土壤有机碳 (SOC) 是陆地生态系统最大的活跃碳库，在调节全球碳循环、缓解气候变化方面发挥着重要作用。全球草地覆盖约40%的陆地面积，储存了超过30%的陆地碳，其中相当大比例以土壤有机碳的形式存在。在全球变化背景下，极端干旱事件的频率和强度显著增加，对土壤碳库产生重要影响。然而，以往研究主要关注干旱对表层土壤有机碳的短期影响，学术界尚不清楚长期极端干旱对土壤剖面有机碳库的整体影响及其驱动机制。

针对上述研究不足，研究团队依托在青藏高原高寒草地建立的长期降雨梯度控制实验平台，基于SOC粒径分组、微生物¹⁸O同位素标记 (H₂¹⁸O)、矿物分析等方法，系统评估了轻度、中度和极端干旱对土壤剖面 (0–60 cm) 有机碳库的影响及其机制。研究发现，轻度和中度干旱均未显著改变土壤剖面有机碳储量；而持续十年的极端干旱（降水减少至自然降水的1/12）对土壤有机碳储量的影响则呈现显著的垂直分异：极端干旱通过改变地上和地下生产力分配，对表层 (0–20 cm) 有机碳储量无显著影响；深层 (40–60 cm) 有机碳库因受地下水的补给，同样未发生显著变化；然而，极端干旱通过降低矿物结合态有机碳（MAOC），导致亚表层 (20–40 cm)土壤有机碳库显著下降。进一步研究发现，长期极端干旱通过微生物–土壤–矿物相互作用协同调控亚表层MAOC的损失。具体而言，长期极端干旱降低微生物碳利用效率和微生物残体碳的积累，抑制了亚表层MAOC的形成；极端干旱引起的土壤氮限制可能加速富氮MAOC的分解；此外，长期极端干旱削弱了铁矿物等反应性矿物对有机碳的保护作用，进一步降低亚表层MAOC的稳定性。

该研究首次通过长期干旱梯度控制实验，系统揭示了极端干旱对土壤剖面有机碳库的垂直分异影响及其机制，挑战了“亚表层土壤碳对干旱不敏感”的传统认识，为深入理解高寒生态系统土壤碳库在未来极端干旱情景下的变化提供了关键实验证据。相关成果以“Decadal extreme drought reduces alpine subsoil carbon stocks”为题近日发表于国际学术期刊《PNAS》。周荣磊（2024级博士研究生）为论文第一作者，汪金松研究员和牛书丽研究员为论文通讯作者，该研究得到国家自然科学基金卓越群体项目、国家重点研发计划等项目的资助。

论文链接：https://www.pnas.org/doi/epdf/10.1073/pnas.2517468123

附图：实验样地图及干旱对不同深度土壤有机碳影响的结果图，P指的是自然降雨量。