黨珍珍, 周正朝, 王凱博, 姚小萌

(1.陜西師范大學 旅游與環(huán)境學院, 陜西 西安 710062;2.中國科學院 地球環(huán)境研究所黃土與第四紀地質(zhì)國家重點實驗室, 陜西 西安 710075)

黃土丘陵區(qū)不同恢復年限對天然草地土壤碳庫動態(tài)的影響

黨珍珍1, 周正朝1, 王凱博2, 姚小萌1

(1.陜西師范大學 旅游與環(huán)境學院, 陜西 西安 710062;2.中國科學院 地球環(huán)境研究所黃土與第四紀地質(zhì)國家重點實驗室, 陜西 西安 710075)

[目的] 揭示不同恢復年限的天然草地土壤碳庫動態(tài)變化及其剖面分布特征，全面認識和理解天然草地恢復下土壤有機庫、無機碳庫的動態(tài)特征。[方法] 采用野外調(diào)查與室內(nèi)試驗分析相結(jié)合的方法,以農(nóng)田為對照,對黃土丘陵區(qū)不同恢復年限(11,16,22和35 a)的天然草地土壤有機碳(SOC)、無機碳(SIC)、總碳(STC)的動態(tài)變化及其剖面分布特征進行了探討。[結(jié)果] (1) 天然草地恢復過程中表層(0—10 cm)SOC含量隨植被恢復年限顯著增加,下層(10—100 cm)SOC含量隨植被恢復年限變化不明顯;0—100 cm土層SOC儲量呈先減少后增加趨勢,但仍未達到農(nóng)田SOC儲量的水平。(2) 天然草地0—20 cm土層SIC含量呈相對脫鈣現(xiàn)象,0—100 cm土層SIC庫儲量約為SOC庫儲量的2.7～4.5倍。土壤無機碳庫隨植被恢復年限的增加無明顯變化,但SIC的剖面分布深度發(fā)生改變。(3) 土壤總碳庫隨恢復年限增加無明顯變化,0—100 cm土層SIC儲量在STC庫中所占比例約為75.6%～86.0%。[結(jié)論] 短時間內(nèi)天然草地的土壤碳匯效應并不明顯,碳庫增匯效應需要長期的過程。

天然草地; 土壤有機碳; 土壤無機碳; 碳儲量; 黃土高原

自工業(yè)革命以來，大氣CO2濃度由280 μmol/mol上升到現(xiàn)在的380 μmol/mol[1]，并以每年2 μmol/mol的速率持續(xù)增加，對全球氣候變化和陸地碳循環(huán)產(chǎn)生重大影響。土壤碳庫作為陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的碳庫，既是碳源也是碳匯，其碳儲量0.1%的變化將導致大氣CO2濃度極大的波動[2]。草地是全球最大的陸地生態(tài)系統(tǒng)，中國草地面積約4×108hm2，占國土面積的41.7%。其中，黃土高原天然草地約占該地區(qū)草地面積的85%，土壤碳儲量約占草地總碳儲量的92%[2]。由此可見，研究草地土壤碳庫變化對于緩解全球溫室效應、調(diào)節(jié)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳平衡具有極其重要的意義[3]。

目前，學者們對草地土壤有機碳庫已開展了大量研究，主要包括有機碳庫的組成、來源與輸出方式[3-4]，碳儲量與分布及其影響因素[5-6]，而對土壤無機碳庫、總碳庫的關(guān)注較少。土壤無機碳庫在全球碳循環(huán)以及陸地生態(tài)系統(tǒng)“碳匯”中也具有重要貢獻[7]。Landi等[8]研究發(fā)現(xiàn)草原土壤無機碳庫累積速率約是有機碳庫的1.4倍。秦小光等[9]通過生物地球化學模型估算出黃土高原土壤無機碳儲量為850 Pg，是大氣CO2理想的“匯”。因此，在評價土壤固碳現(xiàn)狀和潛力時，有必要同時考慮土壤有機碳庫和無機碳庫的變化，這對人類調(diào)控CO2排放和應對未來全球氣候變化具有重要指導作用。

