黃土丘陵區(qū)不同土地利用類型下深層土壤輕組有機碳剖面分布特征.docx

1、黃土丘陵區(qū)不同土地利用類型下深層土壤輕組有機碳剖面分布特征馬昕昕'2,許明祥2,3，張金3,邱宇潔2,脫登峰2(1西北農林科技大學資源環(huán)境學院，陜西楊凌712100；2西北農林科技大學水土保持研究所，陜西楊凌712100；3中國科學院水利部水土保持研究所，黃土高原土壤侵蝕與旱地農業(yè)國家重點實驗室，陜西楊凌712100)摘要：以黃土丘陵區(qū)林地(刺槐和檸條)、摺荒地及坡耕地3種土地利用類型為研究對象，以淺層土壤(0-100cm)為對照，采用有機碳密度分組法對不同利用類型深層七壤(100-400cm)輕組有機碳含量及其分配比例進行了研究。結果表明，】)3種土地利用類型七壤輕組有機碳含量:及其

2、分配比例隨土壤深度的增加而顯著下降，其含量的變化范圍為0.09-1.76g/kg,分配比例變化范圉為4.19%32.24%;各利用類型下亞深層(100-200cm)、深層(200T00cm)土壤輕組有機碳含噠為淺層的12.4%39.8%,分配比例為淺層的28.7%-66.2%；隨土層深度增加，輕組有機碳含雖及其分配比例的降幅在不同上地利用類型F表現為剌槐林地>搖荒地>檸條林地>坡耕地;2)各土地利用類型下同一土層輕組有機碳含仙及其分配比例不同，淺層、亞深層和深層土壤輕組有機碳含域及其分配比例表現為林地攫荒地>坡耕地。3)退耕還林還草增加了淺層土壤輕組有機碳含蛾及其分配比

3、例，卻降低了亞深層、深層土壤輕組有機碳含量及其分配比例，即與淺層土壤相比，植被恢復相對增加了深層土壤有機碳的穩(wěn)定性。關鍵詞：黃土丘陵區(qū)；利用類型；深層土壤；輕組有機碳中圖分類號：S】53.6.2文獻標識瑪：A文章編號：1008-505X(2013)04-1366-10DistributionoflightfractionorganiccarbonunderdifferentlandusetypesinthedeepsoillayerofhillyregionsoftheLoessPlateau,ChinaMAXin-xink2,XUMing-xiang21J,ZHANGJin3,QIUYu-j

4、ie2,TUODeng-feng2-3(1CollegeofResourcesandEnvironment,NorthwestA&FUniversityangling,Shaanxi712100,China；2InstituteofSoilandWaterConservation,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China3StateKeylaboratoryofSoilErosionandDry-landFarmingontheIoessPlateau/instituieofSoilandWaterConservat

5、ion,ChineseAcademyofScienceatuiMinistryofWaterResource,Yangling,Shaanxi712100,China)Abstract:TakingtheRobiniapseudoacaciawoodlands,Caraganakorshinskiishrublands,abandonedcroplands,andslopecroplandsinhillyregionsoftheLoessPlateauasstudyobjects,weinvestigatedthecontentsanddistributionratiosofsoillight

6、fractionorganiccarbon(LFOC)inthedeepsoillayer(100-400cm)underdifferentlandusetypesbyusingthemethodofrelativedensityfractionationwiththeshallowsoillayer(0-100cm)asthecontrol.Theresultsshowthattherearesignificantlydecliningtrendsinthecontentanddistributionratioofsoillightfractionorganiccarbonalongwith

7、theincreaseofsoildepthunderthestudiedlandusetypes.Thecontentsofsoillightfractionorganiccarbonrangefrom0.09to1.76g/kg,whilethedistributionratiosofsoillightfractionorganiccarbonrangefrom4.19%to32.24%.Underthethreelandusetypes,thecontentsanddistributionratiosofsoillightfractionorganiccarboninlhesub-dee

