📖论文标题: Soil organic carbon formation efficiency from straw/stover and manure input and its drivers: Estimates from long-term data in global croplands
👩🔬作者: Yulong Yin, Zhong Chen, Haiqing Gong, Kai He, Qi Miao, Xingshuai Tian, Zihan Wang, Yingcheng Wang, Huifang Zheng, Zhenling Cui
🏛️第一单位: State Key Laboratory of Nutrient Use and Management, College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing, China
📬通讯作者:Zhenling Cui ([email protected])
🗓️发表时间: April 13, 2024
🔗DOI / 论文链接https:///10.1111/gcb.17460
🔍研究背景
土壤有机碳（SOC）固存是实现全球碳中和的重要途径。将秸秆/残茬或粪肥还田被广泛认为是促进新生 SOC 形成、提升土壤健康与生态系统功能的关键措施。然而，不同地区的新生 SOC 形成效率（NCE）受土壤性质、气候和管理措施的共同影响，其空间差异巨大，目前缺乏系统量化。
现有方法（如 IPCC Tier 模型或腐殖化系数法）受限于默认因子粗糙、参数固定或缺乏长期验证，难以准确评估区域尺度的 NCE。长期、系统的实地观测数据对于理解 NCE 的驱动机制和提升预测精度至关重要。
基于此，本研究整合了来自全球 404 个地点的 897 对长期田间观测数据，系统解析秸秆/残茬和粪肥来源的 NCE 变异性及其主控因素，并构建全球格网尺度 NCE 预测模型，为提升农田碳固存潜力和制定区域化管理措施提供科学依据。
🧭试验方法
为量化秸秆/残茬和粪肥输入对农田新生土壤有机碳（NCE）的影响，本研究在Web of Science 和CNKI 上检索了1980–2020 年发表的相关长期田间试验文献。根据严格的筛选标准（如试验年限≥5年、提供 SOC 数据、有对照与处理配对等），最终获得293 篇文献，共 897 对数据，并据此计算全球农田 NCE 并开展后续模型分析。
🌱主要结果
1️⃣ 全球农田新生土壤有机碳形成效率（NCE）整体较低（约 11%–12%），但在空间上差异显著。（Figure 2）
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全球平均 NCE = 11.7%（5–95% 区间：0.02–33.5%）
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稻田（paddy）NCE= 14.2%，显著高于旱地（upland）10.9%
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免耕显著提高 NCE
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有机物C/N、C/P 比极低或极高时，NCE 均较高
2️⃣ 初始SOC 与土壤黏粒含量是决定 NCE 的两个最关键因素，比气候和农业措施更重要。（Figure 2）
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SEM 显示3 个最重要的驱动因子：
（1）初始 SOC（37% 的解释度）
（2）土壤黏粒含量（30% 的解释度）
（3）年均温 MAT（27% 的解释度）
此外：
（1）中性pH（≈6）有利于 NCE（Figure 2f）
（2）微生物C/N ≈ 6.6 时 NCE 最高（Figure 2g）
（3）降水（MAP）>1500mm → NCE 降低（Figure 2h）
4️⃣ 全球NCE 的空间格局（RF 模型预测）（Figure 3、Figure 4）
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模型性能（Figure 3）
预测能力强，误差可接受。
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全球空间分布（Figure 4）
5️⃣有机物类型与土壤性质的匹配（提升 NCE 的策略）（Figure 5）
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按初始 SOC 区分
低 SOC 土壤（<15 g/kg）：低 C/N 更有利于提升 NCE
高 SOC 土壤（>15 g/kg）：高 C/N 材料促进真菌比例 → 增强 SOC 累积
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按黏粒含量区分
黏粒 <20%：高 C/N 输入 → NCE 最高
黏粒 >20%：低 C/N 更利于形成新 SOC
总结：全球农田新生土壤有机碳形成效率（NCE）主要由土壤初始状态（SOC 与黏粒含量）决定，并在全球范围呈显著空间差异，因此提升土壤碳固存必须依托土壤属性进行精准、有针对性的有机物管理。