黃土高原是中國典型的生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)，也是國家退耕還林還草重點建設(shè)區(qū)。自1999年實施退耕還林還草工程以來，植被的恢復與重建已成黃土高原治理水土流失和改善生態(tài)環(huán)境的重要措施[7,10]。目前對黃土高原草地自然恢復的土壤有機碳庫效應已有不少研究，而對自然草地恢復的土壤無機碳庫效應的研究鮮見報道。為此，本文以黃土丘陵區(qū)不同恢復年限的天然草地為研究對象，探討植被自然恢復對土壤有機碳庫、無機碳庫以及總碳庫的影響，旨在為全面認識和理解天然草地恢復下土壤有機庫、無機碳庫的動態(tài)特征以及預測區(qū)域土壤碳庫對全球氣候變化的影響提供科學參考，同時對黃土高原草地的恢復與重建予以理論指導。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于子午嶺北部甘肅省合水縣連家砭林場(35°03′—36°37′N,108°10′—109°08′E)，屬黃土丘陵溝壑區(qū)，氣候為暖溫帶半干旱季風氣候。該區(qū)海拔1 400 m左右，年均氣溫7.4℃，≥10 ℃積溫2 671.0 ℃，年均降雨量587.6 mm，土壤類型為原生或次生黃土，厚度50—100 m。研究區(qū)天然草地群落優(yōu)勢種和建群種主要是鐵桿蒿(Artemisiasacrorum)、白羊草(Bothriochloaischemum)、茭蒿(Artemisiagiraldii)、阿爾泰狗娃花(Heteropappusaltaicus)、苔草(Carexlanceolata)、狼牙刺(Sophoradavidii)和長芒草(Stipabungeana)等草本群落[11]。

1.2 樣品采集與制備

于2012年11月通過查閱相關(guān)資料和走訪調(diào)查群眾確定不同天然草地恢復年限，在綜合考慮海拔、坡度、坡向以及土壤狀況等立地條件的相似性的基礎(chǔ)上，從該區(qū)域遴選出不同恢復年限(11，16，22，35 a)的天然草地作為研究對象，以農(nóng)田為對照樣地。據(jù)調(diào)查農(nóng)田種植年限大于30 a，種植農(nóng)作物為玉米。農(nóng)田每年僅施用一定量的農(nóng)家肥(羊糞)，無灌溉。天然草地距離居民點較遠，面積一般在2 000 m2以上，不施肥，也無灌溉(表1)，且草地在棄耕前的農(nóng)作管理方式基本一致。每一恢復年限設(shè)置3個重復樣地，在每塊樣地內(nèi)隨機選取5個1 m×1 m 的樣方，在每個樣方內(nèi)用直徑9 cm的土鉆按0—10，10—20，20—30，30—50，50—70，70—100 cm分層采樣，混勻作為分層的代表樣品，每份土樣約重500 g左右，共采集90個土樣。將所有樣品帶回實驗室風干、研磨并過篩待用。

1.3 土壤樣品分析

土壤有機碳(SOC)采用重鉻酸鉀氧化—外加熱法測定[12]；土壤無機碳(SIC)采用美國UIC公司生產(chǎn)的CM150無機碳分析儀測定，土壤無機碳含量(SIC)(g/kg)=碳酸鈣含量(CaCO3)×0.12×10，其中CaCO3含量(%)=CO2含量(%)/44×100。某一土層土壤有機碳、無機碳、總碳儲量(kg/m2)的計算公式分別為：

SOCSi=SOCi×BDi×Hi×(1-δi)/100

(1)

SICSi=SICi×BDi×Hi×(1-δi)/100

(2)

STCSi=SOCSi+SICSi

(3)

