王 鑫,楊德剛,熊黑鋼,柳妍妍1,,3,安尼瓦爾·買(mǎi)買(mǎi)提

1 中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所, 烏魯木齊 8300112 新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 烏魯木齊 8300463 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 1000494 中國(guó)科學(xué)院新疆分院, 烏魯木齊 830011

新疆干旱區(qū)4種檉柳灌叢碳貯量特征

王 鑫1,2,3,4,楊德剛1,*,熊黑鋼2,柳妍妍1,2,3,安尼瓦爾·買(mǎi)買(mǎi)提1,4

1 中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所, 烏魯木齊 8300112 新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 烏魯木齊 8300463 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 1000494 中國(guó)科學(xué)院新疆分院, 烏魯木齊 830011

灌叢有機(jī)碳貯量對(duì)研究干旱區(qū)土壤特性及碳循環(huán)具有重要意義。以分布于新疆南北疆荒漠區(qū)的4種檉柳灌叢(多花檉柳Tamarixhohenackeri、多枝檉柳Tamarixramosissima、剛毛檉柳Tamarixhispida、沙生檉柳Tamarixtaklamakanensis)為研究對(duì)象,對(duì)其生物量碳和土壤有機(jī)碳的分布特征進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：1)生物量碳密度從大到小順序?yàn)閯偯?多花>沙生>多枝,生物量碳密度在0.59—2.35 Mg C/hm2之間,其中,地上生物量碳密度在0.31—0.94 Mg C/hm2之間,0—100 cm地下植物碳密度在0.28—1.49 Mg C/hm2之間,根冠比在0.92—1.71之間。2)土壤有機(jī)碳密度從大到小的順序是多花>剛毛>沙生>多枝,多花和沙生檉柳灌叢土壤有機(jī)碳密度的最大值出現(xiàn)在表層0—10 cm,多枝和剛毛檉柳灌叢土壤有機(jī)碳密度的最高值出現(xiàn)在土層深度為10—20 cm處。4種檉柳灌叢0—10 cm土層土壤有機(jī)碳含量在13%—43.7%之間,地下1 m內(nèi),0—50 cm土壤有機(jī)碳密度所占比例為82.3%—96.4%之間。3)根據(jù)分布面積計(jì)算,新疆荒漠區(qū)4種檉柳灌叢碳貯量在(0.28±0.03)—(56.96±5.36)Tg(1Tg=1012g)之間,總有機(jī)碳貯量為(75.00±6.76)Tg。其中,有機(jī)碳貯量最多的是剛毛檉柳灌叢,多花檉柳最低。4)4種檉柳灌叢土壤有機(jī)碳和生物量碳均表現(xiàn)出了與土壤含水量和土壤有機(jī)質(zhì)的顯著相關(guān)性,土壤有機(jī)碳(Cs)與土壤含水量(X1)、有機(jī)質(zhì)(X2)、全N含量(X3)和電導(dǎo)率(X4)呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),多元線性回歸方程為Cs=3.433-10.943X1+ 0.378X2-2.935X3+0.017X4；生物量碳(Cp)與土壤含水量、有機(jī)質(zhì)呈顯著正相關(guān)(P<0.05),多元線性回歸方程為Cp=2.042-11.930X1+0.011X2。說(shuō)明不同類(lèi)型的檉柳對(duì)水分和有機(jī)質(zhì)的要求不同,碳匯能力和對(duì)荒漠生態(tài)系統(tǒng)的作用也不同。因此,從物種利用角度來(lái)看,選擇也應(yīng)有所側(cè)重。

