全 文 ：黄土丘陵区植被恢复对深层土壤有机碳储量的影响*
张摇 金1 摇 许明祥2,3**摇 王摇 征2 摇 马昕昕3 摇 邱宇洁2
( 1中国科学院 /水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室, 陕西杨凌 712100; 2西北农林科技大
学林学院, 陕西杨凌 712100; 3西北农林科技大学资源环境学院, 陕西杨凌 712100)
摘摇 要摇 以黄土丘陵区不同恢复年限的人工刺槐林、人工柠条林和自然撂荒地为对象,以 0 ~
100 cm(浅层)土壤为对照,研究了不同植被类型下 100 ~ 400 cm(深层)土壤有机碳(SOC)储
量的剖面分布特征和累积动态. 结果表明: 随土壤深度增加,浅层 SOC 储量显著降低,深层
SOC变化趋势不明显,但储量很高,约占 0 ~ 400 cm 剖面 SOC 的 60% . 80 ~ 100 cm 土层的
SOC储量与深层 100 ~ 200 和 200 ~ 400 cm的 SOC储量呈显著线性相关,是 0 ~ 100 cm 5 个土
层中与深层 SOC储量变化相关性最强的一层,可用以估算深层 SOC 储量.人工刺槐林、柠条
林、撂荒地表层(0 ~ 20 cm)SOC储量显著高于坡耕地,而深层 SOC 储量在不同利用类型间差
异不显著.随植被恢复年限的增加,深层 SOC 储量呈上升趋势,人工刺槐林和人工柠条林
100 ~ 400 cm SOC平均累积速率分别为 0. 14 和 0. 19 t·hm-2·a-1,人工柠条林与浅层 SOC累
积速率相当.在估算黄土丘陵区植被恢复的土壤固碳效应时,应考虑深层土壤有机碳累积量,
否则会严重低估植被恢复的土壤固碳效应.
关键词摇 土壤有机碳摇 深层土壤摇 植被恢复摇 恢复年限摇 黄土丘陵区
*国家自然科学基金项目(41171422)、中国科学院知识创新工程重要方向项目( KZCX2鄄YW鄄443)和中国科学院战略性先导科技专项
(XDA05050504)资助.
**通讯作者. E鄄mail: xumx@ nwsuaf. edu. cn
2012鄄01鄄17 收稿,2012鄄07鄄26 接受.
文章编号摇 1001-9332(2012)10-2721-07摇 中图分类号摇 S154. 1,S718. 5摇 文献标识码摇 A
Effects of revegetation on organic carbon storage in deep soils in hilly Loess Plateau region of
Northwest China. ZHANG Jin1, XU Ming鄄xiang2,3, WANG Zheng2, MA Xin鄄xin3, QIU Yu鄄jie2
( 1State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on Loess Plateau, Institute of Soil and
Water Conservation, Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resource, Yangling 712100,
Shaanxi, China; 2College of Forestry, Northwest A & F University, Yangling 712100, Shaanxi,
China; 3College of Resources and Environment, Northwest A & F University, Yangling 712100,
Shaanxi, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2012,23(10): 2721-2727.
Abstract: Taking the Robinia pseudoacacia woodlands, Caragana korshinskii shrublands, and
abandoned croplands with different years of revegetation in the hilly Loess Plateau region of North鄄
west China as test objects, this paper studied the profile distribution and accumulation dynamics of
organic carbon storage in deep soil (100-400 cm), with those in 0-100 cm soil profile as the con鄄
trol. In 0-100 cm soil profile, the organic carbon storage decreased significantly with the increase
of soil depth; while in deep soil, the organic carbon storage had a slight fluctuation. The total or鄄
ganic carbon storage in 100-400 cm soil profile was considerably high, accounting for approximate鄄
ly 60% of that in 0-400 cm soil profile. The organic carbon storage in 80-100 cm soil layer had a
significant linear correlation with that in 100-200 and 200-400 cm soil layers, and among the or鄄
ganic carbon storages in the five layers in 0 -100 cm soil profile, the organic carbon storage in
80-100 cm soil layer had the strongest correlation with that in 100-400 cm soil profile, being able
to be used to estimate the organic carbon storage in deep soil in this region. The organic carbon
storage in 0-20 cm soil layer in the three types of revegetation lands was significantly higher than
that in slope croplands, but the organic carbon storage in deep soil had no significant difference
among the land use types. The organic carbon storage in deep soil increased with the increasing years
of revegetation. In R. pseudoacacia woodlands and C. korshinskii shrub lands, the average increasing
应 用 生 态 学 报摇 2012 年 10 月摇 第 23 卷摇 第 10 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Oct. 2012,23(10): 2721-2727
rate of the organic carbon storage in 100-400 cm soil layer was 0. 14 and 0. 19 t·hm-2·a-1, respec鄄
tively, which was comparable to that in the 0-100 cm soil layer in C. korshinskii shrublands. It was
suggested that in the estimation of the soil carbon sequestration effect of revegetation in hilly Loess
Plateau region, the organic carbon accumulation in deep soil should be taken into consideration. Oth鄄
erwise, the effect of revegetation on soil carbon sequestration would be significantly underestimated.