式中：SOCSi——第i層土壤有機碳儲量(kg/m2)； SICi——第i層土壤無機碳含量(g/kg)； STCi——第i層土壤總碳含量(g/kg)； BDi——土壤容重(g/cm)；Hi——土層厚度(cm)；δi——直徑>2 mm的石礫含量(體積分數(shù)%)。鑒于研究區(qū)黃土顆粒>2 mm的石礫含量極少，且處理土樣時全部磨碎，故計算時δi取0。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 18.0對試驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行單因素方差分析(one-way ANOVA)，并進行最小顯著差異法(LSD)檢驗，采用Origin 8.0軟件處理圖形。

表1 不同恢復年限的天然草地和農(nóng)田樣地特征

2 結(jié)果與分析

2.1 恢復年限對天然草地土壤有機碳庫的影響

2.1.1 恢復年限對土壤有機碳含量的影響 不同恢復年限的草地0—100 cm土層平均SOC含量為4.21～5.78 g/kg。天然草地土壤有機碳(SOC)含量在剖面上的變化表現(xiàn)為隨土層的增加而減少，減幅為61.2%～86.2%。表層0—10 cm SOC含量約為深層70—100 cm的2.3～7.2倍，反映了草地植被對SOC的表聚效應。0—10 cm土層SOC含量顯著增加，增幅為8.1%～48.3%。10—30 cm土層不同退耕年限間的SOC含量差異不顯著。30—100 cm土層11 a草地SOC含量與農(nóng)田差異不顯著，但草地恢復到11 a后，30 cm以下土層SOC含量顯著下降。與農(nóng)田相比，天然草地恢復過程中SOC含量呈先減少后增加趨勢。

2.1.2 恢復年限對天然草地土壤有機碳儲量的影響 天然草地恢復過程中0—100 cm土層土壤有機碳(SOC)儲量為0.86～1.45 kg/m2。0—20 cm土層SOC儲量呈增加趨勢，但差異性不顯著(圖1)。從SOC的儲存空間分布發(fā)現(xiàn)，0—20 cm土層SOC儲量占0—100 cm剖面土壤有機碳儲存能力的34.0%～51.7%，呈現(xiàn)一定的“表聚”現(xiàn)象。20—100 cm土層SOC儲量呈先下降后略微增加趨勢，減幅為14.9%～40.8%。不同恢復年限的草地0—100 cm土層SOC儲量呈先減少后增加趨勢，但仍未達到農(nóng)田土壤有機碳的水平。

2.2 恢復年限對天然草地土壤無機碳庫的影響

2.2.1 恢復年限對天然草地土壤無機碳含量的影響 不同棄耕年限的天然草地0—100 cm土層平均土壤無機碳(SIC)含量變化范圍為15.32～20.1 kg/m2，農(nóng)田SIC含量為15.37 kg/m2。土壤無機碳(SIC)含量在0—10 cm土層最低。11，16，22，35 a天然草地分別在20—30，50—70，70—100，30—50 cm處存在土壤無機碳的相對累積，表明棄耕后草地的恢復改變了土壤無機碳的剖面分布深度?？傮w看來，天然草地0—100 cm土壤剖面SIC含量隨恢復年限增加無明顯變化。

注：不同小寫字母表示同一土層不同年限間差異達5%顯著水平，下同。

圖1 不同恢復年限天然草地土壤有機碳儲量剖面分布

2.2.2 恢復年限對天然草地土壤無機碳儲量的影響 0—100 cm土層天然草地無機碳(SIC)儲量整體上隨恢復年限增加無明顯變化規(guī)律，變化范圍為4.20～5.89 kg/m2，土壤無機碳(SIC)儲量最大值僅為最小值的1.3倍(圖2)。與農(nóng)田對照，0—100 cm土層SIC儲量僅22 a草地增加顯著，其他年限差異性不顯著。天然草地恢復過程中0—20和20—100 cm土層SIC儲量無明顯變化規(guī)律。從SIC儲量的垂直分布來看，0—20 cm土層SIC儲量占總土層SIC儲存能力的11.2%～18.8%，表層土壤呈現(xiàn)相對脫鈣現(xiàn)象。0—100 cm土層剖面SIC庫儲量約為SOC庫儲量的2.7～4.5倍，約占整個土壤剖面總碳儲量的75.6%～86.0%。