檉柳；生物量碳；土壤有機(jī)碳；環(huán)境因子

陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳庫(kù)包括植物和土壤兩部分,植被碳庫(kù)和土壤碳庫(kù)碳貯存約為大氣碳庫(kù)的3倍,對(duì)氣候變化和生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)具有重要的影響[1- 2]。在干旱地區(qū),灌叢是一種廣泛分布的植被類(lèi)型,其種類(lèi)繁多、生命力強(qiáng)、適生范圍寬等特點(diǎn),在群落演替、區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)等方面具有極其重要的作用[3]。在全球氣候變化和人為因素影響下,草地灌叢化、荒漠化日益顯著[4-5],灌叢的固碳能力和潛力研究也日益受到重視,前人研究中,灌叢入侵能夠增加土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量,引起區(qū)域碳儲(chǔ)量的變化[6-7],并且干旱區(qū)灌叢土壤有機(jī)碳的分布、質(zhì)量和周轉(zhuǎn)特征,也影響了這一地區(qū)土壤結(jié)構(gòu)、功能特性[8]。目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)森林[9-10]、草地[11- 13]的植被和土壤碳貯量研究較多,對(duì)灌叢的碳貯量研究較少,尤其是生物量碳和土壤有機(jī)碳一起研究的較為鮮見(jiàn)。

檉柳屬植物對(duì)干旱生境的高度適應(yīng)與極強(qiáng)的防風(fēng)固沙能力,是過(guò)渡帶植物群落的主要建群種之一,在干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,維護(hù)干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)平衡中具有重要地位[14-15]。目前,國(guó)內(nèi)關(guān)于檉柳的研究主要集中于生物量[14- 17]、能量平衡[18]、化學(xué)計(jì)量特征[19-20]、耗水量[21- 23]等方面的研究,關(guān)于檉柳灌叢本身有機(jī)碳貯量及其土壤有機(jī)碳貯量的研究相對(duì)較少。不同種的檉柳抗旱能力和抗旱機(jī)理不同[21],對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)也不一樣[22-23],本文通過(guò)對(duì)4種檉柳灌叢群落碳貯量以及土壤有機(jī)碳貯量進(jìn)行調(diào)查,分析探討不同檉柳灌叢碳貯量差異及其與環(huán)境因子的關(guān)系,旨在為進(jìn)一步研究干旱區(qū)群落演替過(guò)程中碳收支以及生態(tài)恢復(fù)過(guò)程中的植被類(lèi)型選擇提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)域與方法

1.1 研究區(qū)概況與樣地選擇

新疆地處73°40′—96°18′E,34°25′—48°10′ N之間,面積約占全國(guó)1/6。處于亞歐內(nèi)陸干旱區(qū),受西風(fēng)環(huán)流、北冰洋高緯氣團(tuán)以及印度洋暖濕氣流的影響,形成顯著區(qū)別于非洲、美洲和大洋洲熱帶荒漠的水熱組合區(qū)域,年均溫南疆平原10—13℃,北疆平原低于10℃,年降水量平均約為150 mm,降水量北疆多于南疆,西部多于東部。新疆是我國(guó)典型的干旱荒漠區(qū),全疆土地面積有79.59×l04km2為荒漠化土地,集中于塔里木盆地和準(zhǔn)噶爾盆地,主要灌叢植被類(lèi)型面積有5×l04km2。其中檉柳灌叢以檉柳為主要優(yōu)勢(shì)種,單叢生長(zhǎng)或多叢連片生長(zhǎng),伴生有梭梭(Haloxylonammodendron),琵琶柴(Reaumuriasongonica(PalL)Maxim.),駱駝蓬(PeganumharmalaL.),沙拐棗(CalligonumarborescensLitv.),麻黃(EphedrasinicaStapf),霸王(SarcozygiumxanthoxylonBunge),鹽生草(Halogetonglomeratus)等物種。

圖1 4種不同檉柳灌叢類(lèi)型取樣點(diǎn)Fig.1 Sampling point of 4 kinds of Tamrix L.