8、psoil(100-200cm)anddeepsoil(200-400cm)ofthatintheshallowlayer(0100cm)rangefrom12.4%to39.8%,28.7%to66.2%,respectively.rFhedecliningratesofthesoil收稿日期：2012-12-10接受日期：2013-04-10基金項目：國家自然科學基金(41171228,40971174)；中國科學院枚略性先導科技專項(XDA05050504)；中科院知識創(chuàng)新工程重要方向項目(KZCX2-YW-443)資助。作者簡介：馬昕昕(1988),女，河南洛陽人，碩士研究生，主要從事

9、土填質研演變研究。E-mail：maxinxin】25*通信作itTelE-mail:xumx©Conserv.,2002,22(6):29-31.：】5ChenL,GongJ,FuBetaZ.Effectoflanduseconversiononsoiloianiccaibonsequestrationintheloesshillyarea,Ix>e»8PlateauofChinaJ.Ecol.Res.,2007,22(4):641-648.16 JanzenHH,CampbellCA,BrandtSAetal.Light-fractio

10、norganicmatterinsoilsfromlong-termcroprotationsJ.SoilSci.Soc.Am.J.,1992,56(6):1799-1806.17 張文菊，吳金水，肖和艾，京成立.三江平原典型濕地制面有機碳分布特征與積累現狀J.地球科學進展，2004.19(4)：558-563.ZhangWJ,WuJS,XiaoHA,TongCL.ProfiledistributioncharacteristicandaccumulationoforganiccarbonintypicalwetlandsinSanjiangPlainJ.Adv.EarthSci.,2004,

11、19(4):558-563.18 劉光椒，蔣能慧，張連第，等.土壤理化分析與剖而分布MJ.北京：中國標準出版社,1996.LiuGS,JiangNH,ZhangLDetal.Soilphysicalandchemicalanalysis&descriptionofsoilprofilesM.Beijing：ChinaStandardsPress,1996.19,CarterMR,GregorichEG.Carbonandnilrogenstoragebydeep-rootedtailfescue(Illiumarundinaceum)inthesuHaceandsubsurfaceso

12、ilofafinesandyloamineasternCanadaJ.Agric.Ecosyst.Environ.,2010,136(1-2)：125-132.20方精云，陳安平.中國森林植被碳庫的動態(tài)變化及其意義J.植物學報，2001,43(9)：967-973.FangJY,ChenAP.DynamicforestbiomasscarbonpoohinChinaandtheirsignificanceJj.ActaBot.Sin.,2001,43(9):967-973.21PaulEA,CollinsHP,"avittSW.Dynamicsofresistantsoilcarbo

13、nofmidwestemagriculturalsoilsmeasuredbynaturallyoccurring14CabundanceJ.Geoderma,2001,104(3-4):239-256.22張金波，宋長春.土地利用對土壤碳庫影響的敏感性評價指標J.生態(tài)環(huán)境,2003,12(4)：500-504.ZhangJB,SongCC.'fileMinsitiveevaluationindicatorsofeffectsofland-usechangeonsoilcarbonpoolJ.Ecol.Environ.,2003.12(4)：500-504.23 DalalRC,May

14、erRJ.Long-termtrendsinfertilityofsoilsunderconditionscultivationanderredcroppinginsouthernQueenslandVI:Ix>ssoftotalnitrogenfromdifferentparticle-sizeanddensityfractionsJ.Auslr.J.SoilRes.,1987,25(4):83-93.24 BooneRD.Lightfractionsoilorganicmatter：OriginandcontributiontonetnitrogenmineralizationJ.S

15、oilKioLBiochem.,1994,26(11)：1459-1468.25 張金，許明祥，王征，等.黃土丘陵區(qū)植被恢復對深層土壤有機碳儲量的影響JJ.應用生態(tài)學報，2012,23(10)：2721-2727.ZhangJ,XuMX,WangZ.etal.EffectsofrrvegetationonorganiccarbonstorageindeepsoilsinhillyLoessPlateauregionofNorthwestChinafjj.Chin.J.Appi.Ecol.,2012,23(10):2721-2727.26 CadischG,ImhofH,UrquiaaSetal