圖2 不同恢復年限天然草地土壤無機碳儲量剖面分布

2.3 恢復年限對天然草地土壤總碳庫的影響

2.3.1 恢復年限對天然草地土壤總碳含量的影響 天然草地0—100 cm土層平均總碳(STC)含量變化范圍為20.28～24.78 g/kg，土壤總碳(STC)含量剖面分布也表現(xiàn)為隨土層增加而減少，減幅為8.9%～36.0%。這與SOC土壤剖面垂直變化一致。表層0—10 cm STC含量也呈“表聚”現(xiàn)象，約為深層70—100 cm STC含量的1.1～1.5倍。0—100 cm土層天然草地STC含量總體隨恢復年限延長而無明顯增加趨勢。

2.3.2 恢復年限對天然草地土壤總碳儲量的影響 天然草地恢復過程中0—100 cm土層土壤總碳(STC)儲量無明顯增加，甚至有略微下降趨勢(圖3)。與農(nóng)田對照，僅22 a草地STC儲量顯著增加，其他年限STC儲量均減少，減幅為3.1%～12.2%。0—20和20—100 cm土層STC儲量隨棄耕年限增加均無明顯增加趨勢，從STC儲量在剖面上的垂直分布來看，0—20 cm土層STC儲量占0—100 cm土層的19.4%～24.2%，介于相同土層土壤有機碳和無機碳在整個土壤剖面所占比例之間。

圖3 不同恢復年限的天然草地土壤總碳儲量剖面分布

3 討 論

3.1 天然草地恢復對土壤有機碳的影響

土壤有機碳庫是土壤碳庫的重要組成部分，其含量由碳輸入量和分解量共同決定[13]。本研究結(jié)果表明，天然草地恢復過程中表層0—20 cm土壤有機碳含量不斷增加，其SOC儲量占整個土壤剖面SOC儲存能力的34.0%～51.7%，呈現(xiàn)“表聚”效應，這與前人研究結(jié)果相同[14]。草地的恢復增加了地表凋落物分解輸入土壤的碳量[7]，根系周轉(zhuǎn)和根際分泌物來源的碳也源源不斷的向表層土壤輸入[15]，從而極大的促進表層SOC的積聚作用。李裕元等[16]也研究發(fā)現(xiàn)由于表層土壤植物根系密集分布以及凋落物在地表聚集的直接作用使得黃土高原北部草地表層有機碳存儲于0—20 cm土層。

隨植被恢復年限的增加，0—100 cm土層SOC儲量呈先減少后增加的趨勢。據(jù)野外樣地調(diào)查顯示，在11～16 a恢復階段天然草地群落植被蓋度下降，物種多樣性也減少，可能是棄耕初期(11～16 a)草地群落不同物種間的競爭以及群落物種對于養(yǎng)分的競爭較為激烈有關(guān)，棄耕前期群落覆蓋度較低，土壤侵蝕嚴重，土壤有機碳隨降水淋移、遷移到下層或坡下，進而造成天然草地植被恢復前期階段SOC的損失[17]。天然草地恢復到16 a后，SOC儲量開始累積增加，但仍未達到農(nóng)田土壤有機碳的水平。Potter等[18]發(fā)現(xiàn)農(nóng)田棄耕后恢復為草地，大約需要100 a的時間才能使SOC含量達到棄耕前的土壤碳水平。Deng等[7]報道了黃土丘陵區(qū)農(nóng)地棄耕后自然恢復的草地土壤碳增匯效應是一個長期的過程。本研究結(jié)果表明，短時間內(nèi)天然草地的土壤固碳效應并不明顯，有機碳庫的恢復可能需要一個漫長的過程。目前，由于缺乏土壤碳匯長期的研究結(jié)果，對土壤碳庫恢復到原始植被條件下碳水平所需時間尚不明確[19]。