Key words: soil organic carbon; deep soil; revegetation; revegetation years; hilly Loess Plateau.
摇 摇 在陆地生态系统中,土壤碳库储量巨大,其微小
变化就可能严重影响全球的碳平衡[1-4],因此,在当
前全球碳循环失衡、全球变暖日益加剧的情况下,土
壤碳库储量的变化受到了越来越多的关注[5-10] . 现
有土壤碳库储量变化及影响因素的研究多集中于 1
m以内的浅层土壤,而 1 m 以下深层土壤有机碳
(soil organic carbon, SOC)库是土壤碳库的重要组
成部分,在土壤碳储量中的比重不容忽视[3 ,9-13] .据
估算,全球 3 m土层(不包括农田)的平均碳储量比
1 m土层高 56% [9] .在亚马孙地区,8 m土层中的碳
储量为 136 Gt,其中只有 47 Gt 分布在 1 m 土层
中[5,14] .在我国内蒙古地区,乔木和灌木林地 3 m土
层 SOC 储量的 50%储存在 1 m 以下[12];在黄土丘
陵区,人工刺槐林地 50 ~ 200 cm的 SOC储量占 2 m
土层的 50%以上[15];而在黄土高原沟壑区,100 ~
200 cm土层 SOC储量占 2 m储量的 37. 3% [16] .
土地利用方式的变化是引起土壤 SOC 储量变
化的主要影响因素之一.有研究表明,亚马孙地区热
带雨林退化为草原后,土壤深层 SOC 含量会降低约
0. 255 t·hm-2 [14,17],建立深根性草本的草场后,土
壤深层碳储量则会有所提高[11],但转化为放牧牧场
后,1 m 以下有机碳含量则会再次下降[17] . 在温带
地区,与农地相比,深根性草本的建立可以提高深层
土壤 SOC储量[10,18];在荒漠地区,随着植被的引入,
1 m以下的 SOC 储量有显著提高,0 ~ 2. 5 m 土层
SOC储量可提高 57% [13] .