16、.Carbonturnover(15C)andnitrogenmineralizationpotentialparticulatelightsoilorganicmatterafterrainforestclearingJ.SoilBiol.Biochem.,1996,28(12)：1555-1567.27 謝錦升，楊玉盛，解明曙，等.植被恢復對退化紅壤輕紐有機質的影響J.土壤學報,2008,45(1)：170-175.XieJS,YangYS,XieMSetal.Effectsofvegetationrestorationonsoilorganicmatteroflightfractioni

17、nerodeddegradedredsoilinsubtropicsofChinaJ.ActaPedoi.Sin.,2008,45(1)：170-175.28 析玉盛，劉艷麗，陳光水，等.格氏榜天然林與人工林土壤非保護性有機碳含械及分配;JJ.生態(tài)學報.2004,24(1)：18.YangYS,UuYL,ChenGSetal.ContentanddistributionofunprotectedsoilorganiccarboninnaturalandmonocultureplantationforestsofCaslanopsiskawakamiiinsubtropicalChinaJ.Ac

18、uEcol.Sin.,2(X>4,24(1)：1-8.lightfractionorganiccarboncontentsanddistributionratiosareRobiniapseudoacaciawoodlands>abandonedcroplands>Caraganakorshinskiishrublands>slopecroplands.Thecontentsanddistributionratiosofsoillightfractionorganiccarboninthesamesoillayeramongthethreelandusetypesare

19、different.Thecontentsanddistributionratiosofsoillightfractionorganiccarbonbothareforestlands>abandonedcroplands>slopelandsinthesethreelayers.BoththecontentsanddistributionratiosofsoillightfractionorganiccarbonareincreasedaftertheimplementationoftheGrainforGreenproject,whilethoseinthesub-deepan

20、ddeepsoilsofthoseintheshallowlayerarereduced.Comparedwiththeshallowsoillayer,thestabilityofdeepsoilorganiccarbonisenhancedrespectivelyintheprocessofrevegetation.Keywords:hillyregionsoftheIx)essPlateau;landusetype;deepsoillayer;lightfractionorganiccarbon土地利用/覆被變化是引起土壤碳通量及儲量變化的主要原因之一。黃土高原地區(qū)具有疏松深厚的黃土層，

21、加之退耕還林過程中深根性植被的建造,對深層土壤有機碳固存產生了重要影響，人工剌槐林、檸條林地以及援荒地深層土壤(100-200cm)有機碳密度占2m土體有機碳密度的比例可達35%40%。作為影響土壤有機碳固存的重要因素，土壤有機碳的穩(wěn)定性對評價土壤固碳效應、揭示深層土壤有機碳在生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)中的作用尤為重要，研究深層土壤固存有機碳的能力必須要考慮深層土壤有機碳的穩(wěn)定性。土壤有機碳的穩(wěn)定性取決于土壤有機碳不同組分的構成及其與環(huán)境的相互作用(3-41o物理保護作為土壤有機碳穩(wěn)定性的重要保護機制，主要通過土壤有機質與土壤中大小粒子結合成復合體或團聚體，使微生物難以靠近有機質進行分解而起到保護作用。因

22、此研究土壤有機碳穩(wěn)定性，首先要明確土壤有機碳的物理保護作用。密度分組就是通過物理方法將土壤中與礦質部分結合相對松散的部分，即輕組有機碳(lightfractionorganiccarbon,LFOC)和與表面粘粒礦物相結合、有更好地抵抗微生物降解能力的有機礦物復合物一重組有機碳(heavyfractionorganiccarbon,HFOC)分離開。其中,作為與礦質結合相對松散、分解速度相對較快的非保護性組分一輕組有機碳則是研究土地利用變化影響的主要部分。輕組有機碳含量在土壤總有機碳中所占的比例越大，就意味著有機碳中非保護性的碳越多,土壤有機碳越不穩(wěn)定，而不利于有機碳的長期積累36J,反之亦然

