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倪晋仁课题组在PNAS上发文揭示中国水土流失引发的CO2通量效应

流域土壤在水力、风力、冻融、重力等外营力作用下会发生破坏、剥蚀、搬运和沉积,其中在水力作用下造成的水土流失问题因其对生态环境的严重影响而广为关注。近年来的研究表明,水土流失在造成生态退化的同时也会引发额外的CO2通量。一方面,流域地表泥沙侵蚀使得下层贫碳且富含矿物质的土层出露,在减少有机碳分解的同时可以结合更多的有机质而形成碳汇;另一方面,侵蚀使土壤颗粒破碎,并使得土壤团聚体含量降低,增加有机碳的分解,造成额外的CO2排放通量。与此同时,土壤侵蚀还可以影响微生物的群落结构及地表植物的生长,从而对碳循环带来更为复杂的影响。
    关于水土流失引发的CO2通量研究,过去至多可以在几百平方公里的小流域尺度上开展,缺乏合理的方法来估算区域和国家尺度上水土流失的碳通量效应。作者引入最小图斑作为基本单元,将适用于小区域的方法推广到大尺度评估,利用近20年来的全国土壤侵蚀普查资料、土壤有机碳普查资料、十大主要陆地碳循环模型的碳库周转速率和初级生产力资料,对中国1990s和2010s两个时期中由于水土流失引发的碳汇进行了评估。

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结果表明,中国过去20年由于水土流失造成的横向土壤碳输移量为180 ± 80 Mt C yr-1,由此引发垂直CO2通量为净碳汇 45 ± 25 Mt C yr-1,相当于中国陆地碳汇的 8–37 %。研究还表明,这期间由于全国性大规模的水土保持实践,土壤有机碳的横向输移量减少41 %,水保效益十分显著;另一方面,水土流失会导致CO2 汇效应的减少,约占中国陆地碳汇的3.8-5.3 %,但总体上没有根本上改变水土流失引发碳汇的格局。作者还根据论文研究成果,指出了未来控制水土流失以及土壤有机碳横向输移与垂向排放效应的“热点”。
    该项研究得到了国家自然科学基金项目(No.51379010)、全国土壤侵蚀普查项目(No. SBZX-SBPC-1001)的支持。成果于2016年5月31日在《美国科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS)在线发表。北京大学环境科学与工程学院、水沙科学教育部重点实验室倪晋仁教授为论文通讯作者,他指导的博士生岳遥(现为武汉大学水电工程学院博士后)为论文第一作者

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