自 20 世纪 70 年代开始,为遏制水土流失和改
善日益退化的生态环境,黄土丘陵区逐步实施了以
植被恢复为主的大规模的生态修复工程,乔、灌、草
等不同植被类型逐渐成为该区主要的土地利用方
式[19-21],对深层土壤有机碳产生了重要影响.目前,
有关黄土丘陵区植被恢复对深层土壤有机碳的影响
已开展了部分探索性工作[15],尚不能明确深层土壤
有机碳的剖面分布特征、累积动态及对植被类型的
影响.为此,本文以黄土丘陵区 3 种主要的植被恢复
类型———人工乔木林地、人工灌木林地及自然撂荒
地为对象,研究了不同植被恢复类型下深层土壤
(100 cm以下)有机碳的剖面分布特征和累积动态,
旨在为区域植被恢复的土壤固碳效应评估及深层土
壤碳汇认证提供科学依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
研究区位于黄土丘陵区中部的陕西省安塞县
(108毅51忆44义—109毅26忆18义 E,36毅30忆45义—37毅19忆31义
N),以纸坊沟流域 (109毅 13忆 46义—109毅 16忆 03义 E,
36毅46忆42义—36毅46忆28义 N)为重点研究区,同时以附
近县南沟流域、马家沟流域和中国科学院安塞水土
保持综合试验站山地试验场作为补充采样区域. 研
究区属于暖温带半干旱季风气候,年均气温 8. 8 益,
年均降雨量 505 mm.地形破碎,沟壑纵横,属典型的
黄土高原丘陵区,平均海拔 1200 m,相对高差 100 ~
300 m,植被类型处于暖温带落叶阔叶林向干草原过
渡的森林草原带.土壤以黄土母质上发育而成的黄
绵土为主.由于严重的水土流失,该区是生态环境恢
复重建的重点区域[20,22] . 经过 30 多年水土保持综
合治理,有效地遏制了该区域的水土流失,逐步恢复
了退化生态系统,也为植被恢复的生态效益研究提
供了良好的试验平台.该区常见的植被恢复类型有:
以刺槐(Robinia pseudoacacia)为主的人工林;以柠
条(Caragana korshinskii)和沙棘 (Hippophae rham鄄
noides)等为主的人工灌丛以及封禁后形成的黄刺玫
(Rosa xanthina)、丁香(Sainga oblata)、虎榛子(Os鄄
tryopsis davidiana)和白刺花(Sophora viciifolia)等天
然灌丛;以及以铁杆篙 ( Artemisia gmelinii)、茭篙
(Artemisia giraldii)、长芒草( Stipa bungeana)、白羊
草( Bothriochloa ischaemum)、狗尾草 ( Setaria viri鄄
dis)、披针苔草(Carex lanceolata)等为主要植被的撂
荒恢复草地[19 ] .
1郾 2摇 研究方法
1郾 2郾 1 野外采样摇 分别于 2010 年 6—9 月和 2011 年
6—8 月在研究区内选取人工刺槐林、人工柠条林和
自然撂荒地 3 种植被恢复类型. 首先通过走访调查
每种植被恢复的年限,然后选取不同恢复年限、林分
2272 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
表 1摇 样地概况
Table 1摇 Characteristics of studied sites
土地利用
Land use
恢复年限
Revegetation ages
(a)
样地数
Sample
sites
海拔
Altitude
(m)
坡位
Slope
position
坡向
Aspect
坡度
Slope
(毅)
主要植物种类
Main plant species
玉 9,10,17,24,
28,36,43
21 1132 ~ 1290 U7,M10,
L4
S7,N3,SS6,
SN5
15 ~ 35 刺槐 R. pseudoacacia、长芒草 S. bungeana,
黄花蒿 Artemisia annua,茵陈蒿 A. capil鄄
laris,铁杆蒿 A. gmelinii,茭蒿 A. giraldii
域 17,18,24,28,
35,36,45,52
24 1186 ~ 1336 U10,M11,L3 S5,N5,SS6,
SN8
5 ~ 30 柠条 C. korshinskii,铁杆蒿 A. gmelinii,
狗尾草 S. viridis,白羊草 B. ischaemum
芋 20,29,43 9 1231 ~ 1291 U1,M6,L2 S3,N4,SN2 12 ~ 27 茵陈蒿 A. capillaris,长芒草 S. bun鄄
geana,铁杆蒿 A. gmelinii
CK - 3 1196 ~ 1230 M2,L1 S2,N1 12 ~ 21 马铃薯 Solanum tuberosum,黄豆 Glycine
max
玉:人工刺槐林 R. pseudoacacia woodland; 域:人工柠条林 C. korshinskii shrubland; 芋:撂荒地 Abandoned cropland; CK:坡耕地 Slope cropland.
U、M、L分别表示上、中、下坡位;坡向一栏中 S、N、SS、SN 分别表示阳坡、阴坡、半阳坡及半阴坡. 坡度、坡向中的数字代表样点数. U, M, L
meant upper, middle and lower positions, while S, N, SS and SN in the column of aspect meant adret, udbac, semi鄄adret and semi鄄udbac, respectively.
The numbers in the description of position and aspect were the number of sample sites.
密度相似的人工刺槐林、柠条林地作为研究样地.同
时选取相同立地条件下的坡耕地作为对照,以反映
植被恢复前土壤有机碳状况. 研究共选取 57 块样
地,样地概况见表 1.
