青藏高原上的全剖面土壤有机碳储量比先前报道的要多得多

《Global Change Biology》：Much Larger Whole-Profile Soil Organic Carbon Stocks on the Qinghai-Tibet Plateau Than Previously Reported

青藏高原土壤有机碳储量研究利用2442个剖面数据与90米分辨率环境因子，通过机器学习模型首次实现深度分层的精确估算，验证显示其R2值（表层0.63，次层0.49）远超现有全球/区域模型（0.01-0.35）。总储量达62.0 Pg C（95%CI:54.9-69.1），其中60%以上集中于0-0.3米表层。高寒草甸占38%储量，沼泽草甸碳密度最高。空间不确定性集中在西北部。气候因素解释了超过50%的碳分布变异。

　　

摘要

青藏高原（QTP），常被称为“地球的第三极”，其升温速度几乎是全球平均水平的两倍，这可能使碳-气候反馈效应比大多数其他地区更为显著。然而，关于该地区土壤有机碳（SOC）储量的大小、空间分布及其环境控制因素，仍存在很大的不确定性。在此，我们收集了青藏高原2442个土壤剖面的综合数据集，并将其与高分辨率（90米）的环境协变量相结合，利用机器学习模型生成了具有空间明确性和深度分辨率的SOC储量估算结果。通过使用新收集的完整土壤剖面SOC测量数据（n=53个）进行独立验证，发现我们的预测准确性显著高于现有的全球和区域地图产品（如SoilGrids、HWSD和WISE）。具体而言，我们对0–0.3米表土层的决定系数（R2）为0.63，对0.3–1.0米底土层的决定系数为0.49；而现有地图产品的这些系数仅在表土层为0.01–0.35，在底土层为0.01–0.15。在整个青藏高原范围内，我们估算出表层2米土壤中的总SOC储量为62.0 Pg C（95%置信区间：54.9–69.1） Pg C，其中超过60%的SOC储存在0.3米以下深度。这一数值远高于该地区的大多数现有估算值。高山草甸生态系统约占总SOC储量的38%，这主要归因于其广泛的覆盖面积；而沼泽草甸生态系统的SOC密度最高。在采样稀疏的青藏高原西北部地区，空间不确定性最大。当代气候和古气候因素共同解释了土壤剖面中SOC分布的50%以上变化，突显了气候因素在SOC空间分布中的主导作用。这种具有空间明确性和高分辨率的SOC地图为评估青藏高原的碳-气候反馈效应提供了基础，并强调了该地区对持续气候变暖的高度脆弱性。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

本研究支持的数据和代码可在Figshare上公开获取，网址为：https://doi.org/10.6084/m9.figshare.31429055。土壤剖面数据来自世界土壤信息系统（World Soil Information Service），网址为：https://www.isric.org/explore/wosis。环境协变量包括来自WorldClim v2.0的气候数据，网址为：https://www.worldclim.org/data。古气候数据同样来源于WorldClim v2.0。地形数据来自Shuttle Radar Topography Mission 4.0（SRTM4.0）。植被数据（包括归一化植被指数NDVI数据）来自MODIS产品MOD13Q1006，网址为：https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/；植被类型数据来自中国植被地图，网址为：https://www.plantplus.cn/doi/10.12282/plantdata.0155。人类活动数据包括来自Landsat Thematic Mapper（TM）卫星图像的土地利用数据，网址为：http://www.resdc.cn；人口数据来自LandScan全球生命统计分析数据库，网址为：https://landscan.ornl.gov/landscan-datasets；牲畜密度数据来自国家青藏高原科学数据中心，网址为：http://data.tpdc.ac.cn。岩性数据来自全球岩性地图数据库v1.0，网址为：https://www.geo.uni-hamburg.de/en/geologie/forschung/aquatische-geochemie/glim.html；永久冻土数据来自国家青藏高原科学数据中心，网址为：https://data.tpdc.ac.cn/。