3.2 天然草地恢復對土壤無機碳的影響

干旱、半干旱區(qū)土壤無機碳(SIC)大多數(shù)為次生碳酸鹽，SIC的形成是大氣CO2重要的碳匯，SIC的累積量與土壤母質(zhì)、氣候、淋溶等條件密切相關(guān)[20]。本研究結(jié)果顯示，表層0—20 cmSIC儲量占整個土壤剖面SIC儲量的1.2%～18.8%，具有相對脫鈣現(xiàn)象，這與楊黎芳等[20]、Chang等[21]研究結(jié)果相同。表層土壤SOC含量較高，根系生物量分布密集，土壤和根系呼吸作用釋放出大量CO2，造成表層CO2分壓增大，土壤pH值降低，加快了表層土壤碳酸鹽的溶解[20-21]。另外，表層土壤結(jié)構(gòu)疏松，也利于降水將表層SIC向下層土壤淋溶、遷移[21]，從而引起表層SIC儲存能力的下降。

土壤碳酸鹽一般形成于土壤pH>7，年均降水量<800 mm的干旱半干旱地區(qū)[20]，黃土高原氣候干旱，有利于有機碳礦化以及植被根系、土壤微生物呼吸釋放出更多的CO2，CO2溶于水形成碳酸溶液，溶解部分碳酸鈣形成重碳酸鈣溶液。土壤下層碳含量受微生物影響較弱，CO2分壓小[20-21]，從表層土壤淋溶下來的重碳酸鹽發(fā)生沉淀形成次生碳酸鹽(即無機碳)，在土壤剖面下部層位出現(xiàn)土壤無機碳的累積層。本研究發(fā)現(xiàn)不同恢復年限草地SIC最大值均出現(xiàn)在30 cm以下土層，與上述結(jié)果一致。干旱、半干旱地區(qū)降雨量較少，有限的淋溶作用使土壤表層以下出現(xiàn)不同深度的鈣累積現(xiàn)象[20-22]。而濕潤地區(qū)降雨較豐富，對土壤的淋溶作用較強烈，最終使碳酸鹽從土壤母質(zhì)淋失，不利于形成鈣累積層[23]。于天仁等[24]研究發(fā)現(xiàn)母質(zhì)、年齡相同的土壤鈣聚集層出現(xiàn)的深度與降雨量有密切關(guān)系，目前對干旱、半干旱區(qū)土壤碳酸鹽聚集層位置的影響機理尚不完全清楚還需要進一步探討。本研究還發(fā)現(xiàn)，天然草地群落的恢復對土壤無機碳庫無明顯影響，但改變了土壤剖面鈣積層的分布深度。Chang等[21]也研究發(fā)現(xiàn)黃土高原植被恢復過程中土壤無機碳儲量不變，但重新分配了剖面鈣累積層深度。據(jù)野外采樣調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，恢復22 a的草地土壤剖面中分布有許多料漿石(即鈣結(jié)核)，這可能是22 a草地SIC含量顯著高于其他年限草地的主要原因。

3.3 天然草地恢復對土壤總碳的影響

天然草地恢復過程中0—100 cm土層總碳(STC)儲量無明顯增加，甚至有略微下降趨勢。STC含量剖面分布與SOC庫一致，0—10 cm土層STC含量也表現(xiàn)出“表聚”效應，且隨土層深度增加而減少，但減少幅度縮小。盡管SIC在表層土壤儲量較低，但在0—100 cm土層SIC在STC中所占比例約為75.6%～86.0%，SIC庫儲量約為SOC庫儲量的2.7～4.5倍，表明了SIC庫對STC儲量的貢獻占絕大部分。天然草地恢復過程中土壤表層0—20 cm SOC的增加彌補了表層SIC的下降，下層20—100 cm土壤SIC的累積又補償了SOC的減少，才使土壤總碳庫隨植被恢復年限延長而無明顯增加。由此可見，土壤有機碳庫和土壤無機碳庫共同維持著土壤總碳庫的動態(tài)平衡。