摇 摇 每样地选 3 个采样点,用土钻分层采集土样,采
样深度为 0 ~ 400 cm,其中,0 ~ 200 cm 以 20 cm 为
一层,200 ~ 400 cm 以 40 cm 为一层.同层 3 次重复
的混合样为一个分析样,共取得 855 个土样.拣去土
样中的植物根系,风干,过 0. 25 mm 筛备用.在采样
同时,分别在人工刺槐林、人工柠条林、撂荒地和坡
耕地各挖 3 个 400 cm深的土壤剖面,与土钻取样分
层一致,测定每层土壤容重(图 1);同时在每层采集
10 cm伊10 cm伊20 cm大小土体,带回实验室后分拣、
清洗植物根系,计算每层土壤的根系生物量.
图 1摇 不同植被类型土壤容重在土壤剖面上的分布
Fig. 1摇 Soil bulk density distribution in profile in different vege鄄
tation types (mean依SE).
玉:人工刺槐林 R. pseudoacacia woodland; 域:人工柠条林 C. korshin鄄
skii shrubland; 芋:撂荒地 Abandoned cropland; CK:坡耕地 Slope
cropland. 下同 The same below.
1郾 2郾 2 室内分析摇 土壤有机碳含量测定采用重铬酸
钾鄄外加热容量法[23] .
SOC储量的计算:
SOCS=SOC伊籽伊H伊(1-啄2 mm / 100)伊0郾 1
式中:SOCS 为 SOC 储量( t·hm-2);SOC 为 SOC 含
量(g·kg-1);籽为土壤容重(g·cm-3);H 为土层厚
度(cm);啄2 mm为粒径逸2 mm 的砾石含量,由于黄土
区砾石含量极低,该值忽略未计.
1郾 3摇 数据处理
采用 SPSS 18. 0 软件分析植被恢复类型和年限
对 SOC储量的影响,当方差分析(F 检验)显著时,
采用 LSD法进行多重比较(琢 = 0. 05).建立 SOC 储
量与植被恢复年限的多元回归方程来描述 SOC 储
量随植被恢复的变化规律,通过 F 检验其显著性,
以确认回归方程的拟合效果.不同层次 SOC 储量的
相关性用偏相关双尾检验.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 土壤有机碳储量剖面分布特征
由图 2 可以看出,在 0 ~ 400 cm土壤剖面上,各
植被类型土壤有机碳(SOC)储量的分布表现为:0 ~
100 cm 内随土壤深度增加而显著降低,变化范围为
5郾 10 ~ 12. 85 t·hm-2;而 100 ~ 400 cm 土层 SOC 储
量仅小幅变化于 5. 12 ~ 6. 13 t·hm-2之间. 0 ~ 20
cm SOC储量均显著高于其余土层,80 cm 以下各土
层 SOC储量差异不显著,即 80 ~ 100 cm 土层与深
层土壤 SOC储量接近. 刺槐林地、柠条林地和撂荒
地 0 ~ 20 cm SOC 储量均显著高于坡耕地,其余 14
个土层 SOC储量在不同利用类型间无显著差异.
327210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 张摇 金等: 黄土丘陵区植被恢复对深层土壤有机碳储量的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇
图 2摇 土壤有机碳储量在土壤剖面上的分布
Fig. 2摇 Distribution of soil organic carbon storage along soil pro鄄
file (mean依SE).
2郾 2摇 不同植被类型深层土壤有机碳储量
由图 3 可以看出,不同植被类型下浅层(0 ~ 100
cm)和深层 SOC储量差异较大,而 100 ~ 200、200 ~
400 cm 深层 SOC储量相差不大.浅层、深层 SOC 储
量在人工乔木林、灌木林、撂荒地以及坡耕地间无显
著差异.不同植被类型下 SOC储量在 0 ~ 100、100 ~
200 和 200 ~ 400 cm 3 层土壤中的分配比例基本相
同,0 ~ 100 cm SOC储量约占0 ~ 400 cm SOC储量的
40% ;而深层土壤 100 ~ 200 和 200 ~ 400 cm SOC 储
量约占 0 ~ 400 cm SOC储量的 60% .虽然表层 SOC
含量较高,但由于黄土高原土层深厚,100 cm 以下
土层中有机碳储量仍然相当可观.
