黄土丘陵区铁杆蒿群落表层土壤有机碳动态及其影响因子

王琼芳，陈云明，刘小梅，崔 静，艾泽民

(1.西北农林科技大学资源环境学院，陕西 杨凌 712100； 2.西北农林科技大学 黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室；中国科学院 水利部 水土保持研究所，陕西 3.陕西省定边县水资办，陕西 榆林 718600； 4.西北农林科技大学林学院，陕西 杨凌 712100)

前植物生产层

黄土丘陵区铁杆蒿群落表层土壤有机碳动态及其影响因子

王琼芳1,3，陈云明2，刘小梅3，崔 静1，艾泽民4

(1.西北农林科技大学资源环境学院，陕西 杨凌 712100； 2.西北农林科技大学 黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室；中国科学院 水利部 水土保持研究所，陕西 3.陕西省定边县水资办，陕西 榆林 718600； 4.西北农林科技大学林学院，陕西 杨凌 712100)

以黄土丘陵区铁杆蒿(Artemisiasacrorum)草地为研究对象，采用野外调查与室内分析相结合的方法，分析其表层土壤有机碳含量和密度，以期揭示自然恢复过程中其动态变化规律以及海拔、土壤等因子对其的影响。结果表明，随着退耕年限的增加，铁杆蒿群落土壤平均有机碳含量呈先增加(退耕12～20 a)后减少(退耕20～28 a)再增加的趋势(退耕28～45 a)，退耕12～20、28～40和40～45 a的年增长率分别为5.50%、4.05%和10.11%；退耕20～28 a的年减少率为3.13%。土壤表层总有机碳密度变化趋势与土壤有机碳含量相似，退耕12～24、28～40和40～45 a的年增长率分别为4.10%、4.56%和8.58%，退耕24～28 a的年减少率为7.49%。相关性分析表明，土壤有机碳含量与地上生物量、地下生物量、全氮含量呈显著正相关，与海拔呈显著负相关。

生物量；土壤有机碳密度；土壤有机碳含量；植被自然恢复

黄土丘陵区是我国水土流失最为严重的地区之一，也是国家退耕还林还草及生态建设的重点区域[1-2]。自1998年国家在这一地区实施退耕还林(草)政策以来，以封山禁牧为主要措施的草地生态系统恢复重建取得了长足的发展，退耕地撂荒后形成的自然草本植被，不仅可以有效保持水土、改善生态环境，同时也可以对区域植被碳汇做出重要贡献[3]。铁杆蒿(Artemisiasacrorum)系暖温性中旱生半灌木植物，陕北黄土高原是其分布区几何中心和多度中心，在该区的草原、森林草原和落叶阔叶林区都有分布，自然状态下主要是在森林草原地带形成优势背景[4]。退耕地5～6 a后出现铁杆蒿种群，并随退耕年限的增加在较短时间内成为群落优势物种并稳定存在[5]。铁杆蒿抗旱能力强，根系发达，是一种优良的水土保持物种，其群落通过对土壤容重、孔隙度、团聚体、有机质等理化性质的明显改善，可以大幅度提高土壤稳定入渗速率，减少水土流失，改善退化的生态环境[5-6]。研究区自然恢复草地的演替进程依次经历猪毛蒿(Artemisiascoparia)群落-赖草(Leymussecalinus)群落-长芒草(Stipabungeana)群落、铁杆蒿群落、达乌里胡枝子(Lespedezadahurica)群落-白羊草(Bothriochloaischaemum)群落[7]，铁杆蒿群落是其自然恢复过程中的重要阶段，因此，研究该区铁杆蒿群落土壤有机碳库特征在黄土高原地区最具代表性。目前，已有许多学者从种群分布、群落演替、水分平衡以及养分效应等方面对铁杆蒿群落进行了研究[7-10]，而对铁杆蒿群落长时间序列自然恢复过程中土壤有机碳动态及其影响因子的研究则少见报道。本研究分析退耕年限12～45 a铁杆蒿群落土壤碳积累的时空动态及其与地上和地下生物量、海拔、土壤因子间的关系，可丰富黄土丘陵区草地生态系统土壤固碳增汇相关研究成果，为其经营管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1研究区自然概况 研究区设在典型的黄土丘陵沟壑区——陕西省安塞县境内，地理位置105°51′44″～109°26′18″ E，36°22′40″～36°32′16″ N，海拔997～1 731 m。气候属暖温带半干旱季风气候，多年平均降水量505.3 mm，且年内分布不均，降水主要集中在6-8月；全年无霜期160～180 d，年日照时数2 352～2 573 h，日照百分率54%左右；年平均气温8.8 ℃[5]，≥10 ℃年积温2 866 ℃·d。土壤以黄绵土为主，约占总面积的95%左右。境内地形地貌复杂多样，沟壑纵横、川道狭长、梁峁遍布，沟壑密度为4.7万条·km-2，水土流失面积约占总面积的96%[10]，属典型的生态环境脆弱区。植被区划为森林草原区，天然森林植被已全部遭受破坏，仅有一些由散生乔木和灌木组成的林分生长于水分条件较好的沟谷，乔木树种主要有小叶杨(Populussimonii)、臭椿(Ailanthusaltissima)、杜梨(Pyrusbetuleafolia)等；灌木多为森林地带的一些优势种和次优势种，如狼牙刺(Sophoraviciifolia)、虎榛子(Ostryopsisdavidiana)、土庄绣线菊(Spiraeapubescens)等；草本植被多分布在梁峁坡，主要优势种有长芒草、白羊草、铁杆蒿、茭蒿(A.giraldii)、兴安胡枝子(L.daurica)等。

