近日，我校喀斯特研究院蓝家程教授团队在土壤科学领域Top期刊Catena (中科院一区)在线发表了题为“Vegetation restoration enhances soil organic carbon accumulation in Southwest China’s karst region: The role of aggregation, calcium, and microbes”的研究论文。

理解控制土壤有机碳（Soil organic carbon, SOC）积累和持久性的机制对缓解气候变化具有极其重要的全球意义。中国西南喀斯特地区的植被恢复已成为全球绿化的一个显著“热点”，显著提高了植被覆盖度和岩溶碳汇能力。植被恢复通过团聚体物理保护、矿物化学稳定和微生物驱动机制促进SOC积累。然而，当前的研究常常孤立地研究上述因素对SOC储量的影响，这三种因素及其它们的相互作用对SOC储量的定量贡献和影响仍然知之甚少，这阻碍了重大生态工程的进一步实施以及未来实现生态系统碳汇能力翻倍目标的实现。因此，迫切需要深入理解喀斯特地区石漠化治理中涉及的土壤碳封存机制，因为这是制定有效气候变化缓解策略的关键。

本研究以中国南方喀斯特石漠化治理典型案例—花江石漠化综合治理示范区（图1）的耕地（对照）、和典型植被恢复类型（花椒林、次生林）为研究对象，分析土壤团聚体（大团聚体 >2 mm、小团聚体2–0.25 mm、微团聚体0.25–0.053 mm和粉粘粒 < 0.053 mm）及团聚体有机碳，土壤交换态钙（Ca）和微生物变量，通过方差分解分析（VPA）和结构方程模型（PLS-SEM）等统计方法，评估了团聚体、钙和微生物及其相互作用对SOC储量的贡献，探讨植被恢复后土壤团聚体、钙和微生物促进SOC积累的机制。

图1 研究区与采样点位置

研究结果显示，四个粒径团聚体有机碳对SOC储量的贡献显著（图2，p < 0.05），表明这些组分在SOC储存中发挥着关键作用。团聚体有机碳的变化与土壤团聚体组成、交换态Ca、细菌数量和细菌群落组成的变化密切相关（图2）。植被恢复显著提高了SOC储量，团聚体、矿物质（Ca）和微生物共同解释了SOC储量90.1%的变异（图3），其中团聚体、微生物和矿物质的交互作用（34.2%），团聚体单独作用（27.2%），团聚体-微生物交互作用（22.3%）是主要影响因素。土壤细菌数量和群落结构是驱动SOC储量变化和稳定的关键因素，主要通过调节团聚体有机碳来发挥作用（图4）。土壤交换态Ca在矿物保护和SOC储量调节中发挥着显著且不可或缺的作用，它通过影响土壤团聚体组成和稳定性、细菌数量和群落结构，对SOC储量产生直接和间接的影响（图4）。

图2 SOC储量与团聚体（a-h）、矿物（i, j）和微生物（k-o）因素的关系

图3 植被恢复后，团聚体保护、矿物保护和微生物保护对SOC积累的相对贡献

图4 植被恢复后，团聚体、矿物和微生物因素对SOC储量的直接影响和间接影响

本研究强调，在花江喀斯特地区，植被恢复后SOC的保护和稳定是由团聚体物理保护、土壤矿物结合以及微生物代谢过程之间的相互作用和相互依存所驱动的。微生物通过土壤团聚体提供的物理保护来调节SOC储量的作用可能是驱动长期土壤碳积累的关键机制，而土壤交换态Ca在矿物保护和SOC储量调节中发挥着重要且不可或缺的作用。这些发现对于理解和预测土壤碳封存的变化至关重要。

该文第一作者和通讯作者系蓝家程教授，其指导的2024级自然地理学博士生姜勇祥，2022级硕士生黄明芝为主要参与者。该研究得到了国家自然科学基金[No.42177446; 42467064]和贵州师范大学[黔师学术新苗[2022]28]的联合资助。

论文全文链接：https://doi.org/10.1016/j.catena.2025.109184