不同土地利用方式下我国北方土壤有机、无机碳库的变化趋势及原因分析

摘要

[目的]土壤碳酸盐含量的变化对干旱半干旱地区大气中CO2的吸附固定有重要影响.探究不同土地利用方式下土壤无机碳(SIC)含量沿土壤剖面的变化特征及其影响因素,理解其在土壤中的循环转化,有助于准确预测土壤碳储量对全球环境变化的响应和碳减排的效果.[方法]搜集、提取1990—2018年我国已发表的涉及撂荒地、灌木地、草地、林地和农田5种土地利用方式下0—100 cm不同土壤剖面深度土壤有机碳(SOC)和SIC含量的相关数据,分析不同利用方式下SOC和SIC的相互关系.[结果]SOC含量随土壤深度增加而降低,而SIC含量随土壤深度变化的特征在5种土地利用方式下有明显差别.在0—60 cm土层,农田和草地具有较高的SOC含量,灌木地具有较高的SIC含量,撂荒地中各土壤剖面层次的SOC和SIC含量均显著低于其他利用方式(P<0.05).在60—100 cm土层,撂荒地和灌木地SOC和SIC含量均明显低于其他3种土地利用方式.在0—20 cm土层,SOC/SIC值在农田土壤中(0.80±0.05)最高,而在撂荒地(0.40±0.02)和灌木地(0.50±0.03)最低.在20—60 cm土层,草地和农田土壤的SOC/SIC值在剖面各层显著高于撂荒地和灌木地(P<0.05).在60—100 cm土层,草地土壤中SOC/SIC值显著高于其他4种土地利用方式(P<0.05).在撂荒地、灌木地、林地(除了60—80 cm土层)和农田土壤中,SOC和SIC含量在各个剖面层次上均呈现显著正相关关系,而草地土壤中SOC和SIC含量则在各个土壤剖面呈现出显著负相关关系.根据估算,0—100 cm土层SIC储量能够占到整个土壤碳库(SOC+SIC)的60％～80％.草地0—100 cm的SOC储量最高,为C(56.65±4.00)kg/m2,是其他土地利用方式的1.6～3.7倍,撂荒地的SIC储量最低,为C(51.05±5.11)kg/m2,是其他4种土地利用方式的51.1％～57.5％.[结论]在我国北方干旱半干旱地区,农田、草地、灌木和林地土壤中秸秆、根茬、植株残渣等有机碳源的输入刺激了微生物的分解作用,促进了土壤有机碳向无机碳的转移过程,有利于大气CO2的截存.而撂荒地地面植被较少、生物化学风化作用弱,且易受环境扰动,不利于对大气CO2的吸附固定.此外,灌溉、耕作、施肥等人为因素驱使土壤中碳酸盐向深层土壤运移,导致农田土壤无机碳库在土壤深层积累,对CO2截存作用更大.而灌木地则通过根系水分输送驱动土壤深层碳酸盐向表层运移,导致深层土壤无机碳库减少,降低CO2固定潜力.