本研究依據(jù)電子版《新疆植被圖》(新疆遙感與地理信息系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供)提取了分布于南北疆荒漠區(qū)的多枝、多花、剛毛和沙生4種檉柳灌叢類(lèi)型(沙生檉柳北疆未有分布),根據(jù)不同類(lèi)型灌叢所在地設(shè)置樣地(圖1),每個(gè)樣地100 m×100 m大小。

1.2 研究方法

在每個(gè)樣地內(nèi)隨機(jī)選取3個(gè)樣方,每個(gè)樣方10 m×10 m,記錄樣方內(nèi)出現(xiàn)的檉柳株數(shù),測(cè)算檉柳蓋度,采用收獲法測(cè)定檉柳地上生物量,室內(nèi)風(fēng)干稱(chēng)重。每個(gè)樣方內(nèi)隨機(jī)挖取3個(gè)1 m×1 m的樣坑按照100 cm的深度進(jìn)行檉柳根系取樣,取出根系帶回室內(nèi)洗凈烘干后測(cè)定地下生物量,并分為0—10、10—20、20—30、30—40、40—50、50—100 cm的5個(gè)土壤層,每層土壤取3個(gè)重復(fù)裝進(jìn)鋁盒帶回室內(nèi)烘干法測(cè)定含水量,取3個(gè)重復(fù)用密封塑料袋帶回室內(nèi),分析土壤養(yǎng)分、pH值和電導(dǎo)率,土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法,全N采用半微量開(kāi)氏法,土壤pH值采用比色法,電導(dǎo)率采用浸提法測(cè)定,測(cè)定分析由中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所土壤分析實(shí)驗(yàn)室完成；環(huán)刀法采集土樣測(cè)定容重。當(dāng)土層厚度達(dá)不到1 m時(shí),則均挖至母質(zhì)層,記錄土壤深度,在后期的數(shù)據(jù)處理時(shí),根據(jù)實(shí)際土層厚度計(jì)算土壤有機(jī)碳的密度。本項(xiàng)調(diào)查于2013年的9月—10月完成。

1.3 數(shù)據(jù)分析

4種檉柳灌叢的面積數(shù)據(jù)來(lái)自《新疆植被圖》電子版中的土壤面積,《新疆植被圖》電子版由空間數(shù)據(jù)庫(kù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)兩部分組成。屬性數(shù)據(jù)庫(kù)中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要來(lái)自于《新疆植被》、《新疆土壤》以及各市縣土壤志等?？臻g數(shù)據(jù)庫(kù)由新疆1∶50000土壤圖經(jīng)掃描、配準(zhǔn)、矢量化、拼接等處理而成,并且結(jié)合1∶50000的地形圖作為工作底圖,同時(shí)對(duì)地形圖進(jìn)行矢量化,再由 ArcGIS 軟件將其生成三維地圖,由三維地圖統(tǒng)計(jì)出面積作為計(jì)算土壤有機(jī)碳貯量的面積依據(jù)。

本研究中參考Shi[24]和Gong[25]文獻(xiàn),植物碳含量系數(shù)統(tǒng)一取值為0.5,生物量碳密度計(jì)算公式(1)如下：

BBCDj=0.5Bj

(1)

式中,BBCDj代表第j種灌叢類(lèi)型的生物量碳平均密度(Mg C/hm2)；Bj代表植物j的生物量。

土壤剖面的有機(jī)碳密度計(jì)算公式(2)如下：

(2)

式中,SOCDj為第j種植被類(lèi)型的土壤有機(jī)碳平均密度(Mg C/hm2)；0.58為Blemmelen系數(shù),將有機(jī)質(zhì)濃度轉(zhuǎn)化為有機(jī)碳濃度；Pi,Mi,Ti,Ci分別表示第i層土壤容重(g/cm3)、有機(jī)質(zhì)濃度(%)、土層厚度(cm)、>2 mm的礫石含量(%)；n代表層數(shù)。

生物量碳貯量計(jì)算公式(3)如下：

(3)

式中,BBCj為第j種灌叢類(lèi)型的生物量碳貯量(Mg)；Aj為第j種灌叢類(lèi)型的面積(hm2)；Ej為第j種灌叢蓋度(%)；k為樣地?cái)?shù)。