1.2研究方法

1.2.1植物调查与测定 于2007年7月在全面踏查的基础上，根据植物群落结构特征和物种组成及撂荒年限，选取以天然更新为主且人为干扰较少、面积为30 m×30 m的铁杆蒿群落样地9个，基本信息见表1。退耕年限通过访问当地居民获取，样地地理位置、坡向、海拔采用手持GPS测定，坡度采用坡度仪测定。植被调查时，按对角线法在每块样地内设置面积为1 m×1 m的3个样方。调查内容主要有群落植物种类、盖度、地上生物量、地下生物量等。群落盖度采用目测法测定。地上生物量测定采用收获法，分优势种和其他种齐地面刈割，分别装袋，野外称鲜质量，带回实验室经杀青以后，80 ℃恒温烘至质量恒定，以获取生物量干质量；地下生物量测定采用专用土钻法，钻头直径10 cm，长15 cm，与地上调查同步进行，在群落调查的样方内取样，深度为60 cm，每20 cm为一层，共取3层样，将各层的根样带回实验室分别用1 mm、0.5 mm孔径的筛子组成的冲洗设备进行冲洗，然后用镊子将根系从两个筛子中挑出，以确保根系挑拣完全，采用65 ℃恒温烘干后，用精确度为0.000 1 g的天平称量获取其干质量。

1.2.2土壤采样与测定 土壤容重与土壤养分取样分0～10和10～20 cm两个土层进行，共3个重复。土壤容重采用容积100 cm3的环刀法，将环刀内的原状土在105 ℃下烘干至质量恒定后称量，计算土壤容重。用于分析土壤养分土样在室内风干后，将样品磨碎过1、0.25 mm筛孔后装入塑封袋中，分析有机质、全氮。用重铬酸钾容量-外加热法测定有机质[7]；半微量凯氏法测定全氮[7]。

1.2.3计算方法 土壤有机碳密度是指单位面积一定深度的土层中有机碳的储量，一般用t·hm-2或kg·m-2表示，本研究采用的土壤有机碳密度(SOCdensity)计算公式[11]为:

SOCdensity=Ci·θi·Di·(1-δi)/100.

