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施土壤保護措施，一場新的辯論開始了：農(nóng)業(yè)土壤侵蝕是否會產(chǎn)生凈有機碳(OC)匯或來源?這個問題至關重要，因為碳匯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》雜志上的一項新研究中，兩位研究人員表明，當我們考慮地理和歷史背景時，明顯的土壤有機碳侵蝕悖論，即農(nóng)業(yè)侵蝕是否導致OC匯或源頭，是可以調(diào)和的。這項研究是比利時UCLouvain和蘇黎世聯(lián)邦理工學院合作的結(jié)果。

有機碳級聯(lián)

早期的研究假設，在農(nóng)田上動員的很大一部分土壤有機碳已經(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，這導致了雙贏局面的概念：減少侵蝕的土壤保護措施導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，并提出了侵蝕有機碳的不同途徑。他們提出了“地貌OC泵”的概念，將有機碳從大氣中轉(zhuǎn)移到從侵蝕中恢復的高地土壤，再到在低礦化環(huán)境中保護有機碳免受分解的埋藏地點。沿著這個地貌傳送帶，最初由植物固定的有機碳沿著地球表面不斷橫向移動，在那里它可以儲存在沉積環(huán)境中。

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

“我們展示了這兩種相互競爭的觀點如何同時存在，因此這項研究提供了對觀點差異的理解，”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)邦理工學院環(huán)境系統(tǒng)科學系和蘇黎世聯(lián)邦理工學院的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力過程如何在確定從陸地環(huán)境到大氣的凈碳通量時相互作用并相互平衡。

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

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

時間尺度調(diào)和悖論

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

在非常短的時間內(nèi)(幾秒鐘到幾天)，侵蝕事件將一部分土壤有機碳從受保護狀態(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常考慮地貌OC傳送帶運行的較長時間尺度。

研究人員強調(diào)侵蝕控制的必要性，因為它給生態(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存影響的見解主要來自在溫帶地區(qū)進行的研究。我們現(xiàn)在需要對邊緣土地和熱帶地區(qū)的侵蝕影響進行新的研究。