土壤有機(jī)碳貯量計(jì)算公式(4)如下：

(4)

式中,SOCj為第j種灌叢類(lèi)型的土壤有機(jī)碳貯量(Tg)；SOCDj為第j種土壤類(lèi)型的土壤有機(jī)碳平均密度(Mg C/hm2)；Aj為第j種灌叢類(lèi)型的面積(hm2)；Ej為第j種灌叢蓋度(%)；k為樣地?cái)?shù)。

本研究利用SPSS 16.0和SigmaPlot 10.0軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理、相關(guān)性分析及作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同檉柳灌叢生物量有機(jī)碳密度

圖2 4種不同檉柳生物量有機(jī)碳密度Fig.2 Biological biomass carbon density of 4 kinds of Tamrix L.

對(duì)4種不同檉柳灌叢類(lèi)型的生物量有機(jī)碳平均值進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)(圖2),4種灌叢地上生物量碳密度在0.31—0.94 Mg C/hm2之間,多枝檉柳灌叢地上生物量碳密度最低,多花檉柳灌叢地上生物量碳密度最高；從地下生物量碳密度來(lái)看,4種檉柳灌叢0—100 cm地下植物碳密度在0.28—1.49 Mg C/hm2之間,多枝檉柳灌叢地下生物量碳密度最低,剛毛檉柳灌叢地下生物量碳密度最高；4種檉柳總生物量碳密度由大到小的順序是剛毛>多花>沙生>多枝,剛毛檉柳碳密度能達(dá)到多枝檉柳的4倍。綜合來(lái)看,4種檉柳灌叢除了多枝檉柳,其他3種灌叢地下生物量碳密度都大于地上生物量碳密度,剛毛檉柳的根冠比最大,為1.71,多花檉柳為1.25,沙生檉柳為1.21,多枝檉柳最小,僅為0.92。說(shuō)明在干旱區(qū),灌叢植物通過(guò)增加地下生物量的策略來(lái)獲取更多水分和養(yǎng)分以供生長(zhǎng)所需,而不同的檉柳類(lèi)型,也顯現(xiàn)出不同的生長(zhǎng)策略,水分條件不同也導(dǎo)致檉柳根系垂直分布的差異。本研究取樣深度為100 cm,剛毛檉柳地下生物量碳密度明顯大于其他,而多枝檉柳根系可能分布更深。

圖3 4種不同檉柳灌叢土壤有機(jī)碳密度的垂直分布特征 Fig.3 Vertical distribution characteristics of soil organic carbon density of 4 kinds of Tamrix L.

2.2 不同檉柳灌叢土壤有機(jī)碳密度及垂直分布

數(shù)據(jù)分析表明(圖3),4種檉柳灌叢中,0—100 cm土壤有機(jī)碳密度在(15.00±1.40)—(63.49±7.51) Mg C/hm2之間,土壤有機(jī)碳密度由大到小的順序是多花>剛毛>沙生>多枝,多花和沙生檉柳灌叢土壤有機(jī)碳密度的最大值出現(xiàn)在表層0—10 cm,且隨著土層深度的增大呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。多枝和剛毛檉柳灌叢土壤有機(jī)碳密度的最高值出現(xiàn)在土層深度為10—20 cm處。0—10 cm土層土壤有機(jī)碳含量在13%—43.7%之間,地下1 m內(nèi),0—50 cm土壤有機(jī)碳密度所占比例為82.3%—96.4%之間,其中剛毛檉柳為96.4%,沙生檉柳為82.3%；而50—100 cm土層土壤有機(jī)碳密度僅占3.6%—17.7%之間?？傮w而言,不同檉柳灌叢0—50 cm土層深度的土壤有機(jī)碳密度高于50—100 cm土層深度土壤有機(jī)碳的密度。另外,因?yàn)闄f柳的根系較深,1 m以下的土壤有機(jī)碳密度需要進(jìn)一步深入研究。與生物量碳相比,4種檉柳土壤有機(jī)碳密度最大的是多花檉柳,最小的是多枝檉柳,土壤有機(jī)碳密度分布情況基本與生物量碳分布一致,說(shuō)明檉柳灌叢土壤有機(jī)碳來(lái)源主要來(lái)自生物量。