2郾 3摇 植被恢复年限对深层 SOC累积的影响
不同植被类型下深层 SOC 储量随植被恢复年
限的动态变化规律不同.随植被恢复年限增加,人工
刺槐林浅层和深层 SOC储量均呈上升趋势(图 4).
0 ~ 100、100 ~ 200、200 ~ 400 cm SOC 储量在 43 年
的刺槐恢复期内可划分为 2 个阶段:恢复 20 年以内
3 个土层 SOC 储量没有增加;恢复 20 年以后,0 ~
100 cm 的 SOC 储量比 20 年前增加了 8. 99
t·hm-2,比坡耕地 SOC 储量提高了 7. 32 t·hm-2,
平均增长速率为0. 22t·hm-2·a-1 . 而相对于坡耕
图 3摇 不同植被类型浅层及深层土壤有机碳储量
Fig. 3摇 Soil organic carbon storage in upper and deep soil in dif鄄
ferent vegetation types (mean依SE).
不同字母表示不同土层间差异显著(P<0. 05) Different letters meant
significant difference at 0. 05 level among different soil layers.
图 4摇 人工刺槐林(A)和柠条林(B)各土层土壤有机碳储量
随年限的变化
Fig. 4摇 Soil organic carbon storage of different soil layers along
revegetation ages in R. pseudoacacia woodland and C. korshin鄄
skii shrubland (mean依SE).
地,100 ~200 和 200 ~ 400 cm SOC 储量增加了 0. 33
和 4. 12 t·hm-2,相对于坡耕地,平均增长速率为
0郾 01和 0郾 13 t·hm-2·a-1 .人工刺槐恢复后, 100 ~
400 cm土层 SOC储量的增量为浅层 0 ~ 100 cm土层
的 60郾 8% .
摇 摇 与刺槐林相比,随恢复年限的增加,柠条林 SOC
储量的变化趋势更加明显. 柠条恢复 0 ~ 30 年,0 ~
100、100 ~ 200 和 200 ~ 400 cm 的 SOC 储量与坡耕
地相比没有明显提高;恢复 30 年以后,0 ~ 100 cm
4272 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
的 SOC储量比 30 年前显著增加 14. 20 t·hm-2,且
比坡耕地 SOC储量显著提高 6. 64 t·hm-2,平均增
长速率为 0. 17 t·hm-2·a-1;100 ~ 200 cm 的 SOC
储量比 30 年前显著增加 9. 80 t·hm-2,比坡耕地
SOC储量提高 2. 18 t·hm-2,平均增长速率为 0. 06
t·hm-2·a-1;而 200 ~ 400 cm 的 SOC 储量显著增
加 8. 71 t·hm-2,比坡耕地 SOC 储量提高 5. 36
t·hm-2,平均增长速率为 0. 14 t·hm-2·a-1 . 随恢
复年限的增加,人工柠条林深层土壤 SOC 储量增加
更为明显,深层土壤 100 ~ 400 cm SOC 储量的增量
约为浅层 0 ~ 100 cm土壤的 1郾 1 倍.
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 黄土丘陵区深层 SOC储量
有研究表明,黄土丘陵区人工刺槐林 2 m 土层
的 SOC储量比 1 m土层高 1 / 3 左右[15] .本研究在综
合考虑本区域多种主要植被类型和植被恢复年限的
条件下,黄土丘陵区 4 m土层的 SOC 储量比 1 m土
层高约 1. 5 倍,3 m 土层的 SOC 储量比 1 m 土层高
约 1 倍,2 m土层的 SOC储量比 1 m土层高约 3 / 4,
SOC在土壤深层中储量巨大.本区域深层 SOC 储量
与浅层 SOC 储量的比例高于全球平均值近 1 倍[9],
且显著高于黄土高原沟壑区的研究结果[15-16],与我
国内蒙古草地和荒漠地区的研究结果相当[12] .这可
能是由于黄土丘陵区表层土壤贫瘠,所处气候区不
利于表层 SOC积累,表层 1 m的 SOC储量平均值显
著低于其他地区. 而湿润温暖地区则有利于表层
SOC的积累,例如,亚马孙地区 4 m 土层 SOC 大部
分储存在表层 1 m中[5,14] .因此,在计算本区域和其
他干旱区域的 SOC储量时,忽略深层 SOC储量会造
成比其他湿润地区更严重的低估.
