《Soil Science Society of America Journal》：Soil carbon fraction responses to grazing intensity and texture in a semiarid grassland
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本文通过长达80年的放牧控制试验，揭示土壤质地（黏壤土 vs 粉质黏土）显著调控放牧强度对草地土壤有机碳（SOC）组分的影响。研究发现粗质地土壤中颗粒有机碳（POM-C）在高强度放牧下显著积累，而矿物结合态有机碳（MAOM-C）对所有放牧强度均保持稳定，表明土壤物理环境是评估草地碳汇功能的关键制约因子。
1 引言
土壤有机质（SOM）作为陆地生态系统的核心碳库，其动态变化对全球碳循环具有深远影响。研究将SOM操作性地划分为颗粒有机质（POM）和矿物结合态有机质（MAOM）两大功能组分，二者在形成途径和生态功能上存在本质差异。POM主要由植物残体构成，碳氮比（C:N）介于10-40之间，传统上被视为易分解的活性碳库；而MAOM则主要来源于微生物代谢产物，通过矿物吸附作用形成高度稳定的碳库。在草地生态系统中，放牧强度（GI）通过改变植物群落组成和土壤微环境，进而影响土壤有机碳（SOC）的固存路径，但这一过程如何受土壤质地调控尚不明确。
2 材料与方法
研究依托美国南达科他州立大学Cottonwood野外站长达80年的放牧试验平台（1942年启动），设置高（1.78 AUM/ha）、中（0.99 AUM/ha）、低（0.79 AUM/ha）三个放牧强度处理，每种处理设两个重复。2023年秋季按地形部位分层采集0-30 cm土壤样品，通过湿筛法分离POM-C（>53 μm）和MAOM-C（<53 μm）组分，采用贝叶斯混合模型分析土壤质地（黏壤土 vs 粉质黏土）与放牧强度的交互效应。
3 结果
3.1 碳组分分布特征
在黏壤土表层（0-7.5 cm），高强度放牧使POM-C储量显著提升至10.71±0.85 Mg ha-1，较轻度放牧（5.16±0.79 Mg ha-1）增加107%，而MAOM-C在所有处理间保持稳定（11.29-12.94 Mg ha-1）。粉质黏土中碳组分对放牧强度响应不显著，凸显质地的关键调控作用。
3.2 碳库稳定性指标
POM-C与MAOM-C的比值（POM:MAOM）在黏壤土表层呈现显著放牧效应：高强度放牧处理比值达0.83，显著高于轻度放牧的0.46。该比值与土壤呼吸呈正相关（r=0.30, p<0.01），而与pH值负相关（r=-0.31, p<0.001），表明POM积累可能增强碳库的活动性。
3.3 碳组分耦合关系
全剖面尺度上POM-C与MAOM-C仅呈弱相关（r≈0.3），证实两个碳库受不同生态过程驱动。黏壤土中较高的沙粒含量（33%）通过降低微生物活性促进POM积累，而粉质黏土中丰富的黏粒（40%）为MAOM形成提供更多矿物结合位点。
4 讨论
4.1 植物群落演替的碳循环效应
长期放牧驱动C3植物（如西方麦草）向C4植物（如蓝格兰马草）的生态替代，后者通过产生高C:N比凋落物改变碳输入质量。C4植物组织较高的木质素含量延缓分解进程，导致POM在粗质地土壤中优先积累，这一机制得到植物群落调查数据的支持。
4.2 质地-管理的协同调控
土壤质地通过物理保护和微生物活性双重途径调节碳稳定性。黏壤土较低的水分保持能力和较大的温度变幅抑制微生物分解，而粉质黏土中紧密的矿物-有机质相互作用促进MAOM形成。研究首次在长期试验中证实，放牧对碳组分的影响强度取决于土壤质地背景。
4.3 碳库功能重估
传统观点将POM视为易失碳库，但本研究发现POM积累与土壤呼吸增强密切相关，提示其可能作为微生物活动热点促进碳转化。POM:MAOM比值与沙粒含量的强正相关（r=0.89）为评估不同质地土壤的碳汇潜力提供量化指标。
5 结论
放牧管理通过改变植物群落组成而非牲畜密度本身影响土壤碳循环，这一过程受土壤质地的显著调控。粗质地土壤中POM-C对放牧的敏感响应提示其碳汇功能更具动态性，而细质地土壤则以MAOM-C的稳定积累为主要特征。未来草地碳管理策略需统筹考虑植物功能群演替与土壤物理环境的交互作用，以实现碳固存与生态系统稳定的协同增效。