2.3 不同灌叢類(lèi)型有機(jī)碳差異

根據(jù)表1,4種檉柳灌叢中,總有機(jī)碳密度最大的是多花檉柳灌叢((65.60±7.83) Mg C/hm2),其次是剛毛檉柳灌叢((63.16±5.94) Mg C/hm2),最小的是多枝檉柳灌叢((15.59±1.48) Mg C/hm2)。生物量碳密度最大的是剛毛檉柳灌叢,其值為(2.40±0.26)MgC/hm2,土壤有機(jī)碳密度最大的是多花檉柳灌叢,其值為(63.49±7.51) Mg C/hm2。4種檉柳灌叢土壤有機(jī)碳密度平均是生物量碳密度的24倍,其中,多花檉柳土壤有機(jī)碳密度是生物量碳密度的30倍,沙生檉柳比值為14倍。與前人結(jié)果相比[1-2,4,7],荒漠灌叢土壤有機(jī)碳密度比生物量碳密度要高出很多,原因在于荒漠植物的生物量較小,而土壤有機(jī)碳的積累經(jīng)歷了一個(gè)長(zhǎng)期的積累過(guò)程。沙生檉柳主要分布于塔克拉瑪干沙漠邊緣的流動(dòng)沙丘上,在北疆固定與半固定沙丘上反而沒(méi)有,其土壤有機(jī)碳積累量與積累速度相較其余3種檉柳類(lèi)型要低。從4種不同檉柳灌叢在新疆的分布面積來(lái)看,分布面積最大的檉柳灌叢是剛毛檉柳,其次是多枝檉柳,最小的是多花檉柳；蓋度最大的是多枝檉柳,最小的是多花檉柳。由于有機(jī)碳密度、分布面積和蓋度的不同,總有機(jī)碳貯量以剛毛檉柳最高,為(56.96±5.36) Tg,多花檉柳最低,為(0.28±0.03) Tg,各檉柳灌叢有機(jī)碳貯量差異顯著。

表1 新疆4種檉柳灌叢有機(jī)碳貯量

2.4 不同檉柳灌叢有機(jī)碳密度與環(huán)境因子關(guān)系

根據(jù)表2可以看出,土壤有機(jī)碳與土壤含水量、有機(jī)質(zhì)、全N含量和電導(dǎo)率呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),多元線性回歸方程為：

Cs=3.433-10.943X1+ 0.378X2-2.935X3+0.017X4

式中,Cs為土壤有機(jī)碳；X1為土壤含水量；X2為土壤有機(jī)質(zhì)；X3為土壤全N；X4為土壤電導(dǎo)率。

生物量碳與土壤含水量、有機(jī)質(zhì)呈顯著正相關(guān)(P<0.05),多元線性回歸方程為：

Cp=2.042-11.930X1+0.011X2

式中,Cp為生物量有機(jī)碳；X1為土壤含水量；X2為土壤有機(jī)質(zhì)。

說(shuō)明在干旱環(huán)境下,植物生物量對(duì)土壤含水量和土壤中有機(jī)質(zhì)依賴(lài)較高,而土壤有機(jī)碳主要來(lái)自土壤有機(jī)質(zhì),并且土壤有機(jī)碳的積累與土壤中的含水量、含鹽量以及全N的分解有一定的關(guān)系。

