王瓊芳，陳云明，劉小梅，崔 靜，艾澤民

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西 楊凌 712100； 2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；中國科學(xué)院 水利部 水土保持研究所，陜西 3.陜西省定邊縣水資辦，陜西 榆林 718600； 4.西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

前植物生產(chǎn)層

黃土丘陵區(qū)鐵桿蒿群落表層土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)及其影響因子

王瓊芳1,3，陳云明2，劉小梅3，崔 靜1，艾澤民4

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西 楊凌 712100； 2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；中國科學(xué)院 水利部 水土保持研究所，陜西 3.陜西省定邊縣水資辦，陜西 榆林 718600； 4.西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

以黃土丘陵區(qū)鐵桿蒿(Artemisiasacrorum)草地為研究對象，采用野外調(diào)查與室內(nèi)分析相結(jié)合的方法，分析其表層土壤有機(jī)碳含量和密度，以期揭示自然恢復(fù)過程中其動(dòng)態(tài)變化規(guī)律以及海拔、土壤等因子對其的影響。結(jié)果表明，隨著退耕年限的增加，鐵桿蒿群落土壤平均有機(jī)碳含量呈先增加(退耕12～20 a)后減少(退耕20～28 a)再增加的趨勢(退耕28～45 a)，退耕12～20、28～40和40～45 a的年增長率分別為5.50%、4.05%和10.11%；退耕20～28 a的年減少率為3.13%。土壤表層總有機(jī)碳密度變化趨勢與土壤有機(jī)碳含量相似，退耕12～24、28～40和40～45 a的年增長率分別為4.10%、4.56%和8.58%，退耕24～28 a的年減少率為7.49%。相關(guān)性分析表明，土壤有機(jī)碳含量與地上生物量、地下生物量、全氮含量呈顯著正相關(guān)，與海拔呈顯著負(fù)相關(guān)。

生物量；土壤有機(jī)碳密度；土壤有機(jī)碳含量；植被自然恢復(fù)

