在全球气候变暖背景下，温带草地生态系统正面临日益加剧的干旱胁迫。干旱通过影响植被生长、微生物活动及土壤理化过程，显著影响了土壤有机碳（SOC）的形成、稳定与储量。然而， SOC及其不同组分在干旱梯度上是否存在由缓慢变化转为快速下降的干旱临界阈值，以及植被特征和风蚀等物理过程如何共同影响这一变化过程，仍缺乏系统认识。
中国科学院植物研究所刘玲莉研究团队以中国温带草地为研究对象，沿约2400 km 的干旱梯度，采集了45个样点的植被和土壤样品，分析了SOC及其不同组分（颗粒态有机碳 POM-C 和矿物相关有机碳 MAOM-C）在干旱梯度上的变化特征及其驱动机制。研究结果表明，随着干旱程度增强，植被地上和地下生物量、微生物活性以及土壤矿物丰度均下降，尤其是弱晶态铁/铝氧化物含量显著降低，从而限制了POM-C和MAOM-C的形成与积累。进一步分析发现，土壤碳储量在干旱水平约为0.749处出现明显的非线性转折，表明该值为温带草地SOC变化的关键干旱阈值。在阈值以下的相对湿润草地中，结构复杂的植被通过促进微生物活性和土壤矿物形成过程，促进SOC的存储，且对POM-C的促进作用更为显著；同时，复杂植被结构还能降低风蚀强度，减少土壤矿物及其结合碳的流失。而在阈值以上的干旱草地，地上植被调控作用明显减弱，植物根系成为主导土壤生物地球化学过程的关键因素，通过维持微生物活性和促进矿物形成，间接促进了MAOM-C及SOC的稳定与积累。
相关研究成果于2月3日在线发表于国际学术期刊 Environmental Science & Technology。植物所已毕业博士研究生武运涛为论文第一作者，刘玲莉研究员为通讯作者。西班牙巴塞罗那自治大学 Josep Peñuelas 教授等参与了研究工作。该研究得到国家自然科学基金的资助。
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.5c07643
沿我国温带草地，土壤有机碳及其组分在干旱阈值处发生显著转变