发布日期：2025-12-03
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在“双碳”目标和青藏高原生态安全战略背景下，如何在保障生态系统稳定的同时提升土壤固碳能力，是当前生态学和土壤科学共同关注的前沿问题。土壤有机碳（SOC）和无机碳（SIC）构成陆地生态系统中两个重要碳库，在非生物因子和微生物过程的共同驱动下存在潜在的动态转化关系，这种转化不仅影响土壤结构稳定性，也深刻关系到高寒草地生态系统的碳汇功能。青藏高原作为“世界第三极”，拥有占全国储量约21%的SOC和28.5%的SIC，在同一气候带内呈现差异显著的植被类型和地形梯度，为厘清“碳库动态—土壤结构—生态系统稳定性”之间的关系提供了理想研究区域。然而，现有研究多将SOC和SIC独立研究，缺乏在土壤团聚体尺度同时关注二者动态转化及其对生态系统稳定性反馈的综合分析，导致调节高寒草地生态系统稳定性与土壤团聚体内碳库动态转变之间关系的关键机制仍不清楚。
针对上述科学问题，草地生态系统保护与管理研究团队以青藏高原高寒天然草地为研究对象，从微观土壤团聚体到流域尺度生态系统，系统揭示了高寒草地土壤碳固持与结构稳定的关键过程及其驱动机制。研究发现，土壤微团聚体（<0.053 mm）中SIC含量和pH较高，而微生物活性普遍偏低；随着微团聚体向大团聚体演替，SIC逐步向SOC转化、团聚体结构趋于稳定，土壤总碳显著增加。进一步分析表明，pH是驱动团聚体内部SOC–SIC动态转化的关键非生物因子：一方面，pH通过影响细菌和真菌群落结构以及碳水解酶活性，调节微生物对SOC的分解与形成过程；另一方面，pH变化促进碳酸盐溶解及SIC向SOC的转化，在团聚体尺度上同步提升了总碳储量和土壤结构稳定性。在此基础上，研究将尺度由土壤微域环境拓展至空间尺度，利用2002–2020年生长季NDVI序列量化评估了天然草地生态系统的时间稳定性。结果表明，高寒草地生态系统稳定性自坡顶向坡低逐渐提高，整体呈现“阳坡高寒草甸 > 阴坡灌丛 > 河滩湿地”的格局。多元回归模型结果显示，土壤结构稳定性对生态系统稳定性的相对贡献（61.5%）显著高于植物多样性及物种异步性（19.7%）和微生物多样性及群落稳定性（15.2%），而土壤养分状况仅贡献3.6%，表明高寒草地生态系统稳定性主要依赖于“土壤结构—植物群落—微生物群落”的协同调控，其中土壤团聚体结构在维持生态系统长期稳定中发挥核心作用，为理解和提升青藏高原高寒草地生态系统稳定性及退化草地生态修复提供了新的证据和思路。
研究成果分别以Conversion of SIC to SOC enhances soil carbon sequestration and soil structural stability in alpine ecosystems of the Qinghai-Tibet Plateau和Plants, soil microbes and physical structure jointly regulate natural grassland ecosystem stability across slope scales on the Qinghai-Tibetan Plateau为题发表在Soil Biology and Biochemistry（中科院1区，IF2024=10.3）和Catena（中科院1区，IF2024=5.7）期刊。伟德官方网站助理研究员马昀峤博士为论文第一作者，李希来教授为通讯作者，农牧学院讲师南淑珍博士、柴瑜博士和伟德官方网站助理研究员马涛博士等参与了该研究。研究工作得到国家自然科学基金项目（U21A20191）以及青海省自然科学青年基金项目（2025-ZJ-905Q）等资助。
图1 高寒草地生态系统稳定性组成部分的标准化效应量（a）、相对贡献（b）及其与环境变量的相关性（c）
图2 植物、土壤微生物与土壤物理结构协同维持高寒草地生态系统稳定性的示意图
参考文献：
Yunqiao Ma, Yang Yu, Shuzhen Nan, Yu Chai, Wenyin Xu, Yan Qin, Xilai Li, Gernot Bodner. Conversion of SIC to SOC enhances soil carbon sequestration and soil structural stability in alpine ecosystems of the Qinghai-Tibet Plateau. Soil Biology and Biochemistry. 2024, 195: 109452. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2024.109452.
Yunqiao Ma, Shuzhen Nan, Yu Chai, Wenyin Xu, Yicheng Ba, Qiang Li, Tao Ma, Defei Liang, Chunli Li, Xilai Li, Yang Yu, Gernot Bodner. Plants, soil microbes and physical structure jointly regulate natural grassland ecosystem stability across slope scales on the Qinghai-Tibetan Plateau. Catena, 2026, 262: 109690. https://doi.org/10.1016/j.catena.2025.109690.