黃土丘陵區(qū)是我國水土流失最為嚴(yán)重的地區(qū)之一，也是國家退耕還林還草及生態(tài)建設(shè)的重點(diǎn)區(qū)域[1-2]。自1998年國家在這一地區(qū)實(shí)施退耕還林(草)政策以來，以封山禁牧為主要措施的草地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建取得了長足的發(fā)展，退耕地撂荒后形成的自然草本植被，不僅可以有效保持水土、改善生態(tài)環(huán)境，同時(shí)也可以對區(qū)域植被碳匯做出重要貢獻(xiàn)[3]。鐵桿蒿(Artemisiasacrorum)系暖溫性中旱生半灌木植物，陜北黃土高原是其分布區(qū)幾何中心和多度中心，在該區(qū)的草原、森林草原和落葉闊葉林區(qū)都有分布，自然狀態(tài)下主要是在森林草原地帶形成優(yōu)勢背景[4]。退耕地5～6 a后出現(xiàn)鐵桿蒿種群，并隨退耕年限的增加在較短時(shí)間內(nèi)成為群落優(yōu)勢物種并穩(wěn)定存在[5]。鐵桿蒿抗旱能力強(qiáng)，根系發(fā)達(dá)，是一種優(yōu)良的水土保持物種，其群落通過對土壤容重、孔隙度、團(tuán)聚體、有機(jī)質(zhì)等理化性質(zhì)的明顯改善，可以大幅度提高土壤穩(wěn)定入滲速率，減少水土流失，改善退化的生態(tài)環(huán)境[5-6]。研究區(qū)自然恢復(fù)草地的演替進(jìn)程依次經(jīng)歷豬毛蒿(Artemisiascoparia)群落-賴草(Leymussecalinus)群落-長芒草(Stipabungeana)群落、鐵桿蒿群落、達(dá)烏里胡枝子(Lespedezadahurica)群落-白羊草(Bothriochloaischaemum)群落[7]，鐵桿蒿群落是其自然恢復(fù)過程中的重要階段，因此，研究該區(qū)鐵桿蒿群落土壤有機(jī)碳庫特征在黃土高原地區(qū)最具代表性。目前，已有許多學(xué)者從種群分布、群落演替、水分平衡以及養(yǎng)分效應(yīng)等方面對鐵桿蒿群落進(jìn)行了研究[7-10]，而對鐵桿蒿群落長時(shí)間序列自然恢復(fù)過程中土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)及其影響因子的研究則少見報(bào)道。本研究分析退耕年限12～45 a鐵桿蒿群落土壤碳積累的時(shí)空動(dòng)態(tài)及其與地上和地下生物量、海拔、土壤因子間的關(guān)系，可豐富黃土丘陵區(qū)草地生態(tài)系統(tǒng)土壤固碳增匯相關(guān)研究成果，為其經(jīng)營管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1研究區(qū)自然概況 研究區(qū)設(shè)在典型的黃土丘陵溝壑區(qū)——陜西省安塞縣境內(nèi)，地理位置105°51′44″～109°26′18″ E，36°22′40″～36°32′16″ N，海拔997～1 731 m。氣候?qū)倥瘻貛О敫珊导撅L(fēng)氣候，多年平均降水量505.3 mm，且年內(nèi)分布不均，降水主要集中在6-8月；全年無霜期160～180 d，年日照時(shí)數(shù)2 352～2 573 h，日照百分率54%左右；年平均氣溫8.8 ℃[5]，≥10 ℃年積溫2 866 ℃·d。土壤以黃綿土為主，約占總面積的95%左右。境內(nèi)地形地貌復(fù)雜多樣，溝壑縱橫、川道狹長、梁峁遍布，溝壑密度為4.7萬條·km-2，水土流失面積約占總面積的96%[10]，屬典型的生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)。植被區(qū)劃為森林草原區(qū)，天然森林植被已全部遭受破壞，僅有一些由散生喬木和灌木組成的林分生長于水分條件較好的溝谷，喬木樹種主要有小葉楊(Populussimonii)、臭椿(Ailanthusaltissima)、杜梨(Pyrusbetuleafolia)等；灌木多為森林地帶的一些優(yōu)勢種和次優(yōu)勢種，如狼牙刺(Sophoraviciifolia)、虎榛子(Ostryopsisdavidiana)、土莊繡線菊(Spiraeapubescens)等；草本植被多分布在梁峁坡，主要優(yōu)勢種有長芒草、白羊草、鐵桿蒿、茭蒿(A.giraldii)、興安胡枝子(L.daurica)等。

1.2研究方法

1.2.1植物調(diào)查與測定 于2007年7月在全面踏查的基礎(chǔ)上，根據(jù)植物群落結(jié)構(gòu)特征和物種組成及撂荒年限，選取以天然更新為主且人為干擾較少、面積為30 m×30 m的鐵桿蒿群落樣地9個(gè)，基本信息見表1。退耕年限通過訪問當(dāng)?shù)鼐用瘾@取，樣地地理位置、坡向、海拔采用手持GPS測定，坡度采用坡度儀測定。植被調(diào)查時(shí)，按對角線法在每塊樣地內(nèi)設(shè)置面積為1 m×1 m的3個(gè)樣方。調(diào)查內(nèi)容主要有群落植物種類、蓋度、地上生物量、地下生物量等。群落蓋度采用目測法測定。地上生物量測定采用收獲法，分優(yōu)勢種和其他種齊地面刈割，分別裝袋，野外稱鮮質(zhì)量，帶回實(shí)驗(yàn)室經(jīng)殺青以后，80 ℃恒溫烘至質(zhì)量恒定，以獲取生物量干質(zhì)量；地下生物量測定采用專用土鉆法，鉆頭直徑10 cm，長15 cm，與地上調(diào)查同步進(jìn)行，在群落調(diào)查的樣方內(nèi)取樣，深度為60 cm，每20 cm為一層，共取3層樣，將各層的根樣帶回實(shí)驗(yàn)室分別用1 mm、0.5 mm孔徑的篩子組成的沖洗設(shè)備進(jìn)行沖洗，然后用鑷子將根系從兩個(gè)篩子中挑出，以確保根系挑揀完全，采用65 ℃恒溫烘干后，用精確度為0.000 1 g的天平稱量獲取其干質(zhì)量。