随着土壤深度增加,土样采集难度成倍增加,分
析浅层与深层 SOC 储量变化的相关性有助于通过
浅层 SOC估算深层 SOC 储量. 浅层与深层 SOC 储
量偏相关分析表明(表 2),80 ~ 100 cm 土层的 SOC
储量与 100 ~ 200 和 200 ~ 400 cm SOC 储量显著相
关,也是浅层 0 ~ 100 cm 5 个土层中与深层 SOC 储
量变化相关性最强的一层. 80 ~ 100 cm的 SOC 储量
与 100 ~ 200 和 200 ~ 400 cm 的 SOC 储量变化的相
关性可以用线性函数表示(图 5). 值得注意的是,
80 ~ 100 cm的 SOC储量对深层 SOC 储量的估算能
力随土层深度增加显著降低,其与相邻土层 100 ~
200 cm的 SOC储量变化的相关性较强,而与更深土
层 200 ~ 400 cm的 SOC储量的相关性较弱.
图 5 摇 80 ~ 100 cm 土壤有机碳储量与 100 ~ 200 cm (A)、
200 ~ 400 cm (B) 土壤有机碳储量的相关性
Fig. 5摇 Correlations of 80-100 cm soil organic carbon storage
and 100-200 cm (A), 200-400 cm (B) soil organic carbon
storage (n=57).
3郾 2摇 深层 SOC储量随植被恢复的变化
当不考虑恢复年限时,3 种植被恢复类型的
SOC储量只有 0 ~ 20 cm与坡耕地有显著差异,甚至
1 m内土层的 SOC储量差异均不显著(图 2,图 3);
但当考虑植被恢复年限时,深层和浅层的 SOC 储量
随植被恢复发生显著变化(图 4). 随着区域深根性
乔灌植被的恢复,SOC储量呈增加趋势,在植被恢复
20 ~ 30 a以后,不仅 0 ~ 100 cm SOC储量显著增加,
深达 400 cm的 SOC 储量也显著提高,人工柠条林
深层土壤 SOC储量随植被恢复的增幅与浅层相当,
且在 SOC储量升高阶段(恢复 20 年后)SOC 储量显
著高于坡耕地(图 4).因此只考虑 1 m 内 SOC 储量
会严重低估本区域植被恢复的土壤固碳效应.
表层 SOC 储量的变化受凋落物的影响较
大[24-28],而深层 SOC储量变化则主要受植物根系的
影响[29],尤其是细根制约着根系凋落物和根系分泌
物的产量、转化和分解速率的变化[7-8,10,30] .本研究
表 2摇 浅层与深层土壤有机碳储量的相关性
Table 2摇 Correlations of soil organic carbon storage in up鄄
per and deep soil layers
100 ~ 200 cm 200 ~ 400 cm
0 ~ 20 cm 0. 267 -0. 062
80 ~ 100 cm 0. 785** 0. 375*
0 ~ 100 cm 0. 228 0. 211
*P<0. 05; **P<0. 01.
527210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 张摇 金等: 黄土丘陵区植被恢复对深层土壤有机碳储量的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇
中,100 ~ 200 和 200 ~ 400 cm 的根系生物量表现
为:人工柠条林>人工刺槐林>自然撂荒地(表 3).
这与人工柠条恢复后土壤深层 SOC 储量显著而持
续增加相吻合(图 4),但与不同植被类型 SOC 储量
差异(图 3)并不一致.事实上,根系生物量增加不仅
会导致 SOC储量积累的增加,同时也可能加剧 SOC
分解.有研究表明,土壤深层惰性 SOC 会因为新鲜
有机物的输入而极大地提高分解速率[8],根系对深
层 SOC的影响是有机碳积累和分解动态平衡的结
果[7] .这可能也是人工柠条林和人工刺槐林恢复后
深层 SOC储量随年限动态变化的主要原因.深层土
壤中根系长期大量的增加会提高土壤深层 SOC 储
量,但短期大量增加则可能使 SOC 分解超过积累,
导致 SOC储量降低.人工刺槐林和柠条林 100 ~ 200
cm土层的 SOC 储量仅增加 1. 54 和 2. 18 t·hm-2,
可能与该土层特殊的有机物积累和分解状况有关.
