学平衡，包括：（1） 化学沉淀−溶解过程，受土壤pH、CO2分压和钙镁离子浓度驱动；（2） 生物驱动过程，如植物根系和微生物呼吸作用改变微环境；（3） 物理迁移过程，如碳酸盐在土体中的淋溶与再沉积。尽管路径迥异，SOC与SIC通过生物地球化学桥梁深度耦合：例如，SOC分解释放的CO2是次生碳酸盐形成的主要驱动力；而SIC溶解调节的土壤pH和钙离子浓度，又反过来深刻影响SOC的稳定性和微生物活性。在全球变化背景下，升温、干旱、氮沉降及土地利用转变等压力，正同时扰动SOC与SIC的储存库容与周转速率，但其联合响应机制与反馈效应仍是当前研究的盲区。传统研究范式多将二者割裂，限制了对陆地碳循环系统行为的预测能力。因此，本文旨在系统重构SOC与SIC的封存机理，阐明其多维交互网络，并最终提出一个SOC–SIC–气候–人类活动耦合框架，以期为深化地球系统理论、优化碳中和路径提供科学基石。

来源：2025年第22期

《科技导报》期刊编辑部

查看科技导报杂志2025年第22期