1.2.2土壤采樣與測定 土壤容重與土壤養(yǎng)分取樣分0～10和10～20 cm兩個(gè)土層進(jìn)行，共3個(gè)重復(fù)。土壤容重采用容積100 cm3的環(huán)刀法，將環(huán)刀內(nèi)的原狀土在105 ℃下烘干至質(zhì)量恒定后稱量，計(jì)算土壤容重。用于分析土壤養(yǎng)分土樣在室內(nèi)風(fēng)干后，將樣品磨碎過1、0.25 mm篩孔后裝入塑封袋中，分析有機(jī)質(zhì)、全氮。用重鉻酸鉀容量-外加熱法測定有機(jī)質(zhì)[7]；半微量凱氏法測定全氮[7]。

1.2.3計(jì)算方法 土壤有機(jī)碳密度是指單位面積一定深度的土層中有機(jī)碳的儲(chǔ)量，一般用t·hm-2或kg·m-2表示，本研究采用的土壤有機(jī)碳密度(SOCdensity)計(jì)算公式[11]為:

SOCdensity=Ci·θi·Di·(1-δi)/100.

式中，i為土層，Ci為第i層土壤有機(jī)碳的平均含量(g·kg-1)，θi為第i層土壤容重(g·cm-3)，Di為第i層土壤厚度(cm)，δi為第i層中直徑大于2 mm的石礫所占的體積百分比(%)。根據(jù)土壤石質(zhì)度級別與δ的關(guān)系，鑒于黃土高原土壤特性，幾乎沒有粒徑大于2 mm的礫石，取值為0.5%[12]。如果某一土壤剖面由m層組成，那么該剖面的有機(jī)碳密度(DSOC,kg·m-2)為[11]:

年增長率(α1)和減少率(α2)的計(jì)算公式[13]：

α1=[(ρn-ρ0)/ρ0]/n×100%；

α2=[(ρ0-ρn)/ρ0]/n×100%；

年增加量(δ1)或減少量(δ2)：

δ1= (ρ0-ρn)/n；

δ2= (ρn-ρ0)/n.

式中，α1或α2分別為年增長率或減少率(%)；δ1或δ2分別為年增加量或減少量[t·(hm-2·a)-1]；ρ0為土壤有機(jī)碳初始值(t·hm-2)；ρn為試驗(yàn)n年后土壤有機(jī)碳(t·hm-2)；n為試驗(yàn)?zāi)陻?shù)。

1.2.4數(shù)據(jù)處理 應(yīng)用單因素方差分析(One-wayANOVA)和最小顯著差異法(LSD)比較鐵桿蒿群落土壤有機(jī)碳含量差異顯著性；利用相關(guān)性分析土壤有機(jī)碳含量和地上生物量、地下生物量以及全氮含量、海撥高度的關(guān)系，所有的統(tǒng)計(jì)分析均用SPSS 13.0軟件完成。

表1 樣地基本情況Table 1 General information of sites

2 結(jié)果與分析

2.1不同退耕年限鐵桿蒿群落土壤有機(jī)碳含量和有機(jī)碳密度

2.1.1土壤有機(jī)碳含量 隨著退耕年限增加，鐵桿蒿群落土壤平均有機(jī)碳含量呈先增加(退耕12～20 a)后減少(退耕20～28 a)再增加的趨勢(退耕28～45 a)(表2)。處于演替生長初期的退耕12 a鐵桿蒿群落土壤平均有機(jī)碳含量最低，其平均值為6.376 g·kg-1。退耕12～20、28～40和40～45 a的鐵桿蒿群落土壤平均有機(jī)碳含量均隨退耕年限的增加而明顯增加，年增長率分別為5.50%、4.05%和10.11%；退耕20～28 a隨退耕年限增加而明顯減小，但仍略高于退耕12 a，年減少率為3.13%。不同退耕年限鐵桿蒿群落土壤有機(jī)碳含量均隨著土層深度的增加而減少，且差異極顯著(Plt;0.01)，其中以退耕45 a鐵桿蒿群落減少幅度最大，退耕30 a減幅最小。同一土層，退耕年限不同，土壤有機(jī)碳含量不同，且隨退耕年限的增加，不同土層的土壤有機(jī)碳含量變化趨勢與其平均含量相似。0～10 cm土層，退耕12 a含量最小，除退耕28 a外與其余各年限間均差異顯著(Plt;0.05)；退耕45 a含量最大，均與各年限間差異顯著(Plt;0.05)。10～20 cm土層，仍以退耕12 a含量最小，與除退耕16、28 a外的其余各年限間差異顯著(Plt;0.05)；退耕40 a含量最大，除退耕45 a外，與其余各年間均差異顯著(Plt;0.05)。

