对森林土壤有机碳固持机制的认知，有利于提高生态系统碳收支的估算精度，有助于深入了解全球森林生态系统功能及可持续管理。气候、土壤和森林类型等均会影响土壤有机碳库的大小和稳定性，但目前对全球森林土壤有机碳库格局尚缺乏深入了解。
韩兴国/姜勇团队基于全球森林292项研究的1179个观测数据，量化分析了气候、土壤性质和森林类型对土壤有机碳（SOC）含量的相对重要性，计算了0～10cm土层的物理（颗粒与矿物结合态SOC）和化学（不稳定与难分解SOC）库含量，以及有机层（O层）中的SOC储量。结果表明，气候因子、土壤因子、净初级生产力（NPP）对森林矿质土壤总SOC含量变化的解释度分别为47%～60%、26%～50%、10%～20%。矿质土壤总有机碳（SOC）、颗粒有机碳（POC）和难分解有机碳（ROC）含量均随年平均温度的升高而降低，原因是温暖气候条件下SOC分解超过了有机碳的补充。矿物结合态有机碳（MAOC）含量受温度影响，且对土壤微生物活性有直接影响。此外，黏粒和氧化铁通形成MAOC对SOC进行物理保护。温带和地中海地区有机层（O层）SOC储量大于冷凉气候带和亚热带。针阔混交林的SOC库比阔叶林或针叶林大64%，原因有二，一是针阔混交林生产力更高，二是不同树种的枯枝落叶输入导致SOC分子组成和微生物群落组成多样化。虽然气候、土壤和森林类型共同决定了SOC的形成和稳定性，但气候因子主导了森林生态系统SOC库的全球模式。总之，综合考虑气候、植物和土壤因素对不同功能土壤有机碳库影响，有助于更好地理解全球变化背景下土壤有机碳的固持机制。
上述成果近期被Global Change Biology接受发表。河北大学生命科学学院师资博士后张雨雪博士为论文的第一作者，河北大学/北京林业大学孙建新教授为通讯作者，河北大学姜勇教授、韩兴国教授、王汝振教授、张海洋研究员、硕士研究生陈龙雪，西北农林科技大学郭晓伟副教授、德国哥廷根大学Yakov Kuzyakov教授为共同作者，该研究得到国家自然科学基金项目（31870426、32271677、32301384、31470623）等资助。
论文链接：Zhang YX, Guo X, Chen LX, Kuzyakov Y, Wang RZ, Zhang HY, Han XG, Jiang Y, Sun OJ*. Global pattern of organic carbon in forest soils. Global Change Biology, 2024, Doi: 10.1111/gcb.17386 (中科院一区, Q1, IF= 11.6)
图1 研究地点的全球分布（a）；森林生态系统中不同气候带/地区（b）、土纲（c）0～10cm土层矿质土壤总有机碳含量。根据Kӧppen气候分类法，气候带分为北方冷凉、地中海、温带、亚热带和热带。根据美国农部（USDA）的土壤分类系统，土壤类型包括新成土（Entisol）、始成土（Inceptisol）、淋溶土（Alfsol）、软土（Mollisol）、老成土（Ultisol）、灰土（Spodosol）。小提琴的形状表示相应数据的分布模式。每个小提琴中盒子的上端和下端分别表示75%和25%的百分位数。方框中的实线和红点分别标记相应数据的中值和平均值。其他彩色/阴影点表示数据分布，异常值标记为黑色。水平虚线表示SOC含量的平均值。小提琴旁边显示了每种气候或土壤类型的观测次数。小提琴上方的小写字母表示对比气候带/地区或土纲之间的差异显著性（p<0.05）。
图2 有机层（O层）总有机碳储量的全球模式。（a）按气候带/地区划分；（b）按森林类型划分；（c）按土纲划分。
图3 3个气候带（左图）和五个土纲（右图）中0～10cm土层矿质土壤的物理有机碳库的比较。POC：颗粒有机碳；MAOC：矿物结合态有机碳。fMAOC：MAOC占总SOC的比例。
图4 温带和亚热带森林（左图）和四个土纲（右图）0～10cm土层矿质土壤化学有机碳库的比较。LOC：不稳定有机碳；ROC：难分解的有机碳。fROC：ROC占总SOC的比例。
图5 按森林类型划分的0～10cm土层矿质土壤中不同稳定性有机碳库的比较。BF：阔叶林；CF：针叶林；MF：针阔混合林；POC：颗粒有机碳；MAOC：矿物结合态有机碳；ROC：难分解有机碳；LOC：不稳定有机碳。
图6 森林生物和环境因素对0～10cm土层矿质土壤有机碳含量变化的贡献。基于Pearson相关性，“+”和“−”符号分别代表土壤碳含量与环境变量之间的显著正相关和负相关（p<0.05）。MAOC：矿物结合态有机碳；POC：颗粒有机碳；LOC：不稳定有机碳；ROC：难分解有机碳；MAT：年平均气温；AI：干旱指数；SC：粉粒和黏粒含量；NPP：净初级生产力。
图7 全球8个独立实验的矿物结合态有机碳（MAOC）含量与土壤铁/铝氧化物含量的回归关系。每个符号代表一项研究。Fed：游离态氧化铁；Ald：游离态氧化铝；Feo：无定形氧化铁；Alo：无定形氧化铝；Fep：有机络合态氧化铁；Alp：有机络合态氧化铝。黑线表示MAOC与全球范围内的生物和环境因子之间的关系。绿色和橙色线分别代表温带和亚热带中的这些关系。 (姜勇供稿)