根據(jù)相關(guān)分析,4種檉柳灌叢土壤有機(jī)碳密度均表現(xiàn)出與土壤有機(jī)質(zhì)關(guān)系密切,而除了多枝檉柳,其余檉柳灌叢土壤有機(jī)碳與土壤全N含量密切相關(guān),多花檉柳和剛毛檉柳土壤有機(jī)碳與含水量關(guān)系密切；生物量碳密度均與土壤含水量、有機(jī)質(zhì)表現(xiàn)出顯著性相關(guān)關(guān)系(P<0.05),多枝檉柳與剛毛檉柳地下生物量碳密度與土壤含水量呈現(xiàn)極顯著相關(guān)關(guān)系(P<0.01),說(shuō)明二者的根系生長(zhǎng)對(duì)水分要求更高。

表2 檉柳灌叢有機(jī)碳密度與環(huán)境因子相關(guān)系數(shù)

*P<0.05,**P<0.01

3 討論

綠色植物通過(guò)光合作用吸收大氣中的CO2固定為植物本身的有機(jī)碳,在穩(wěn)定全球氣候、減緩溫室效應(yīng)方面發(fā)揮了重要作用。植物碳含量是植物碳貯量的一種度量,反映綠色植物的固碳能力[26],不同植物固碳能力有差異,不同研究得出的結(jié)果也不同[27]。灌木生物量碳是植被碳庫(kù)的度量,是評(píng)價(jià)荒漠生態(tài)系統(tǒng)功能和進(jìn)行碳循環(huán)研究的基礎(chǔ),對(duì)研究生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分配和碳循環(huán)具有重要意義[21]。檉柳是荒漠主要建群種之一,對(duì)荒漠生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定具有重要作用,其生物量研究一直受到學(xué)者的重視。安尼瓦爾等[14]、董道瑞等[15]、彭守璋等[16]都對(duì)檉柳屬植物地上生物量進(jìn)行過(guò)研究,海依沙爾·哈力木江等[17]對(duì)檉柳地下生物量進(jìn)行了研究,而李丕軍等[28]對(duì)3種檉柳含碳量進(jìn)行了研究,平均結(jié)果為48.67%。本研究對(duì)地上生物量和地下0—100 cm生物量進(jìn)行了取樣,并根據(jù)碳含量系數(shù)(0.5)進(jìn)行了生物量碳分析,結(jié)果顯示4種檉柳灌叢地上生物量碳密度和地下生物量碳密度相差不是很大,生物量碳密度在0.59—2.35 Mg/hm2之間,根冠比在0.92—1.71之間,但干旱區(qū)檉柳根系分布較深,本研究取樣深度不夠?qū)е赂诒纫葘?shí)際小。生物量碳與土壤含水量、土壤有機(jī)質(zhì)關(guān)系密切,在干旱區(qū),土壤水分是植物生長(zhǎng)最大的限制因子,也是影響生物量有機(jī)碳庫(kù)的重要因子,單立山等[21],王會(huì)提等[22]、張道遠(yuǎn)等[23]、都證明了水分對(duì)檉柳的生長(zhǎng)和分布具有顯著的影響。類(lèi)似生境下,4種檉柳表現(xiàn)出不同的適應(yīng)性,剛毛檉柳生長(zhǎng)得更好,表現(xiàn)為更大的生物量碳庫(kù),沙生檉柳則主要生長(zhǎng)于流動(dòng)沙丘。因此,在防風(fēng)固沙的物種選擇上也有一定的參考作用。