2.1.2土壤有機(jī)碳密度 不同退耕年限鐵桿蒿群落各土層土壤總有機(jī)碳密度為1.506～3.481 kg·m-2(圖1)，退耕45 a最大，退耕12 a最小。退耕12～24、28～40和40～45 a土壤總有機(jī)碳密度隨退耕年限增加而明顯增加，年增長率分別為4.10%、4.56%和8.58%，退耕24～28 a土壤總有機(jī)碳密度降低，年減少率為7.49%。撂荒自然恢復(fù)過程中，土壤有機(jī)碳密度隨著土層深度的增加而減少，退耕30 a減少幅度最小，由1.067減小到0.906 kg·m-2，退耕45 a減少幅度最大，由2.339減小到1.142 kg·m-2。0～10和10～20 cm土壤有機(jī)碳密度變化范圍分別為0.924～2.339和0.583～1.142 kg·m-2，且兩土層之間差異極顯著(Plt;0.01)，說明土壤有機(jī)碳的積累和轉(zhuǎn)化主要集中在0～10 cm土層。隨退耕年限的增加，不同層次土壤有機(jī)碳密度與總有機(jī)碳密度變化趨勢相似。土壤有機(jī)碳密度隨著植被退耕年限的延長不斷的增加，但植被恢復(fù)不同階段土壤總有機(jī)碳密度增加的幅度不同，土壤有機(jī)碳密度與有機(jī)碳含量變化表現(xiàn)一致。

表2 不同退耕年限鐵桿蒿群落土壤有機(jī)碳含量Table 2 Soil organic carbon content of Artemisia sacrorum community in different restoration years g·kg-1

注:平均植±標(biāo)準(zhǔn)差。同列不同小寫字母表示不同退耕年限間差異顯著 (Plt;0.05)；同行大寫字母表示不同土層間差異極顯著(Plt;0.01)。

Note:mean±standard deviation; Different lower case letters within the same column indicate significant difference among different restoration years at 0.05 level;Different capital letters within the same row indicate significant difference between two soil layers at 0.01 level.

2.2土壤有機(jī)碳含量變化影響因素

2.2.1地上生物量 對不同退耕年限鐵桿蒿群落地上生物量調(diào)查結(jié)果分析可以看出(圖2)，鐵桿蒿群落地上生物量隨著退耕年限的增加總體呈上升趨勢，其中，退耕12～28 a地上生物量波動(dòng)幅度較大，退耕28～34 a呈相對穩(wěn)定態(tài)，退耕34～45 a逐漸增加，這可能與群落的演替過程中種間競爭規(guī)律有關(guān)。退耕12 a鐵桿蒿群落地上生物量最小，為219.544 g·m-2，退耕45 a最大，為退耕12 a的169.29%。退耕12～16和20～24 a地上生物量大幅度增加，年增加量分別為21.036和30.282 g·m-2，退耕28～30和34～45 a增加幅度減緩，年增加量分別為9.560和6.616 g·m-2；退耕16～20和24～28 a地上生物量大幅度減少，年減少量分別為18.857和15.564 g·m-2。退耕30～34 a減少幅度減緩，年減少量為1.838 g·m-2。相關(guān)性分析表明(圖3)，鐵桿蒿群落土壤有機(jī)碳含量與地上生物量呈顯著正相關(guān)(Plt;0.05)。

圖1 不同退耕年限鐵桿蒿群落土壤有機(jī)碳密度Fig.1 Soil organic carbon density of Artemisia sacrorum community with different restoration years

注:不同大寫字母表示同一恢復(fù)年限不同土層間差異極顯著(Plt;0.01)。

Note:Different capital letters for the same restoration year indicate significant difference between soil layers at 0.01 level.