式中，i为土层，Ci为第i层土壤有机碳的平均含量(g·kg-1)，θi为第i层土壤容重(g·cm-3)，Di为第i层土壤厚度(cm)，δi为第i层中直径大于2 mm的石砾所占的体积百分比(%)。根据土壤石质度级别与δ的关系，鉴于黄土高原土壤特性，几乎没有粒径大于2 mm的砾石，取值为0.5%[12]。如果某一土壤剖面由m层组成，那么该剖面的有机碳密度(DSOC,kg·m-2)为[11]:

年增长率(α1)和减少率(α2)的计算公式[13]：

α1=[(ρn-ρ0)/ρ0]/n×100%；

α2=[(ρ0-ρn)/ρ0]/n×100%；

年增加量(δ1)或减少量(δ2)：

δ1= (ρ0-ρn)/n；

δ2= (ρn-ρ0)/n.

式中，α1或α2分别为年增长率或减少率(%)；δ1或δ2分别为年增加量或减少量[t·(hm-2·a)-1]；ρ0为土壤有机碳初始值(t·hm-2)；ρn为试验n年后土壤有机碳(t·hm-2)；n为试验年数。

1.2.4数据处理 应用单因素方差分析(One-wayANOVA)和最小显著差异法(LSD)比较铁杆蒿群落土壤有机碳含量差异显著性；利用相关性分析土壤有机碳含量和地上生物量、地下生物量以及全氮含量、海拨高度的关系，所有的统计分析均用SPSS 13.0软件完成。

表1 样地基本情况Table 1 General information of sites

2 结果与分析

2.1不同退耕年限铁杆蒿群落土壤有机碳含量和有机碳密度

2.1.1土壤有机碳含量 随着退耕年限增加，铁杆蒿群落土壤平均有机碳含量呈先增加(退耕12～20 a)后减少(退耕20～28 a)再增加的趋势(退耕28～45 a)(表2)。处于演替生长初期的退耕12 a铁杆蒿群落土壤平均有机碳含量最低，其平均值为6.376 g·kg-1。退耕12～20、28～40和40～45 a的铁杆蒿群落土壤平均有机碳含量均随退耕年限的增加而明显增加，年增长率分别为5.50%、4.05%和10.11%；退耕20～28 a随退耕年限增加而明显减小，但仍略高于退耕12 a，年减少率为3.13%。不同退耕年限铁杆蒿群落土壤有机碳含量均随着土层深度的增加而减少，且差异极显著(Plt;0.01)，其中以退耕45 a铁杆蒿群落减少幅度最大，退耕30 a减幅最小。同一土层，退耕年限不同，土壤有机碳含量不同，且随退耕年限的增加，不同土层的土壤有机碳含量变化趋势与其平均含量相似。0～10 cm土层，退耕12 a含量最小，除退耕28 a外与其余各年限间均差异显著(Plt;0.05)；退耕45 a含量最大，均与各年限间差异显著(Plt;0.05)。10～20 cm土层，仍以退耕12 a含量最小，与除退耕16、28 a外的其余各年限间差异显著(Plt;0.05)；退耕40 a含量最大，除退耕45 a外，与其余各年间均差异显著(Plt;0.05)。

2.1.2土壤有机碳密度 不同退耕年限铁杆蒿群落各土层土壤总有机碳密度为1.506～3.481 kg·m-2(图1)，退耕45 a最大，退耕12 a最小。退耕12～24、28～40和40～45 a土壤总有机碳密度随退耕年限增加而明显增加，年增长率分别为4.10%、4.56%和8.58%，退耕24～28 a土壤总有机碳密度降低，年减少率为7.49%。撂荒自然恢复过程中，土壤有机碳密度随着土层深度的增加而减少，退耕30 a减少幅度最小，由1.067减小到0.906 kg·m-2，退耕45 a减少幅度最大，由2.339减小到1.142 kg·m-2。0～10和10～20 cm土壤有机碳密度变化范围分别为0.924～2.339和0.583～1.142 kg·m-2，且两土层之间差异极显著(Plt;0.01)，说明土壤有机碳的积累和转化主要集中在0～10 cm土层。随退耕年限的增加，不同层次土壤有机碳密度与总有机碳密度变化趋势相似。土壤有机碳密度随着植被退耕年限的延长不断的增加，但植被恢复不同阶段土壤总有机碳密度增加的幅度不同，土壤有机碳密度与有机碳含量变化表现一致。

