土壤有机碳（SOC）是陆地生态系统碳循环的核心组分，其固存与稳定性对缓解全球气候变化具有关键作用。依据碳的来源与稳定性差异，SOC可划分为颗粒有机碳（POC）与矿物结合态有机碳（MAOC）：POC主要来源于植物残体，易被微生物分解，气候敏感性高；MAOC由有机-矿物复合作用形成，长期被视为土壤碳库的“稳定核心”，可固存数百年。然而，现有研究多聚焦于表层土壤，对深层土壤碳组分的关注仍相对有限。实际上，深层土壤储存了全球约70%的SOC，其动态变化机制长期未被充分揭示，这严重制约了我们对土壤碳汇潜力及其气候变化响应能力的准确评估。

近日，植被结构功能与建造全国重点实验室王娓团队在国际期刊《Environmental Science & Technology》发表题为“Decoupling of Particulate and Mineral-Associated Organic Carbon (MAOC) with Depth Explains Subsoil MAOC Climate Vulnerability in Water-Limited Forests”的研究论文，揭示了我国半干旱半湿润区森林颗粒态有机碳（POC）与矿物结合态有机碳（MAOC）在表层与深层土壤之间从耦合—解耦的转变，首次从机制层面证明：深层MAOC因失去POC的缓冲作用，其气候敏感性显著高于表层。这一发现为理解深层土壤碳库的气候响应提供了新的理论视角。

团队在中国北方的35个典型森林样点采集表层（0–10 cm）与深层（40–60 cm）土壤样品，结合高分辨率气候再分析数据（ERA5-Land）与多种土壤生物与非生物因子，系统分析了POC和MAOC的垂直分布、耦合关系及其气候敏感性。研究发现，在表层土壤中，POC与MAOC呈现显著正相关，二者高度耦合，形成一个由植物输入与微生物转化共同驱动的协同系统。而在深层土壤中，这种耦合关系消失，二者完全解耦。

图1.采样点分布与土壤碳组分的垂直变化。（A）35个森林样地分布，颜色表示年均温梯度；（B–E）POC和MAOC绝对含量及在SOC中的占比在表层与深层的比较

图2.POC与MAOC的耦合关系随深度变化

更重要的是，深层土壤中的MAOC对气候因子（年均温与干旱指数）表现出显著的负相关，即温度升高或干旱加剧会导致深层MAOC含量显著下降。而在表层土壤中，MAOC对气候因子的响应并不显著。结构方程模型进一步揭示，气候通过POC与矿物保护间接影响表层MAOC，而在深层土壤中，气候直接作用于MAOC，调控方式发生了根本性转变。

图3.不同土壤深度下驱动POC和MAOC变化的直接和间接因素

研究认为，表层土壤中POC与MAOC的耦合形成了“生物缓冲系统”，使MAOC免受气候直接冲击。而在深层土壤中，由于碳来源分化、微生物活性下降、能量限制加剧，POC与MAOC解耦，MAOC失去了这一缓冲机制，转而直接暴露于气候变化的压力之下。这一“从间接调控到直接驱动”的转变，解释了深层MAOC为何具有更高的气候敏感性。

该研究挑战了传统观点中MAOC具备天然稳定性的假设，揭示了在水分受限的森林生态系统中，深层MAOC的气候敏感性甚至高于POC，建议地球系统模型采用垂直分层碳动态机制。在全球变暖与干旱加剧背景下，这一发现为深层碳库脆弱性提供了关键机制证据。

文章信息：

Environmental Science & Technology

Decoupling of Particulate and Mineral-Associated Organic Carbon (MAOC) with Depth Explains Subsoil MAOC Climate Vulnerability in Water-Limited Forests”

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https://doi.org/10.1021/acs.est.5c17262

王娓副教授为论文的通讯作者，博士研究生吴馨怡为第一作者。硕士研究生张新茹、李潇岳、高子薪作为共同作者参与了此项研究。该研究受到了国家重点研发计划（2022YFF0801803）和国家自然科学基金项目（32571806和32271618）的资助。