圖2 不同退耕年限鐵桿蒿群落地上、地下生物量Fig.2 Aboveground biomass and underground biomass of Artemisia sacrorum community with different restoration years

圖3 土壤有機(jī)碳含量與地上生物量關(guān)系Fig.3 Relationship between soil organic carbon content and aboveground biomass

2.2.2地下生物量 對不同退耕年限鐵桿蒿群落0～60 cm土層地下生物量分析結(jié)果表明(圖2)，鐵桿蒿群落0～60 cm土層地下生物量隨退耕年限的增加總體呈上升趨勢，其中退耕12～20 a地下生物量波動(dòng)幅度較大，退耕20～30 a呈相對穩(wěn)定態(tài)，退耕30～45 a逐漸增加。退耕12 a鐵桿蒿群落0～60 cm土層總地下生物量為0.966 1 kg·m-3，退耕45 a最大，為退耕12 a的183.21%。退耕12～16 a總地下生物量增加，年增加量0.181 7 kg·m-3；退耕16～20 a總地下生物量減少，年減少量0.102 4 kg·m-3，此后退耕20～24 a地下生物量增加，退耕24～30 a減小，但波動(dòng)幅度小，變化在1.283 2～1.388 3 kg·m-3。退耕30～45 a呈穩(wěn)定增加趨勢，年增加量0.029 5 kg·m-3。不同退耕年限鐵桿蒿群落地下生物量隨土層深度增加而減少，且主要分布于0～20 cm土層，占0～60 cm總地下生物量的56.85%～77.49%。相關(guān)性分析表明(圖4)，鐵桿蒿群落土壤有機(jī)碳含量與地下生物量呈顯著正相關(guān)(Plt;0.05)。

2.2.3土壤全氮含量 對不同退耕年限鐵桿蒿群落土壤全氮含量的分析表明，鐵桿蒿群落土壤全氮含量隨著退耕年限的增加總體呈上升趨勢且增幅不同，其在退耕12～20、28～30和40～45 a年增長率分別為6.14%、11.83%和12.92%。鐵桿蒿群落退耕12 a的土壤全氮含量最小，為0.621 g·kg-1；退耕16 a土壤全氮含量為退耕12 a的10.35%，增量最??；退耕45 a土壤全氮含量為1.286 g·kg-1，增量最大，為退耕12 a的207.03%。相關(guān)性分析表明(圖5)，鐵桿蒿群落土壤有機(jī)碳含量與土壤全氮含量呈極顯著正相關(guān)(Plt;0.01)。

圖4 土壤有機(jī)碳含量與地下生物量關(guān)系Fig.4 Relationship between soil organic carbon content and underground biomass

圖5 土壤有機(jī)碳含量與土壤全氮含量關(guān)系Fig.5 Relationship between soil organic carbon content and total nitrogen content

2.2.4海拔 通過調(diào)查分析得出，退耕28 a鐵桿蒿群落樣地海拔最高，為1 316 m，退耕45 a海拔最低，為1 137 m。不同恢復(fù)年限，海拔與土壤有機(jī)碳含量變化大體呈相反趨勢。相關(guān)性分析表明(圖6)，鐵桿蒿群落土壤有機(jī)碳含量與海拔呈極顯著負(fù)相關(guān)(Plt;0.01)。

圖6 土壤有機(jī)碳含量與海拔的關(guān)系Fig.6 Relationship between soil organic carbon content and altitude

3 討論與結(jié)論

黃土丘陵區(qū)鐵桿蒿群落自然恢復(fù)過程中，土壤平均有機(jī)碳含量呈先增加(退耕12～20 a，退耕20 a比退耕12 a增加了43.96%)后減少(退耕20～28 a，退耕28 a比退耕20 a減少了25.07%)再增加 (退耕28～45 a，退耕45 a土壤有機(jī)碳含量比退耕28 a增加了123.80%)的趨勢，但總體呈上升趨勢，表明隨退耕年限的增加，鐵桿蒿群落土壤表現(xiàn)為碳匯，也印證了草地的恢復(fù)與重建可以顯著增加土壤有機(jī)碳碳庫對大氣CO2固存量的說法[14]。退耕20～28 a土壤平均有機(jī)碳含量明顯減少，可能與鐵桿蒿群落演替過程中種間競爭規(guī)律有關(guān)，群落演替初期，種間競爭激烈，群落的生物多樣性及生長處于相對不穩(wěn)定態(tài)，鐵桿蒿群落地上生物量和地下生物量分別在退耕12～28和12～20 a表現(xiàn)出較大幅度的波動(dòng)，進(jìn)而對有機(jī)碳含量產(chǎn)生顯著影響；退耕28～45 a土壤平均有機(jī)碳含量逐漸增加，說明群落進(jìn)入中期演替，處于一個(gè)相對穩(wěn)定時(shí)期，枯落物和死亡根系逐步增多，土壤養(yǎng)分的富集量大于其消耗量，土壤有機(jī)碳含量得到明顯改善[15-16]。

