评论文章丨PNAS：一年生和多年生作物种植制度下土壤有机碳储量的深度相关响应

土壤观察 2022-07-27

The following article is from 农作未来 Author 陈骥

编译：王上

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文章信息

原名：Depth-dependent responses of soil organic carbon stock under annual and perennial cropping systems

译名：一年生和多年生作物种植制度下土壤有机碳储量的深度相关响应

期刊：Proceedings of The National Academy of Sciences of the United States of America

2020年影响因子：11.205

5年影响因子：12.291

在线发表时间：2022.06.23

第一作者：陈骥博士 ji.chen.eco@gmail.com

第一单位：丹麦奥胡斯大学农业生态学系

全文编译

芮亦超博士等在美国中北部的一项29年田间试验中报告，与传统的连年种植制度相比，采用轮牧（rotational grazing）的多年生牧草在0-30cm处的土壤有机碳储量显著增加了15-28%。作者赞赏他们在管理这样一个有价值的长期实验方面所做的努力，并揭示了通过优化管理促进土地从一年生植物向多年生植物转化，从而提高土壤有机碳存量的诱人潜力。然而，作者认为应做出更多努力进而合理解释其结果。

通过对芮亦超博士等的数据的再分析表明，种植制度显著影响表层土壤（0-15 cm）中的有机碳和矿物相关有机质（MAOM）-C储量，但对下层土（15-30 cm）中的碳含量影响不大。因此，芮亦超等人的研究中，放牧制度下的土壤有机碳储量增加和MAOM-C的贡献只能在表层土壤中检测到，表层土壤的碳输入量是最高的。此外，土壤有机碳储量仅与表层土壤中的氨基糖含量呈正相关，但与下层土壤中的N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶和多酚氧化酶活性呈负相关。总之，作者的结果强调，表层土和下层土之间不仅土壤有机碳储量发生变化，而且潜在机制可能不同。因此，影响土壤有机碳累积的过程可能因土壤深度的不同而有很大差异。

事实上，前人的研究已经报道了土壤有机碳储量对土地利用和管理方式的深度依赖性响应（depth-dependent response）。Tautges等依托美国加利福尼亚州19年的实验观察结果表明：在传统管理系统中引入冬季覆盖作物，可以使0-30cm的表层土壤的土壤有机碳储量增加4%，但是使30-200cm深度的土壤有机碳储量减少11%，从而导致0-200cm土壤的土壤有机碳储量净损失。因此，芮亦超博士等可能高估了土壤有机碳储量的效益，因为他们仅仅报道了0-30cm表层土壤的结果。

除了土壤深度相关的响应之外，还有其他4个不确定性（uncertainties）。首先，实验开始时缺乏测量可能会导致一些偏差，即使在重复试验中也是如此。例如，当初始土壤有机碳较低时，土壤有机碳储量的增加较大。其次，需要数十年甚至更长的时间来记录土地转换（land conversion）后SOC储量的重大变化。因此，历史模式可能包含与最新观察结果同等重要的信息。第三，考虑到土地转换，应报告固定深度的等效质量（equivalent mass）土壤有机碳储量，而不是土壤有机碳储量。最后，在将长期观测与土壤微生物变量的单一测量相结合时，存在一些固有的挑战，尤其尤其是在考虑所研究微生物变量的日变化和季节变化时。