土壤有機質是陸地生態系統中重要的碳庫之一，其微小的改變都可能影響到地球系統內溫室氣體的濃度的變化，進而影響到地球表面的溫度。土壤有機碳周轉速率的估算一直是土壤科學研究的重點和難點問題，特別是如何選擇一個簡潔、有效的參數來指示全球尺度上土壤有機碳的周轉速率，一直還沒有得到解決。 

　　碳同位素（¹³C）能夠指示土壤中碳的來源及周轉途徑。研究發現隨著土壤深度的增加土壤碳同位素值逐漸升高，而土壤碳含量則逐漸降低。造成這種現象有如下原因：一是由于化石燃料燃燒使得大氣中貧化的碳逐漸增多，造成¹³C貧化的有機物積累到土壤表面；二是根系的碳同位素比植物高出1-2個單位，使得底層土壤同位素高于表層土壤；三是微生物在分解土壤有機質的過程中對碳的分餾作用，造成¹²C通過呼吸離開系統，而¹³C則大量累計到土壤中，形成隨著深度增加土壤碳同位素信號逐漸升高的趨勢。大量的研究認為微生物分解土壤有機碳是造成土壤¹³C隨深度升高的主要原因，并且這種趨勢能夠有效的指示土壤碳的周轉速率。 

　　基于以上的研究，中國科學院沈陽應用生態研究所生物地球化學組助理研究員王超及其合作者，分析了中國北方草地27個土壤剖面碳同位素和碳含量的變化特征，同時整理了全球149個1米深度的土壤剖面數據后發現：（1）所有剖面上碳同位素值逐漸升高而含量逐漸降低，兩種呈現顯著負相關性，并且證明了這種負相關性能夠很好的指示土壤碳的周轉速率；（2）在全球尺度上土壤有機碳的周轉速與植物凋落物的周轉速率存在顯著正相關性；（3）氣候因子結合土壤理化性質能夠很好的解釋土壤有機碳周轉的變化速率。本研究的結果為區域和全球尺度上土壤碳的周轉提供了研究思路，同時也為生物地球化學模型提供了新的參數數據。 

　　以上研究成果以Stable isotopic constraints on global soil organic carbon turnover 為題發表于Biogeosciences上。王超為第一作者，白娥研究員為通訊作者。研究得到了青年973項目、國家自然科學基金、中國科學院前沿科學重點研究項目和中國科學院青年創新促進會的支持。 

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圖1. 全球范圍內1米深度土壤剖面的分布圖

圖2. 全球土壤碳周轉速率beta與凋落物和根系分解速率k的回歸分析

圖3. 土壤有機碳分解速率與氣候因子及土壤因子的回歸分析