土壤有機(jī)碳密度是計(jì)算土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的關(guān)鍵因子，現(xiàn)已成為評價(jià)和衡量土壤中有機(jī)碳儲(chǔ)量的重要指標(biāo)[17]。本研究表明，鐵桿蒿群落土壤有機(jī)碳密度隨著退耕年限的延長總體呈增加趨勢，但植被恢復(fù)不同階段有機(jī)碳密度增加的幅度不同，其變化趨勢與有機(jī)碳含量變化表現(xiàn)一致，表明鐵桿蒿群落的演替過程有助于提高土壤的固碳能力。徐香蘭等[18]對黃土高原地區(qū)0～20 cm土層土壤有機(jī)碳密度進(jìn)行了估量，得出其變幅為0.66～12.18 kg·m-2，其中大部分土壤有機(jī)碳密度集中在1～4 kg·m-2，黃土丘陵區(qū)的土壤有機(jī)碳密度較低。本研究得出不同退耕年限鐵桿蒿群落0～20 cm土層總有機(jī)碳密度變化在1.506～3.481 kg·m-2，說明該區(qū)通過合理的植被恢復(fù)措施，土壤固碳增匯會(huì)有較大的潛力。本研究測定的0～10、10～20 cm土壤有機(jī)碳密度變化分別在0.924～2.339、0.583～1.142 kg·m-2，且兩層之間差異極顯著(Plt;0.01)。說明土壤有機(jī)碳的積累和轉(zhuǎn)化主要集中在0～10 cm土層，這與曹麗花等[19]對西藏當(dāng)雄不同退化程度高寒草甸土壤有機(jī)碳分布特征研究中所得到的0～10 cm土層中有機(jī)碳密度均高于10～20 cm土層的結(jié)論一致。

植被自然恢復(fù)過程中，凋落物主要來源于地上生物量，土壤有機(jī)碳主要來源于凋落物和根系分解所產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)，因此，植被主要通過改變二者的數(shù)量和質(zhì)量及其環(huán)境條件，從而影響有機(jī)碳的儲(chǔ)存量、組成和穩(wěn)定性[20-21]，植物根系的長度和生物量，根系周轉(zhuǎn)和根系分泌物來源的碳可以直接輸入土壤，也是撂荒地土壤有機(jī)碳的主要截獲途徑[22-23]。本研究得出土壤有機(jī)碳含量與地上、地下生物量均呈顯著正相關(guān)，與趙景學(xué)等[24]在藏北高寒植被研究中得出的地上生物量與土壤有機(jī)碳含量呈正相關(guān)，曲衛(wèi)東等[25]對該區(qū)檸條(Caraganakorshinskii)灌木林隨著退耕年限的增加，地下生物量的增加有助于土壤有機(jī)碳含量的增加等結(jié)論具有一致性，也印證了土壤有機(jī)碳含量與地上、地下生物量之間存在緊密關(guān)系。碳氮循環(huán)通過生產(chǎn)和分解緊密聯(lián)系，本研究鐵桿蒿群落土壤有機(jī)碳含量與全氮含量呈極顯著正相關(guān)，與王其兵等[26]對內(nèi)蒙古錫林河流域草原，劉偉等[27]對黃土高原草地的土壤有機(jī)碳分布與全氮研究的相關(guān)結(jié)論一致，與高安社等[28]對不同草原類型研究中關(guān)于典型草原與荒漠草原有機(jī)碳與全氮含量之間呈弱相關(guān)結(jié)論不一致，碳氮循環(huán)及其相互作用的機(jī)制仍需進(jìn)一步的研究。

