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土壤有機碳 (SOC) 是陸地生態系統最大的活躍碳庫，在調節全球碳循環、緩解氣候變化方面發揮著重要作用。全球草地覆蓋約40%的陸地面積，儲存了超過30%的陸地碳，其中相當大比例以土壤有機碳的形式存在。在全球變化背景下，極端干旱事件的頻率和強度顯著增加，對土壤碳庫產生重要影響。然而，以往研究主要關注干旱對表層土壤有機碳的短期影響，學術界尚不清楚長期極端干旱對土壤剖面有機碳庫的整體影響及其驅動機制。

針對上述研究不足，研究團隊依托在青藏高原高寒草地建立的長期降雨梯度控制實驗平臺，基于SOC粒徑分組、微生物¹⁸O同位素標記 (H₂¹⁸O)、礦物分析等方法，系統評估了輕度、中度和極端干旱對土壤剖面 (0–60 cm) 有機碳庫的影響及其機制。研究發現，輕度和中度干旱均未顯著改變土壤剖面有機碳儲量；而持續十年的極端干旱（降水減少至自然降水的1/12）對土壤有機碳儲量的影響則呈現顯著的垂直分異：極端干旱通過改變地上和地下生產力分配，對表層 (0–20 cm) 有機碳儲量無顯著影響；深層 (40–60 cm) 有機碳庫因受地下水的補給，同樣未發生顯著變化；然而，極端干旱通過降低礦物結合態有機碳（MAOC），導致亞表層?(20–40 cm)土壤有機碳庫顯著下降。進一步研究發現，長期極端干旱通過微生物–土壤–礦物相互作用協同調控亞表層MAOC的損失。具體而言，長期極端干旱降低微生物碳利用效率和微生物殘體碳的積累，抑制了亞表層MAOC的形成；極端干旱引起的土壤氮限制可能加速富氮MAOC的分解；此外，長期極端干旱削弱了鐵礦物等反應性礦物對有機碳的保護作用，進一步降低亞表層MAOC的穩定性。

該研究首次通過長期干旱梯度控制實驗，系統揭示了極端干旱對土壤剖面有機碳庫的垂直分異影響及其機制，挑戰了“亞表層土壤碳對干旱不敏感”的傳統認識，為深入理解高寒生態系統土壤碳庫在未來極端干旱情景下的變化提供了關鍵實驗證據。相關成果以“Decadal extreme drought reduces alpine subsoil carbon stocks”為題近日發表于國際學術期刊《PNAS》。周榮磊（2024級博士研究生）為論文第一作者，汪金松研究員和牛書麗研究員為論文通訊作者，該研究得到國家自然科學基金卓越群體項目、國家重點研發計劃等項目的資助。

論文鏈接：https://www.pnas.org/doi/epdf/10.1073/pnas.2517468123

附圖：實驗樣地圖及干旱對不同深度土壤有機碳影響的結果圖，P指的是自然降雨量。