土壤有機(jī)碳對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程、大氣組成及氣候變化速率的作用及其重要意義已得到了普遍的認(rèn)同[10]。其積累是長(zhǎng)期過(guò)程的結(jié)果,本研究結(jié)果表明,土壤有機(jī)碳與含水量、有機(jī)質(zhì)、電導(dǎo)率有極顯著正相關(guān)關(guān)系。土壤有機(jī)質(zhì)是有機(jī)碳的主要來(lái)源,土壤有機(jī)質(zhì)來(lái)自地上植被的枯落物、植物根系、動(dòng)物和微生物遺體等。其輸入量在很大程度上取決于氣候條件、土壤水分狀況與養(yǎng)分有效性、植被生長(zhǎng)及人為擾動(dòng)等因素,而有機(jī)物質(zhì)的分解速率則依賴(lài)于有機(jī)物質(zhì)的化學(xué)組成、土壤水熱狀況及物理化學(xué)等因[29]。土壤水分通過(guò)對(duì)土壤孔隙的通透性、植物根系和微生物產(chǎn)生影響,從而影響土壤有機(jī)碳的積累[30]。根系對(duì)離子的選擇吸收和吸收速率不同造成根際土壤鹽離子變化[31],檉柳通過(guò)泌鹽作用富集鹽離子,進(jìn)而影響土壤根際有機(jī)碳的積累。

灌叢“肥島”有利于土壤有機(jī)碳的積累,但“肥島”現(xiàn)象隨深度而逐漸變?nèi)? 據(jù)研究,檉柳灌叢“肥島”的深度可達(dá)50 cm[32],李龍[33]等按0—20,20—60,60—100 cm劃分了3個(gè)層級(jí)分層取樣研究,結(jié)果顯示土壤有機(jī)碳含量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì),與本文多枝與剛毛檉柳土壤有機(jī)碳含量變化一致；羅永清等[34]在科爾沁沙地不同坡位半固定沙丘的不同坡位土壤碳含量均隨深度增加顯著降低,主要變異層發(fā)生在0—40 cm,與本文多花與沙生檉柳土壤有機(jī)碳含量變化一致,且多花與多枝檉柳土壤有機(jī)碳在40—50 cm深度活躍,說(shuō)明該層根系分布較多,其死亡分解、分泌物以及根系與環(huán)境的共同作用,如水分再分配、水力提升等導(dǎo)致該層較為活躍[30]。

4 結(jié)論

新疆干旱區(qū)4種檉柳灌叢有機(jī)碳密度和碳貯量因其生物量差異以及與環(huán)境因子的適應(yīng)性不同表現(xiàn)出了顯著的差異性：有機(jī)碳密度從大到小的順序是多花((65.60±7.83)Mg C/hm2)>剛毛((63.16±5.94)Mg C/hm2)>沙生((29.65±2.28)Mg C/hm2)>多枝((15.59±1.48)Mg C/hm2)。4種檉柳灌叢總有機(jī)碳貯量為75.00±6.76Tg,以剛毛檉柳最高,多花檉柳最低,各檉柳灌叢有機(jī)碳貯量差異顯著；土壤含水量、有機(jī)質(zhì)對(duì)生物量碳和土壤有機(jī)碳有顯著影響,說(shuō)明在干旱環(huán)境下,檉柳的生長(zhǎng)對(duì)土壤含水量和土壤中有機(jī)質(zhì)依賴(lài)較高,但不同類(lèi)型的檉柳對(duì)水分和有機(jī)質(zhì)的要求則有所不同?？傊?檉柳灌叢的碳匯作用顯著,在荒漠與綠洲過(guò)渡帶生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用,但荒漠灌叢的類(lèi)型較多,碳匯能力和對(duì)荒漠生態(tài)系統(tǒng)的作用也不同。

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Carbon storage characteristics of four differentTamarixL. shrubs in the arid land of Xinjiang Province

WANG Xin1,2,3,4, YANG Degang1,*, XIONG Heigang2, LIU Yanyan1,2,3, ANWAR Mohammat1,4

1 Xinjiang Institute of Ecology and Geography, Chinese Academy of Sciences, Urumqi 830011, China2 Resource and Environmental Science Institute of Xinjiang University, Urumqi 830046, China3 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China4 Xinjiang Branch, Chinese Academy of Sciences, Urumqi 830011, China