4 結(jié) 論

(1) 天然草地恢復過程中0—100 cm土層土壤有機碳(SOC)儲量呈先減少后增加趨勢，但仍未達到農(nóng)田SOC的水平。表明短時間內(nèi)天然草地的土壤碳匯效應并不明顯，碳庫增匯效應需要長期的過程。

(2) 0—20 cm土層土壤無機碳(SIC)呈現(xiàn)相對脫鈣現(xiàn)象，0—100 cm土層SIC庫儲量約為SOC庫的2.7～4.5倍。天然草地的恢復對土壤無機碳庫儲量影響不明顯，但改變了SIC的剖面分布深度。

(3) 隨植被恢復年限的增加天然草地土壤總碳(STC)庫的碳匯效應未見明顯增加。0—100 cm土層SIC儲量在STC儲量中約占75.6%～86.0%，可見土壤無機碳庫是土壤總碳庫儲量的重要影響因素。

[1] Keeling C D, Whorf T P, Wahlen M, et al. Interannual extremes in the rate of rise of atmospheric carbon dioxide since1980[J]. Nature, 1995,375(6533):666-670.

[2] Harrison R B, Footen P W, Strahm B D. Deep soil horizons:Contribution and importance to soil carbon pools and in assessing whole-ecosystem response to management and global change[J]. Forest Science, 2011,57(1):67-76.

[3] Parton W J, Schimel D S, Cole C V, et al. Analysis of factors controlling soil organic matter levels in GreatPlains grassland[J]. Soil Science Society of America Journal, 1987,51(5):1173-1179.

[4] 齊玉春,董云社,耿元波,等.我國草地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究進展[J].地理科學進展,2003,22(4):342-352.

[5] Li Ming, Zhang Xingchang, Pang Guowei,et al. The estimation of soil organic carbon distribution and storage in a small catchment area of the Loess Plateau[J]. Catena, 2013(101):11-16.

[6] 傅華,陳亞明,王彥榮,等.阿拉善主要草地類型土壤有機碳特征及其影響因素[J].生態(tài)學報,2004,24(3):469-476.

[7] Deng Lei, Shangguan Zhouping, Sweeney S. Changes in soil carbon and nitrogen following land abandonment of farmland on the Loess Plateau, China[J]. PloS one,2013,8(8):e71923.

[8] Landi A, Mermut A R, Anderson D W. Origin and rate of pedogenic carbonate accumulation in Saskatchewan shancement of soil carbonate precipitation passive removal of atmospheric CO2[J]. Mineralogical Magazine, 2008,72(2):639-649.

[9] 秦小光,李長生,蔡炳貴.氣候變化對黃土碳庫效應影響的敏感性研究[J].第四紀研究,2001,21(2):153-161.

[10] 李雙雙,延軍平,萬佳.近10 a陜甘寧黃土高原區(qū)植被覆蓋時空變化特征[J].地理學報,2012,67(7):960-970.

[11] 鄒厚遠,劉國彬,王晗生.子午嶺林區(qū)北部近50 a植被的變化發(fā)展[J].西北植物學報,2002,22(1):1-8.

[12] 鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2000:25-38.

[13] 王艷芬,陳佐忠.人類活動對錫林郭勒地區(qū)主要草原土壤有機碳分布的影響[J].植物生態(tài)學報,1998,22(6):545-551.

[14] 陶貞,沈承德,高全洲,等.高寒草甸土壤有機碳儲量及其垂直分布特征[J].地理學報,2006,61(7):720-728.

[15] 武小鋼,郭晉平,楊秀云,等.蘆芽山典型植被土壤有機碳剖面分布特征及碳儲量[J].生態(tài)學報,2011,31(11):3009-3019.

[16] 李裕元,邵明安,鄭紀勇,等.黃土高原北部草地的恢復與重建對土壤有機碳的影響[J].生態(tài)學報,2007,27(6):2279-2287.

[17] 王俊明,張興昌.退耕草地演替過程中的碳儲量變化[J].草業(yè)學報,2009,18(1):1-8.

[18] Potter K N, Torbert H A, Johnson H B, et al. Carbon storage after long-term grass establishment on degraded soils[J]. Soil Science, 1999,164(10):718-725.