表2 不同退耕年限铁杆蒿群落土壤有机碳含量Table 2 Soil organic carbon content of Artemisia sacrorum community in different restoration years g·kg-1

注:平均植±标准差。同列不同小写字母表示不同退耕年限间差异显著 (Plt;0.05)；同行大写字母表示不同土层间差异极显著(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土壤有机碳含量变化影响因素

2.2.1地上生物量 对不同退耕年限铁杆蒿群落地上生物量调查结果分析可以看出(图2)，铁杆蒿群落地上生物量随着退耕年限的增加总体呈上升趋势，其中，退耕12～28 a地上生物量波动幅度较大，退耕28～34 a呈相对稳定态，退耕34～45 a逐渐增加，这可能与群落的演替过程中种间竞争规律有关。退耕12 a铁杆蒿群落地上生物量最小，为219.544 g·m-2，退耕45 a最大，为退耕12 a的169.29%。退耕12～16和20～24 a地上生物量大幅度增加，年增加量分别为21.036和30.282 g·m-2，退耕28～30和34～45 a增加幅度减缓，年增加量分别为9.560和6.616 g·m-2；退耕16～20和24～28 a地上生物量大幅度减少，年减少量分别为18.857和15.564 g·m-2。退耕30～34 a减少幅度减缓，年减少量为1.838 g·m-2。相关性分析表明(图3)，铁杆蒿群落土壤有机碳含量与地上生物量呈显著正相关(Plt;0.05)。

图1 不同退耕年限铁杆蒿群落土壤有机碳密度Fig.1 Soil organic carbon density of Artemisia sacrorum community with different restoration years

注:不同大写字母表示同一恢复年限不同土层间差异极显著(Plt;0.01)。

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

图2 不同退耕年限铁杆蒿群落地上、地下生物量Fig.2 Aboveground biomass and underground biomass of Artemisia sacrorum community with different restoration years

图3 土壤有机碳含量与地上生物量关系Fig.3 Relationship between soil organic carbon content and aboveground biomass

2.2.2地下生物量 对不同退耕年限铁杆蒿群落0～60 cm土层地下生物量分析结果表明(图2)，铁杆蒿群落0～60 cm土层地下生物量随退耕年限的增加总体呈上升趋势，其中退耕12～20 a地下生物量波动幅度较大，退耕20～30 a呈相对稳定态，退耕30～45 a逐渐增加。退耕12 a铁杆蒿群落0～60 cm土层总地下生物量为0.966 1 kg·m-3，退耕45 a最大，为退耕12 a的183.21%。退耕12～16 a总地下生物量增加，年增加量0.181 7 kg·m-3；退耕16～20 a总地下生物量减少，年减少量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减小，但波动幅度小，变化在1.283 2～1.388 3 kg·m-3。退耕30～45 a呈稳定增加趋势，年增加量0.029 5 kg·m-3。不同退耕年限铁杆蒿群落地下生物量随土层深度增加而减少，且主要分布于0～20 cm土层，占0～60 cm总地下生物量的56.85%～77.49%。相关性分析表明(图4)，铁杆蒿群落土壤有机碳含量与地下生物量呈显著正相关(Plt;0.05)。

2.2.3土壤全氮含量 对不同退耕年限铁杆蒿群落土壤全氮含量的分析表明，铁杆蒿群落土壤全氮含量随着退耕年限的增加总体呈上升趋势且增幅不同，其在退耕12～20、28～30和40～45 a年增长率分别为6.14%、11.83%和12.92%。铁杆蒿群落退耕12 a的土壤全氮含量最小，为0.621 g·kg-1；退耕16 a土壤全氮含量为退耕12 a的10.35%，增量最小；退耕45 a土壤全氮含量为1.286 g·kg-1，增量最大，为退耕12 a的207.03%。相关性分析表明(图5)，铁杆蒿群落土壤有机碳含量与土壤全氮含量呈极显著正相关(Plt;0.01)。

