在過去十年中，研究人員敲響了土壤侵蝕是全球糧食安全最大威脅的警鐘。隨著世界各國政府開始實(shí)施土壤保護(hù)措施，一場新的辯論開始了：農(nóng)業(yè)土壤侵蝕是否會(huì)產(chǎn)生凈有機(jī)碳(OC)匯或來源?這個(gè)問題至關(guān)重要，因?yàn)樘紖R吸收的碳多于釋放的碳，而碳源釋放的碳多于吸收的碳。無論哪種方式，答案都對全球土地利用、土壤保護(hù)措施及其與氣候變化的聯(lián)系產(chǎn)生影響。

在發(fā)表在《生物地球科學(xué)》雜志上的一項(xiàng)新研究中，兩位研究人員表明，當(dāng)我們考慮地理和歷史背景時(shí)，明顯的土壤有機(jī)碳侵蝕悖論，即農(nóng)業(yè)侵蝕是否導(dǎo)致OC匯或源頭，是可以調(diào)和的。這項(xiàng)研究是比利時(shí)UCLouvain和蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院合作的結(jié)果。

有機(jī)碳級聯(lián)

早期的研究假設(shè)，在農(nóng)田上動(dòng)員的很大一部分土壤有機(jī)碳已經(jīng)流失到大氣中。他們得出的結(jié)論是，農(nóng)業(yè)侵蝕是大氣一氧化碳的來源。2，這導(dǎo)致了雙贏局面的概念：減少侵蝕的土壤保護(hù)措施導(dǎo)致更健康的土壤和大量的碳匯。

然而，最近的研究挑戰(zhàn)了這一假設(shè)，并提出了侵蝕有機(jī)碳的不同途徑。他們提出了“地貌OC泵”的概念，將有機(jī)碳從大氣中轉(zhuǎn)移到從侵蝕中恢復(fù)的高地土壤，再到在低礦化環(huán)境中保護(hù)有機(jī)碳免受分解的埋藏地點(diǎn)。沿著這個(gè)地貌傳送帶，最初由植物固定的有機(jī)碳沿著地球表面不斷橫向移動(dòng)，在那里它可以儲(chǔ)存在沉積環(huán)境中。

這些研究認(rèn)為，有機(jī)碳回收和陸地沉積的結(jié)合可以捕獲大量的大氣碳，因此侵蝕實(shí)際上可能代表有機(jī)碳匯。

“我們展示了這兩種相互競爭的觀點(diǎn)如何同時(shí)存在，因此這項(xiàng)研究提供了對觀點(diǎn)差異的理解，”UCLouvain地球與生命研究所的Kristof Van Oost解釋說。

第一次看到全貌

瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院環(huán)境系統(tǒng)科學(xué)系和蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的Johan Six表示，這些最新發(fā)現(xiàn)首次說明了由侵蝕引起的所有不同碳動(dòng)力過程如何在確定從陸地環(huán)境到大氣的凈碳通量時(shí)相互作用并相互平衡。

Six和Van Oost進(jìn)行了全面的文獻(xiàn)綜述，涵蓋了74項(xiàng)研究。Six解釋了先前研究中相互矛盾的假設(shè)的原因。“我們注意到，感知到的悖論主要與沒有考慮與侵蝕相關(guān)的碳通量的全部級聯(lián)有關(guān)。這讓我們想到，解釋整個(gè)碳級聯(lián)的復(fù)雜性會(huì)很好。

他們意識到，這一悖論的核心是水蝕引起的過程在時(shí)間和空間尺度上運(yùn)作，這決定了水侵蝕和有機(jī)碳損失與穩(wěn)定過程之間的關(guān)系。他們一起使用衰變函數(shù)概念化了跨時(shí)間和空間的水侵蝕(子)過程的影響。

時(shí)間尺度調(diào)和悖論

兩位研究人員都發(fā)現(xiàn)，土壤侵蝕會(huì)誘發(fā)大氣中的一氧化碳來源。2僅在考慮小時(shí)空尺度時(shí)，而當(dāng)使用多尺度方法時(shí)，匯和源都出現(xiàn)。

在非常短的時(shí)間內(nèi)(幾秒鐘到幾天)，侵蝕事件將一部分土壤有機(jī)碳從受保護(hù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移到可用狀態(tài)，在那里它更快地礦化為氣態(tài)。相比之下，將侵蝕視為大氣碳匯的研究通?？紤]地貌OC傳送帶運(yùn)行的較長時(shí)間尺度。

研究人員強(qiáng)調(diào)侵蝕控制的必要性，因?yàn)樗o生態(tài)系統(tǒng)帶來了許多好處，但建議采用跨尺度方法來準(zhǔn)確表示侵蝕對全球碳循環(huán)的影響。

展望未來，Van Oost總結(jié)道：“我們對土壤侵蝕對碳儲(chǔ)存影響的見解主要來自在溫帶地區(qū)進(jìn)行的研究。我們現(xiàn)在需要對邊緣土地和熱帶地區(qū)的侵蝕影響進(jìn)行新的研究。

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