23、。國內外對土壤輕組有機碳進行了大晝研究"；。Sollins等"°】發(fā)現，加利福尼亞森林中,0一10cm土層LFOC占總有機碳含量的44%63%,而在1030cm土層降低為28%-46%；吳建國等*研究也顯示輕組有機碳分配比例總體隨土層深度增加而降低;在相同土層中，不同土地利用方式輕組有機碳分配比例不同，且差異主要在OTOcm土層中。黨亞愛等對黃土高原草地與農田土壤研究結果表明，LFOC含量及其在土壤有機碳中的分配比例隨土層加深而遞減,60cm以內土層中草地的LFOC含量較農田高,60cm土層以下差異不顯著。盡管黃土高原深根性植被的建造對淺層土壤輕組有機碳產生了較顯

24、著的影響，但對深層土壤有機碳組成及其穩(wěn)定性的影響尚不清楚。本研究以黃土丘陵區(qū)人工林地(刺槐林/?pseudoacaciawoodland、檸條林C.korshinskiishrubland)、搭荒地(abandondedcropland)、坡耕地(slopecropland)為研究對象，以0100cm±層作對比,研究各土地利用類型下土壤LFOC在下層(100T00cm)土壤中的分布特征，并對比各利用類型下同一土層LFOC占該層有機碳的比例，即LFOC的分配比例，揭示植被恢復過程中深層土壤有機碳的穩(wěn)定性，為區(qū)域植被恢復的土壤固碳效應評價提供依據。1材料與方法1.1研究區(qū)概況研究區(qū)位于安

25、塞縣紙坊溝(N36°51勺0”,E109。19'30”),流域面積8.27km?,年輻射總量492kj/cm2,年平均氣溫8.8Y,NOT的積溫3733.5Y；年均降水量為549.1mm,枯水年300mm左右，豐水年700mm以上,79月的降水量占全年降水量的61.1%,年蒸發(fā)ft>1463mm。該區(qū)地形破碎，溝壑縱橫，屬典型的黃土高原丘陵溝壑區(qū);土壤類型以黃土母質上發(fā)育而成的黃綿土為主，抗沖抗蝕能力差，水土流失嚴重，是生態(tài)環(huán)境恢復與重建的重點區(qū)域(，3-，4o經過30多年水土保持綜合治理，有效遏制了該區(qū)域水土流失，逐步恢復了退化生態(tài)系統(tǒng)，林地面積從1980年的不足5%

26、增加到40%以上。該區(qū)處于暖溫帶落葉闊葉林向干草原過渡的森林草原帶，常見的植被恢復類型有：以刺槐(Robiniapseudoacacia)為主的人工林；以檸條(Caraganakorshinskii)和沙棘(Hippophaerkamno)等為毛的人工林灌叢以及封禁后形成的黃刺玫(Rosaxanlhina)、丁香(Syringaoblata)、虎棒子(Ostrypsisdavidiana)和狼牙刺(Sophoraviciifolia)等天然灌叢；以鐵桿蒿(Artemisiasacrorum)、萎蒿(Artemisiagiraldii)、長芒草(Stipabungeana)、白羊草(Bothri

27、ochloaischaemum)、狗尾草(Setariaviridis)、披針苔草(Carexlancoolata)等為主的搖荒恢復草地'。1.2樣地選取和土填樣品采集2011年5月，在紙坊溝流域選擇歷史背景相同(植被恢復前為坡耕地)、立地條件相似、恢復年限相近、植株長勢基本一致的刺槐林、檸條林、摺荒地典型樣地及坡耕地各3塊，各樣地面積約為400600m。記錄各樣地的植被和地形特征(表1)。表1樣地概況Table1Characteristicsofstudiedsites土地利用l«anduse海拔Altitude(m)坡位Slopeposition坡度Slope(。)坡向A