图4 土壤有机碳含量与地下生物量关系Fig.4 Relationship between soil organic carbon content and underground biomass

图5 土壤有机碳含量与土壤全氮含量关系Fig.5 Relationship between soil organic carbon content and total nitrogen content

2.2.4海拔 通过调查分析得出，退耕28 a铁杆蒿群落样地海拔最高，为1 316 m，退耕45 a海拔最低，为1 137 m。不同恢复年限，海拔与土壤有机碳含量变化大体呈相反趋势。相关性分析表明(图6)，铁杆蒿群落土壤有机碳含量与海拔呈极显著负相关(Plt;0.01)。

图6 土壤有机碳含量与海拔的关系Fig.6 Relationship between soil organic carbon content and altitude

3 讨论与结论

黄土丘陵区铁杆蒿群落自然恢复过程中，土壤平均有机碳含量呈先增加(退耕12～20 a，退耕20 a比退耕12 a增加了43.96%)后减少(退耕20～28 a，退耕28 a比退耕20 a减少了25.07%)再增加 (退耕28～45 a，退耕45 a土壤有机碳含量比退耕28 a增加了123.80%)的趋势，但总体呈上升趋势，表明随退耕年限的增加，铁杆蒿群落土壤表现为碳汇，也印证了草地的恢复与重建可以显著增加土壤有机碳碳库对大气CO2固存量的说法[14]。退耕20～28 a土壤平均有机碳含量明显减少，可能与铁杆蒿群落演替过程中种间竞争规律有关，群落演替初期，种间竞争激烈，群落的生物多样性及生长处于相对不稳定态，铁杆蒿群落地上生物量和地下生物量分别在退耕12～28和12～20 a表现出较大幅度的波动，进而对有机碳含量产生显著影响；退耕28～45 a土壤平均有机碳含量逐渐增加，说明群落进入中期演替，处于一个相对稳定时期，枯落物和死亡根系逐步增多，土壤养分的富集量大于其消耗量，土壤有机碳含量得到明显改善[15-16]。

土壤有机碳密度是计算土壤有机碳储量的关键因子，现已成为评价和衡量土壤中有机碳储量的重要指标[17]。本研究表明，铁杆蒿群落土壤有机碳密度随着退耕年限的延长总体呈增加趋势，但植被恢复不同阶段有机碳密度增加的幅度不同，其变化趋势与有机碳含量变化表现一致，表明铁杆蒿群落的演替过程有助于提高土壤的固碳能力。徐香兰等[18]对黄土高原地区0～20 cm土层土壤有机碳密度进行了估量，得出其变幅为0.66～12.18 kg·m-2，其中大部分土壤有机碳密度集中在1～4 kg·m-2，黄土丘陵区的土壤有机碳密度较低。本研究得出不同退耕年限铁杆蒿群落0～20 cm土层总有机碳密度变化在1.506～3.481 kg·m-2，说明该区通过合理的植被恢复措施，土壤固碳增汇会有较大的潜力。本研究测定的0～10、10～20 cm土壤有机碳密度变化分别在0.924～2.339、0.583～1.142 kg·m-2，且两层之间差异极显著(Plt;0.01)。说明土壤有机碳的积累和转化主要集中在0～10 cm土层，这与曹丽花等[19]对西藏当雄不同退化程度高寒草甸土壤有机碳分布特征研究中所得到的0～10 cm土层中有机碳密度均高于10～20 cm土层的结论一致。

