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土壤是陸地生態系統最大的碳庫，是全球碳循環的關鍵一環。土壤碳主要來源于植物根系碳輸入（Iroot），但相當一部分Iroot進入土壤后會通過根際微生物呼吸、淋溶和動物啃食等過程快速流失（Iloss），從而限制植物根系碳輸入對長期土壤固碳的貢獻，如何定量估算這兩個變量對于全面了解土壤碳循環具有重要意義。然而，目前全球尺度的研究結果還很少。
為此，中科院大氣所、植物所、土壤所、浙江大學和中山大學等多個機構的研究人員，利用三套全球觀測數據集（見圖1），包括土壤放射性碳同位素數據（△14Cdata）、植物地上和地下凈初級生產力（NPPdata）以及植物根系生物量（Rootdata），采用數據-模型融合的方法，對全球Iroot和Iloss進行了定量估算。研究結果顯示，在全球0-2米土壤中，植物總的根系碳輸入（Iroot）平均為3.5 Mg C ha–1 yr–1，其中約80%為Iloss（見圖2），即只有約20%的根系碳輸入進入了非根際土壤，并參與非根際土壤有機碳周轉過程。這一發現解釋了為什么在全球大氣二氧化碳濃度增加和植被凈初級生產力提升背景下，學界沒有廣泛觀測到明顯的土壤有機碳變化。此外，研究人員還制作了高精度（1公里分辨率）的全球不同土層Iroot和Iloss分布圖，并發現它們隨著土層深度的增加而迅速減少。其中，在0-2米土壤中超過60%的Iroot集中在0-0.2米的表層。
圖1 觀測數據集站點分布
圖2 植物根系碳輸入在土壤中的轉化示意圖
這項研究成功在全球尺度上量化了植物根系碳輸入及其垂直分布，并證明了它們對于非根際土壤固碳的貢獻十分有限。
論文、作者及項目資助情況：
該論文以“植物根系碳輸入對非根際土壤碳庫貢獻的全球定量研究”為標題，近期發表在《中國科學地球科學》上。第一作者為王國成副研究員，通訊作者為羅忠奎研究員。研究得到科技部重點研發計劃項目（2021YFE0114500）、中國科學院戰略性先導科技專項（XDA26010103）和云南省基礎研究專項重大項目（202101BC070002）的資助。
【論文信息】