[19] 楊景成,韓興國,黃建輝,等.土壤有機質(zhì)對農(nóng)田管理措施的動態(tài)響應[J].生態(tài)學報,2003,23(4):787-796.

[20] 楊黎芳,李貴桐.土壤無機碳研究進展[J].土壤通報,2011,42(4):986-990.

[21] Chang Ruiying, Fu Bojie, Liu Guohua, et al. The effects of afforestation on soil organic and inorganic carbon: A case study of the Loess Plateau of China[J]. Catena, 2012(95):145-152.

[22] 張林,孫向陽,高程達,等.荒漠草原土壤次生碳酸鹽形成和周轉(zhuǎn)過程中固存CO2的研究[J].土壤學報,2011,48(3):578-586.

[23] Wu Haibin, Guo Zhengtang, Gao Qiong, et al. Distribution of soil inorganic carbon storage and its changes due to agricultural land use activity in China[J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2009,129(4):413-421.

[24] 于天仁,陳志誠.土壤發(fā)生中的化學過程[M].北京:科學出版社,1990:349-352.

Effects of Vegetation Restoration Ages on Soil Carbon Pool of Natural Grassland in Loess Hilly Region

DANG Zhenzhen1, ZHOU Zhengchao1, WANG Kaibo2, YAO Xiaomeng1

(1.CollegeofTourismandEnvironmentalSciences,ShaanxiNormalUniversity,Xi’an,Shaanxi710062,China; 2.StateKeyLaboratoryofLoessandQuaternaryGeology,InstituteofEarthEnvironment,ChineseAcademyofSciences,Xi’an,Shaanxi710075,China)

[Objective] This Paper aimed to investigate the dynamic variation and distribution of soil carbon of natural grassland under different restoration years in order to understand the dynamic characteristics of soil organic and inorganic carbon pool. [Methods] Using field survey and laboratory analysis method, this study analyzed the dynamic variation of soil total carbon of natural grassland under different restoration years(11, 16, 22 and 35 a) in loess hilly region. [Results] Soil organic carbon(SOC) content in the 0—10 cm soil layer surface was increased significantly with the increase of restoration years, while no evident changes were found in the 10—100 cm soil layer. Variations in average soil organic carbon storage of natural grassland at 0—100 cm soil depth decreased initially and then increased with the increase of restoration years. However, it had not reached to the level of farmland. Decalcified phenomenon existed in 0—20 cm soil layer. Soil inorganic carbon (SIC) storage was 2.7 to 4.5 times larger than soil organic carbon storage in 0—100 cm total soil layers. No significant variations occurred in total soil carbon storage as the restoration years increased. Soil inorganic carbon storage accounted for about 75.6% to 86.0% of soil total carbon storage in the 0—100 cm soil. The SIC pool was an important factor that influenced soil total carbon pool in the study area, which also maintained the dynamic balance of soil carbon pool in this region. [Conclusion] In the semi-arid environment of the Loess Plateau, soil carbon sequestration effect in natural grassland is not obvious and the improvement of soil carbon pool is likely to require a considerably long period of time.

natural grassland; soil organic carbon; soil inorganic carbon; soil carbon storage; Loess Plateau

2014-05-08

2014-05-23

國家自然科學基金資助項目“黃土高原植被自然恢復過程中土壤有機碳來源判定與周轉(zhuǎn)特征”(41301610); 陜西省青年科技新星項目(2014KJXX-52); 霍英東教育基金會高等院校青年教師資助項目(131025); 中國科學院重點部署項目(KZZD-EW-04)

黨珍珍(1989—),女(漢族),陜西省渭南市人,碩士研究生,研究方向為水土資源評價與規(guī)劃。 E-mail:dzhenzhen1004@126.com。

周正朝(1980—),男(漢族),四川省瀘州市人,博士,副教授，主要從事植物生態(tài)與土壤侵蝕研究。E-mail:zczhou@snnu.edu.cn。

A

1000-288X(2015)05-0049-06

S153.6