植被自然恢复过程中，凋落物主要来源于地上生物量，土壤有机碳主要来源于凋落物和根系分解所产生的有机质，因此，植被主要通过改变二者的数量和质量及其环境条件，从而影响有机碳的储存量、组成和稳定性[20-21]，植物根系的长度和生物量，根系周转和根系分泌物来源的碳可以直接输入土壤，也是撂荒地土壤有机碳的主要截获途径[22-23]。本研究得出土壤有机碳含量与地上、地下生物量均呈显著正相关，与赵景学等[24]在藏北高寒植被研究中得出的地上生物量与土壤有机碳含量呈正相关，曲卫东等[25]对该区柠条(Caraganakorshinskii)灌木林随着退耕年限的增加，地下生物量的增加有助于土壤有机碳含量的增加等结论具有一致性，也印证了土壤有机碳含量与地上、地下生物量之间存在紧密关系。碳氮循环通过生产和分解紧密联系，本研究铁杆蒿群落土壤有机碳含量与全氮含量呈极显著正相关，与王其兵等[26]对内蒙古锡林河流域草原，刘伟等[27]对黄土高原草地的土壤有机碳分布与全氮研究的相关结论一致，与高安社等[28]对不同草原类型研究中关于典型草原与荒漠草原有机碳与全氮含量之间呈弱相关结论不一致，碳氮循环及其相互作用的机制仍需进一步的研究。

海拔作为环境因子的综合体现，通过对植被类型和植被生产力的制约直接影响输入土壤的有机物质量，通过对土壤温度和水分等条件影响微生物对有机质的分解和转化[23]。现有的研究如黄土高原草地土壤有机碳与海拔呈正相关[27]，黄土丘陵区小流域不同深度土壤有机碳含量的空间分布特征随海拔升高而降低[29]，阿拉善主要草地类型土壤有机碳含量随海拔的降低而逐渐降低[30]等结论，反映出了海拔对土壤有机碳含量影响的复杂性。本研究表明，铁杆蒿群落土壤有机碳含量与海拔呈极显著负相关关系，即随着海拔的增高，铁杆蒿群落土壤有机碳含量降低，考虑到研究中的海拔相对高差仅179 m，该研究结论可以丰富海拔对土壤碳库影响的研究成果，仍有待更多的研究成果加以验证。

[1] 戴全厚,刘国彬,薛萐,等.黄土丘陵区封禁对土壤活性有机碳与碳库管理指数的影响[J].西北林学院学报,2008,23(4):18-22.

[2] 黄懿梅,安韶山,薛虹.黄土丘陵区草地土壤微生物C、N及呼吸熵对植被恢复的响应[J].生态学报,2009,29(6):2811-2817.

[3] 程积民,程杰,杨晓梅,等.黄土高原草地植被碳密度的空间分布特征[J].生态学报,2012,32(1):226-237.

[4] 朱志诚,贾东林.陕北黄土高原铁杆蒿群落生物量初步研究[J].生态学报,1993,13(3):243-251.

[5] 周萍,刘国彬,侯喜禄.黄土丘陵区铁杆蒿群落植被特性及土壤养分特征研究[J].草业学报,2008,17(2):9-18.

[6] 王国梁,刘国彬,周生路.黄土丘陵沟壑区小流域植被恢复对土壤稳定入渗的影响[J].自然资源学报,2003,18(5):529-535.

[7] 马祥华,焦菊英.黄土丘陵沟壑区退耕地自然恢复被特征以及与土壤环境的关系[J].中国水土保持科学,2005,3(2):15-22.

[8] 徐红梅,高琼,黄永梅,等.黄土高原森林草原区6种植物光合特性研究[J].植物生态学报,2004,28(2):157-163.

[9] 王静,杨持,尹俊,等.冷蒿种群在放牧干扰下遗传多样性的变化[J].生态学报,2004,24(11):2465-2471.

[10] 张婷,陈云明,武春华.黄土丘陵区铁杆蒿群落和长芒草群落地上生物量及土壤养分效应[J].中国水土保持科学,2011,9(5):91-97.

[11] 刘伟,程积民,陈芙蓉,等.黄土高原中部草地土壤有机碳密度特征及碳储量[J].草地学报,2011,19(3):425-431.