细根的分布主要与土壤水分的分布状况有
关[7,9-11] . 基于本文对土壤剖面观测和本区域相关
的土壤剖面水分分布研究,人工刺槐林 100 ~ 200
cm土层普遍存在土壤干层,而再向下水分条件则有
所改善[31-32] .本区域人工刺槐林和柠条林用水深度
达 600 cm左右[31,33],在水分匮缺土层细根相应分
布较少,因此,植物根系凋落物转化为 SOC 较少,并
且在较深土层中,SOC 分解在很大程度上受土壤通
气状况影响[13,34-35],干层土壤空隙水分含量较低,
通气条件较好,可促进 SOC 的分解,因此 100 ~ 200
cm土层 SOC积累速率较低.
虽然植被恢复年限是 SOC 储量变化的主要影
响因素,但地形差异以及种植方式、择伐等人为干扰
都可能影响 SOC 储量的变化[9,14,16] .大量的长期试
验、模型模拟以及通过时空替代的研究都表明,不论
是地上部生物量、凋落物积累量、生态系统生产力、
还是 SOC储量都会随植被恢复而波动变化,均与环
境变化以及植物生长变化相关[5-6,36-37] .
表 3摇 不同植被类型各土层深度根系生物量
Table 3摇 Root biomass in different soil layers among differ鄄
ent vegetation types
土层
Soil
layer
(cm)
土壤根系生物量
Root biomass (g·m-3)
人工刺槐林
R. pseudoacacia
woodland
人工柠条林
C. korshinskii
shrubland
撂荒地
Abandoned
cropland
0 ~ 100 2429依269 396依55 422依63
100 ~ 200 89依31 384依112 20依18
200 ~ 400 53依21 93依29 9依16
摇 摇 本研究采用“以空间代替时间冶的研究方法不
可避免地会给研究结果带来一定的变异性,在样地
选择中,尽量控制样地环境条件和土地利用背景一
致,以减小时空替代造成的误差. 在关注深层 SOC
储量随年限的较小变化时,不同样地背景较小的差
异可能对研究结果产生较大的干扰. 今后需要通过
长期定位监测来阐明植被恢复后深层 SOC 储量变
化的规律和影响因素.
4摇 结摇 摇 论
黄土丘陵区不同植被类型下 SOC 储量在剖面
上分布规律相似,0 ~ 100 cm 内随土壤深度增加而
显著降低,变化范围为 5. 10 ~ 12. 85 t·hm-2,而在
100 ~ 400 cm则稳定于 5. 12 ~ 6. 13 t·hm-2之间,不
同层次间仅存在轻微波动.
不同植被类型 0 ~ 20 cm SOC 储量均显著高于
坡耕地,深层 SOC储量在不同植被类型间差异不显
著.
深层 SOC 与浅层 SOC 储量随着植被恢复而显
著增加,人工刺槐林和人工柠条林深层 SOC 平均累
积速率分别为 0. 14 和 0. 19 t·hm-2·a-1,人工柠条
林与浅层 SOC累积速率相当.
研究区内人工乔、灌林恢复 20 ~ 30 a 后有显著
的深层土壤固碳效应,0 ~ 400 cm SOC 储量的 60%
储存在 100 cm 以下土层,忽略深层 SOC 储量会造
成严重的碳储量低估. 80 ~ 100 cm是 0 ~ 100 cm土
层中与深层 SOC储量变化相关性最强的一层,可用
来推测深层 SOC储量.
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作者简介摇 张摇 金,女,1986 年生,硕士研究生.主要从事土
壤鄄植被互动效应研究. E鄄mail: zhangjin8601@ 163. com
责任编辑摇 李凤琴
727210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 张摇 金等: 黄土丘陵区植被恢复对深层土壤有机碳储量的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