海拔作為環(huán)境因子的綜合體現(xiàn)，通過對植被類型和植被生產(chǎn)力的制約直接影響輸入土壤的有機(jī)物質(zhì)量，通過對土壤溫度和水分等條件影響微生物對有機(jī)質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化[23]?，F(xiàn)有的研究如黃土高原草地土壤有機(jī)碳與海拔呈正相關(guān)[27]，黃土丘陵區(qū)小流域不同深度土壤有機(jī)碳含量的空間分布特征隨海拔升高而降低[29]，阿拉善主要草地類型土壤有機(jī)碳含量隨海拔的降低而逐漸降低[30]等結(jié)論，反映出了海拔對土壤有機(jī)碳含量影響的復(fù)雜性。本研究表明，鐵桿蒿群落土壤有機(jī)碳含量與海拔呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，即隨著海拔的增高，鐵桿蒿群落土壤有機(jī)碳含量降低，考慮到研究中的海拔相對高差僅179 m，該研究結(jié)論可以豐富海拔對土壤碳庫影響的研究成果，仍有待更多的研究成果加以驗(yàn)證。

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DynamicsoftopsoilorganiccarboninArtemisiagmeliniicommunitiesanditsrelationshipwithenvironmentalfactorsinloesshillyregion

WANG Qiong-fang1,3, CHEN Yun-ming2, LIU Xiao-mei3, CUI Jing1, AI Ze-min4

(1.College of Resources and Environment, Northwest Aamp;F University, Yangling 712100, China;2.State Key Laboratory of Soil and Dryland Farming on the Loess Plateau, Northwest Aamp;F University; Institute of Soil and Water Conservation, Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources, Yangling 712100, China; 3.Dingbian Water Resources Management Office, Yulin 718600, China; 4.College of Forestry, Northwest Aamp;F University, Yangling 712100, China)

In this study, we analyzed topsoil organic carbon content and density in different age of theArtemisiagmeliniigrassland in loess hilly region by field survey and laboratory analysis to disclose the dynamic variation of soil organic carbon content and density during natural restoration process ofA.gmeliniigrassland and the influence of environmental and soil factors. The results showed that soil organic carbon content ofA.gmeliniigrassland increased initially (land abandoned for 12-20 years), then gradually decreased(land abandoned for 28-40 years) and finally increased(land abandoned for 40-45 years) with increasing years of land abandonment. Soil organic carbon content were obviously increased during 12-20, 28-40 and 40-45 years of land abandonment with an average annual rate of 5.50%, 4.05% and 10.11% respectively. The decrease of soil organic carbon content was in 20-28 years of land abandonment with the rate of 3.13%. Similar to soil organic carbon content, soil organic carbon density stably increased during 12-24, 28-40 and 40-45 years of land abandonment with an average annual rate of 4.10%, 4.56% and 8.58%, respectively, and decrease of soil organic carbon density was in 24-28 years of land abandonment with an average annual rate of 7.49%. Correlation analysis showed that soil organic carbon content had a significant positive correlation with aboveground biomass, underground biomass and the content of total nitrogen, especially had a very significant positive correlation with the content of total nitrogen, and had a very significant negative correlation with altitude.

biomass； soil organic carbon density； soil organic carbon content； natural revegetation

CHEN Yun-ming E-mail：ymchen@ms.iswc.ac.cn

2012-03-28接受日期：2012-06-19

中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)“暖溫帶落葉闊葉混交林區(qū)域森林固碳現(xiàn)狀、速率和潛力研究”(XDA05050203)；中國科學(xué)院百人計(jì)劃項(xiàng)目“黃土高原半干旱區(qū)群落水分平衡與調(diào)控機(jī)理”(kzcx2-yw-BR-02)

王瓊芳(1987-)，女(回族)，甘肅白銀人，在讀碩士生，研究方向?yàn)樗帘３峙c荒漠化防治。E-mail：gansuwqf@126.com

陳云明(1967-)，男，陜西澄城人，研究員，博士，研究方向?yàn)樗稚鷳B(tài)及森林水文。E-mail：ymchen@ms.iswc.ac.cn

S153.6+21

A

1001-0629(2013)01-0001-08