[12] 姚贤良,程云生.土壤物理学[M].北京:农业出版社,1986:8-33.

[13] 石峰,李玉娥,高清竹,等.管理措施对我国草地土壤有机碳的影响[J].草业科学,2009,26(3):9-15.

[14] 李裕元,邵明安,郑纪勇,等.黄土高原北部草地的恢复与重建对土壤有机碳的影响[J].生态学报,2007,27(6):2279-2287.

[15] 宋日,吴春胜,郭继勋.东北草原植物残体腐解动态研究(简报)[J].草业学报,2002,11(2):105-108.

[16] 焦峰,温仲明,焦菊英,等.黄丘区退耕地植被与土壤水分养分的互动效应[J].草业学报,2006,15(2):79-84.

[17] 解宪丽,孙波,周慧珍,等.中国土壤有机碳密度和储量的估算与空间分布分析[J].土壤学报,2004,41(1):35-43.

[18] 徐香兰,张科利,徐宪立,等.黄土高原地区土壤有机碳估算及其分布规律分析[J].水土保持学报,2003,17(3):13-15.

[19] 曹丽花,刘合满,赵世伟,等.退化高寒草甸土壤有机碳分布特征及与土壤理化性质的关系[J].草业科学,28(8):1411-1415.

[20] IGBP Terrestrial Carbon Working Group.The terrestrial carbon cycle:Implications for the Kyoto Protocol[J].Science,1998,280:1393-1394.

[21] 郭曼,郑粉莉,安韶山,等.植被自然恢复过程中土壤有机碳密度与微生物量碳动态变化[J].水土保持学报,2010,24(1):229-232.

[22] Jiang Y,Zhang Y G,Liang W J,etal.Profile distribution and storage of soil organic carbon in an aquic brown soil as affected by land use[J].Scientia Agricultura Sinica,2005,38(3):544-550.

[23] 武小钢,郭晋平,杨秀云,等.芦芽山典型植被土壤有机碳剖面分布特征及碳储量[J].生态学报,2011,31(11):3009-3019.

[24] 赵景学,陈晓鹏,曲广鹏,等.藏北高寒植被地上生物量与土壤环境因子的关系[J].中国草地学报,2001(1):59-63.

[25] 曲卫东,陈云明,王琳琳,等.黄土丘陵区柠条人工林土壤有机碳动态及其影响因子[J].中国水土保持科学,2011,9(4):72-77.

[26] 王其兵,李凌浩,刘先华,等.内蒙古锝林河流域草原土壤有机碳及氯素的空间异质性分析[J].植物生态学报,1998,22(5):409-414.

[27] 刘伟,程积民,高阳,等.黄土高原草地土壤有机碳分布及其影响因素[J].土壤学报,2012,49(1):68-76.

[28] 高安社,郑淑华,赵萌莉,等.不同草原类型土壤有机碳和全氮的差异[J].中国草地,2005,27(6):44-48.

[29] 孙文义,郭胜利,宋小燕.黄土丘陵沟壑区小流域土壤有机碳空间分布及其影响因素[J].生态学报,2011,31(6):1604-1616.

[30] 傅华,陈亚明,王彦荣,等.阿拉善主要草地类型土壤有机碳特征及其影响因素[J].生态学报,2004,24(3):469-476.

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

中国科学院战略性先导科技专项“暖温带落叶阔叶混交林区域森林固碳现状、速率和潜力研究”(XDA05050203)；中国科学院百人计划项目“黄土高原半干旱区群落水分平衡与调控机理”(kzcx2-yw-BR-02)

王琼芳(1987-)，女(回族)，甘肃白银人，在读硕士生，研究方向为水土保持与荒漠化防治。E-mail：gansuwqf@126.com

陈云明(1967-)，男，陕西澄城人，研究员，博士，研究方向为水分生态及森林水文。E-mail：ymchen@ms.iswc.ac.cn

S153.6+21

A

1001-0629(2013)01-0001-08