Organic carbon storage of shrubs is significant in research concerning soil properties and carbon cycle in arid land. However, few studies have investigated both biological biomass carbon (BBC) and soil organic carbon (SOC) of shrubs. In the present study, four differentTamarixL. shrubs (Tamarixhohenackeri,Tamarixramosissima,Tamarixhispida, andTamarixtaklamakanensis) distributed in the arid land of Xinjiang were chosen as research samples. The aim of the present study is to compare the distribution characteristics of biological biomass carbon, soil organic carbon, and carbon storage of four kinds of shrubs. We investigated 23 sample plots (100 m×100 m) of four differentTamarixL. shrubs in Southern and Northern Xinjiang. We randomly chose three quadrats (10 m×10 m) to obtain the aboveground biomass in each sample plot and dug three sample pits (1 m×1 m) divided into 0—10, 10—20, 20—30, 30—40, 40—50, and 50—100 cm five soil layers. We calculated the biological biomass carbon density (BBCD) and soil organic carbon density (SOCD) to obtain the underground biomass, soil physical and chemical properties, and carbon storage according to the distribution area from the “vegetation map of Xinjiang”. The results showed that: 1)T.hispidahad the highest density of plant biomass carbon, followed byT.hohenackeri,T.taklamakanensis, andT.ramosissima. The value of plant biomass carbon density was between 0.59 and 2.35 Mg C/hm2. The aboveground biomass carbon density was between 0.31 and 0.94 Mg C/hm2, and the underground biomass carbon density was between 0.28 and 1.49 Mg C/hm2of 0—100 cm depth. The root shoot ratio was between 0.92 and 1.71. 2) The SOC value from big to small includedT.hohenackeri,T.hispida,T.taklamakanensis, andT.ramosissima. The maximum SOCD value ofT.hohenackeriandT.taklamakanensiswas 0—10 cm soil layer, and the maximum SOCD value ofT.hispidaandT.ramosissimawas 10—20 cm soil layer. The SOC value of 0—10 cm soil layer was 13%—43.7%, and the SOC value of 0—50 cm soil layer was 82.3%—96.4% from the surface of soil to 100 cm depth. 3) According to the distribution area of fourTamarixL. shrubs in the arid land of Xinjiang, the carbon storage value was between 0.28±0.03 Tg and 56.96±5.36 Tg, and the whole carbon storage value was between 75.00±6.76 Tg. The maximum carbon storage wasT.hispida, and the lowest wasT.hohenackeri. 4) A significant correlation was presented between BBC, SOC, soil water content, and soil organic matter (SOM). SOC (Cs) had a distinct positive correlation with soil water content (X1), SOM (X2), total nitrogen (TN,X3), and conductivity (X4) (P<0.01); the multiple linear regression equation was calculated asCs=3.433-10.943X1+0.378X2-2.935X3+0.017X4. BBC (Cp) had a positive correlation with soil water content and SOM (P<0.05); the multiple linear regression equation was calculated asCp=2.042-11.930X1+0.011X2. The results show that different types ofTamarixL. have different requirements of water and organic matter, and their carbon sequestration capacity and effect on the desert ecosystem were different. Therefore, in terms of utilization, the selection needs to be focused on different characteristics of plants.

TamrixL.; biological biomass carbon; soil organic carbon; environmental factor

中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)(XDA05050301- 2);科技部科技基礎(chǔ)性工作專(zhuān)項(xiàng)(2015FY110303- 6)

2016- 03- 07; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2017- 02- 23

10.5846/stxb201603070403

*通訊作者Corresponding author.E-mail: dgyang@ms.xjb.ac.cn

王鑫,楊德剛,熊黑鋼,柳妍妍,安尼瓦爾·買(mǎi)買(mǎi)提.新疆干旱區(qū)4種檉柳灌叢碳貯量特征.生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(13):4384- 4391.

Wang X, Yang D G, Xiong H G, Liu Y Y, Anwar Mohammat.Carbon storage characteristics of four differentTamarixL. shrubs in the arid land of Xinjiang Province.Acta Ecologica Sinica,2017,37(13):4384- 4391.