東北地理所在揭示水熱協(xié)同驅動下東北黑土有機碳庫演變機制方面取得新進展
土壤有機碳（SOC）是維持土壤健康和生態(tài)系統(tǒng)服務的核心組分，其對氣候變化的響應直接關系到全球碳循環(huán)反饋。然而，在氣候變暖與降水格局改變的復雜背景下，二者如何“協(xié)同”或“拮抗”地影響區(qū)域SOC儲量，尤其是二者復合作用下的非線性機制，仍是當前黑土研究中的“黑箱”。
為破解這一難題，中國科學院東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所農業(yè)遙感學科組研究人員綜合運用多源大數(shù)據(jù)與貝葉斯優(yōu)化的機器學習模型，構建了“時空替代+Meta分析”的混合框架，系統(tǒng)評估了東北黑土區(qū)SOC儲量對氣候變暖和降水變化的動態(tài)響應。
研究結果表明：（1）歷史演變呈“減-增-減”波動，總體表現(xiàn)為碳源：過去35年（1985-2020），東北黑土區(qū)表層SOC經歷了顯著的階段性波動，平均下降5.38 Mg C/ha，且碳損失區(qū)域面積近乎碳積累區(qū)域的兩倍；（2）驅動機制揭示溫度主導“負向”調節(jié)與-1°C關鍵閾值：氣候因子解釋了SOC變異的50%，其中年均溫（TAVG）是核心驅動力，當溫度突破-1°C閾值，升溫將觸發(fā)“級聯(lián)降解效應”放大碳流失，而降水則發(fā)揮協(xié)同增益作用；（3）未來情景顯示升溫主導命運，暖干化加劇碳損耗：未來模擬中升溫占據(jù)主導地位，“高溫+干旱”組合最為致命，在升溫4°C且降水減少50%的極端情景下，SOC損失率高達26.89%，且隨著溫度升高，降水的補償效應顯著減弱；（4）生態(tài)梯度呈現(xiàn)差異化響應，耕地最脆弱，濕地高度依賴水文條件，林地最穩(wěn)：耕地是未來氣候風險高發(fā)區(qū)（暖干情景下?lián)p失達28.83%），林地抗干擾能力最強，而充沛降水（+50%）甚至可抵消濕地在4°C升溫下的負面影響 。
這項研究強調了在評估未來氣候變化對土壤碳庫影響時，必須充分考慮溫度與降水的非線性復合效應，尤其是在極端氣候情景下，耕地和濕地的差異化管理策略對于維持區(qū)域碳平衡至關重要 。
相關成果發(fā)表于地學領域一區(qū)TOP期刊Catena上。由中國科學院東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生秦祝元（第一作者）、劉煥軍研究員、孟祥添特別研究助理（通訊作者）等共同完成。研究得到了黑土保護與利用重點實驗室（中國科學院）青年科學家創(chuàng)新基金（2023HTDGZ-QN-01）、國家重點研發(fā)計劃項目（2021YFD1500100）、中國博士后科學基金（GZB20240737）共同資助。
論文題目：
Response of SOC stocks in Northeast China to climate warming and precipitation changes
論文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0341816225009841?dgcid=author
圖1東北地區(qū)關鍵環(huán)境因子對SOC儲量的非線性響應特征
圖2東北地區(qū)關鍵環(huán)境因子驅動SOC變化的級聯(lián)路徑與調控網(wǎng)絡
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