第七届青年地学论坛

植物地下净初级生产（belowground net primary production, BNPP）是土壤有机碳的核心来源，直接决定土壤有机碳形成和周转过程。一方面，BNPP在土壤剖面的垂直分布（或分配）与一系列地下过程密切相关，如植物水分和养分获取、微生物和土壤动物活动，这些都是调节不同土层深度土壤碳周转的重要过程。另一方面，BNPP作为不同土层深度的主要新碳输入，和土壤微生物异氧呼吸一起，决定了不同土层土壤有机碳平衡。以BNPP代表的新碳可能通过激发效应（即，新碳促进或延缓土壤中老碳的分解）与土壤中的老碳发生相互作用，调节土壤碳的稳定性。因此，量化BNPP在土壤剖面的垂直分布对于理解相关地下过程——尤其是土壤碳循环过程——至关重要。
整合全球BNPP观测数据（725个土壤剖面），结合根系生物量数据（559个根系剖面），本研究估算了BNPP在0~2米土壤剖面7个土层的分布，并在1千米空间分辨率下绘制了全球BNPP在土壤剖面垂直分布图。结果表明：全球0-20厘米土层的平均BNPP为1.1 Mg C ha^–1 yr^–1，占BNPP总量的50%以上；另有20%的BNPP分布在20~40厘米的土层。在全球尺度上，BNPP的深度分布表现出很大的空间异质性，在较炎热和干旱地区，BNPP更多地分布在较深土层；而在较湿润和寒冷的地区，更多的BNPP分布在表层土壤。土壤、气候和地形特性（按重要性排序）可以解释80%以上BNPP在不同土层深度分布的变异性；并且这些特性（如降水量和土壤养分）对BNPP垂直分布影响的方向和大小因土壤深度和生态系统类型而异。这些研究结果为全球不同生态系统土壤剖面有机碳预测提供了数据基础，也加深了我们对BNPP沿土壤剖面的分配规律及其控制因子的认识。
基于本研究的BNPP全球制图产品，我们进一步估算了碳输入（即BNPP）的周转时间（即BNPP从进入土壤到通过土壤呼吸过程离开土壤所经历的时间）。在平衡态假设下，周转时间可以由总的土壤有机碳储量（SOC）除以碳输入BNPP来估算，即周转时间=SOC/BNPP）。结合全球1千米分辨率SOC产品，我们估算了BNPP在每一层的周转时间。结果表明，BNPP的周转时间随土壤深度指数递增，在0~20厘米表层，全球平均周转时间在50年左右；在10~150厘米土层，这个周转时间增加到1000年左右。在全球尺度上，BNPP的周转时间也表现出很高的空间异质性。总体而言，在高纬度地区，BNPP周转得更慢；在低纬度的湿润温暖地区，BNPP周转得更快。这些结果为全球土壤有机碳模型模拟提供了有用数据。

土壤有机碳,地下净初级生产力,周转时间,土壤剖面,根系生物量