针对黄土高原历史时期土壤侵蚀对碳库过程影响如何这一科学问题，中国科学院地球环境研究所王凯博副研究员与合作者以黄土高原近百年来未发生过明显土壤侵蚀的，位于子午岭林区的典型天然次生山杨林和辽东栎林为研究对象，采用稳定和放射性同位素技术，探讨了该区不同演替阶段森林土壤有机碳的周转特征，并结合黄土高原未侵蚀区土壤深度-年龄关系曲线和侵蚀区土壤剖面¹⁴C年龄测定，定量估算了研究区历史时期土壤侵蚀量及侵蚀碳库流失量。

　　图1 研究区和取样点位置示意图

　　研究主要结果如下：

　　1. 阐明了黄土高原山杨林向辽东栎林演替中土壤碳库组成演化特征。（1）辽东栎林表层土壤有机碳库大于山杨林，但下层土壤有机碳库小于山杨林；（2）土壤无机碳库与有机碳库在剖面上呈相反规律；（3）辽东栎林土壤总碳库储量显著高于山杨林，该差异主要由无机碳库差异引起。

　　图2 山杨林和辽东栎林土壤碳库储量及组成特征

　　2. 明确了黄土高原两种典型森林土壤有机碳周转剖面特征。山杨林和辽东栎林土壤剖面有机碳周转时间分别为55-9654 年和103-7455 年。辽东栎林表层土壤有机碳周转速度较山杨林快，而下层土壤有机碳周转速度较山杨林慢。

　　图3 山杨林和辽东栎林土壤剖面有机碳¹⁴C年龄与周转特征

　　3. 定量估算了历史时期土壤侵蚀流失碳库。近一万年来，山杨林剖面由土壤侵蚀引起的有机碳和无机碳库流失分别为26.2和64.1 Mg ha^-1； 辽东栎林剖面由土壤侵蚀引起的有机碳和无机碳库流失分别20.2和42.6 Mg ha^-1。

　　图4 历史时期土壤侵蚀碳库流失量计算流程及两种林分土壤分层年龄范围

　　在上述研究基础上，总结了黄土高原典型森林演替中土壤碳库过程的驱动机制。发现山杨林向辽东栎林演替中凋落物生物量增加促进了表层SOC的积累，可用碳源的增加支持了更多土壤微生物，进而提高表层SOC周转速率。相比之下，辽东栎林下层SOC的下降可能归因于强烈的历史侵蚀和土壤激发效应。另一方面，SOC的增加提升了土壤CO₂分压，促进表土中碳酸盐的溶解和浸出，并导致SIC降低。相反，降低的SOC会降低CO₂分压，这有利于下层土壤SIC的增加。

　　图5 黄土高原典型森林演替中土壤碳过程示意图

　　研究结果以“Tracking soil carbon processes in two temperate forests at different successional stages using stable and radioactive carbon isotopes”为题发表于学术期刊Agriculture, Ecosystems and Environment，本研究主要受到国家自然科学基金 (41671511和41975114) 的资助。链接：https://doi.org/10.1016/j.agee.2020.107143。

　　Wang, K., Deng, L., Di, D., He, X. & Shi, W. 2020. Tracking soil carbon processes in two temperate forests at different successional stages using stable and radioactive carbon isotopes. Agriculture Ecosystems & Environment. 304: 107143, doi:10.1016/j.agee. 2020.107143.