增加农田土壤有机碳（SOC）是减缓大气二氧化碳浓度增速的重要手段。前人研究表明，全球稻田（0-100 cm）SOC储量约为18 Pg碳（C），约占全球农田SOC库总量的14.2%。因此，了解稻田有机碳的储存机制对于减缓全球气候变化具有重要意义。
然而，在广泛的地理范围内，长期种植水稻后不同SOC库变化的综合研究还很缺乏。
近日，天津大学地球系统科学学院宋照亮教授课题组，通过大尺度空间采样和利用稳定同位素比率质谱仪对我国稻田土壤有机碳组分及其稳定同位素组成进行了研究，相关成果以《Significant accrual of soil organic carbon through long-term rice cultivation in paddy fields in China》为题，发表于环境科学与生态学领域权威期刊《Global Change Biology》（SCI一区TOP，IF=11.6）上，论文第一作者为喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室（贵州大学）杨孝民特聘教授（天津大学地科院2021届博士毕业生），通讯作者为天津大学地科院宋照亮教授。
本研究利用中国境内自1980年代以来持续耕种的104个野外稻田样点采集的样品及相关数据，采用修正后的Rovira & Vallejo硫酸水解法和稳定碳同位素分析技术，研究了表层土壤（0-20 cm）中活性有机碳（LOC I）、半活性有机碳（LOC II）、惰性有机碳（ROC）和总SOC的变化。我们发现，在1980年代至2010年代期间，中国稻田的总SOC含量（48%）和密度（39%）都显著增加。在不同的SOC组分中，ROC含量和密度的增加速度均超过了LOC（I和II）。通过结构方程模型，我们揭示了总SOC含量和密度的变化主要受到ROC的驱动，而ROC可受到温度、降水、磷、和黏土含量等不同气候和土壤理化因素的直接和间接影响。我们的研究还表明，无论在任何水稻种植区域，δ¹³CLOC都大于δ¹³CROC，并且δ¹³CSOC与δ¹³Cstraw之间存在显著正相关。值得关注的是，δ¹³CLOC和δ¹³CSOC与土壤总硅（Si）呈显著负相关，这表明土壤Si在一定程度上参与了碳在不同SOC库中的分配，并对不同SOC组分的周转或稳定起到一定的调控作用。本研究强调，全球稻田碳固存主要源于ROC库的大幅增加。
图1 自1980年代以来我国稻田土壤活性有机碳组分Ⅰ（LOC Ⅰ）、活性有机碳组分Ⅱ（LOC Ⅱ）、惰性有机碳（ROC）以及总有机碳（SOC）的（a）含量和（b）密度增长率
图2 气候和土壤理化因子对我国稻田土壤有机碳含量的直接效应和间接效应
图3 气候和土壤理化因子对我国稻田土壤有机碳稳定同位素的直接效应和间接效应
该研究工作得到国家自然科学基金杰出青年基金项目、国家自然科学基金青年基金项目、国家自然科学基金重点基金项目、贵州大学自然科学专项基金项目以及喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室（贵州大学）开放基金项目等资助。
论文信息：Yang, X., Song, Z., Van Zwieten, L., Guo, L., Chen, J., Luo, Z., Wang, Y., Luo, Y., Wang, Z., Wang, W., Wang, J., Wang, Y., Liu, C.-Q., & Wang, H. (2024). Significant accrual of soil organic carbon through long-term rice cultivation in paddy fields in China. Global Change Biology, 30, e17213.
论文链接：https://doi.org/10.1111/gcb.17213