28、spect主要植被類型Mainplantspecies林地剌槐林1195中20南阿爾泰狗娃花Heteropappusaltaicus,WoodlandRpseudodcaciaMiddleSouth長芒草S.bungeana,鐵桿葛A.sacrorumwoodland1202中F35南偏西阿爾泰狗娃花H.altaicus.%wer-middleSouthwest長芒草S.bungeana,益母草Leonunujaponicu,茵陳蒿Artemisiacapillaries1132下28南偏西白羊草Bothriochloaiscluimurn.LowerSouthwest長芒草S.bungean

29、a檸條林1232上10南長芒草S.bungeana,鐵桿蒿A.sacrorum,C.korshinskiiUpperSouth蘆葦Phragmitesaustralis,shrubland阿爾泰狗娃花H.altaicus1276中25西鐵桿蕊4.sormrum.阿爾泰狗娃花MiddleWest/.altaiciu，狗尾草S.fin'dis,美蒿A.giraldii1266中20南偏西鐵桿A.sacrorum，狗尾卓S.viridisMiddleSouthwest攜荒地1291中28東偏北茵陳蒿4.訕t,野豌豆Viciasepiurn.AbandonedmiddleEastwest鵝觀草

30、kamoji,cropland早-熟禾Papralensis1208中30東鐵桿蒿ASQcrorwi,及蒿4.giraldii,MiddleEast草木樨狀黃氏Astragalusmelilotoides1278上5西鐵桿蒿A.sacrorum，長芒草5.bungeana,UpperWest胡枝FIespedezabicolor,阿爾泰狗娃花dhaicus坡耕地1277中下20西糜子SlopeLower-middleWestPanicummiliaceumcropland1226中上30南黃豆Upper-middleSouthGlycinemax1298中下28南高梁Ijowcr-middle

31、SouthSorghumvulgare每塊樣地選3個樣點，用內徑為5cm的土鉆分層采000cm土樣,0200cm每20cm為層,200400cm每40cm為一層。取樣后揀去碎石和根系殘體，風干、研磨、過2mm篩。在采樣同時，分別在每個樣地挖400cm深的土壤削面，與土鉆取樣分層一致，測定每層土壤容重，同時在每層采集10cmx10cmx20cm大小土體,帶回實驗室后分揀、清洗植物根系，計算每層土壤的根系生物最（表2）。表2各樣地土壤剖面根系生物分布特征Table2Characteristicsofrootbiomassineachsoillayersinthestudiedsites土層Soil

32、layer(cm)刺槐林R.tseudoacaciawoodland檸條林C.korshinskiishrubland攜荒地Abandondedcropland坡耕地Slopecropland有機碳含覺SOC根系生物成Rootbiomass(g)有機碳含量SOCWkg）根系生物匿Rootbiocnass(g)有機碳含量SOC（g/kg）根系生物量Rootbiomass(g)有機碳含量SOC（l/kg）0204.30±0.06ab5.97±0.63a0.82±0.33ab6.72±0.45a261±0.44a5.42±1.25a3.90

33、±0.28a20-407.76±7.22a3.45±0.49b1.15±0.67ab263±0.28bede0.78±0.00b4.14±2.01b287±0.35b4000.44±0.14b269±0.27c0.82±0.52ab208±0.16cde0.60±0.26b282±0.56cZ52±0.44be60807.64±7.38a241±0.19cd0.45±0.47b1.99±0.21de0.14

34、±0.15c2.08±0.68cd217±0.32cd801004.16土3.86ab2.26±0.30cd0.72±0.37ab1.95±0.25eO.O9±O.O2c219±0.62迎Z27±0.38cd1001200.08±0.005b2.29±0.07cd220±3.05a2.46±0.21bede0.03±0.009c1.77±0.48cd243±0.46bed1201400.30±0.20b2.15±0.

35、22cd0.43±0.31b243±0.59bcde0.04±0.02c1.90±0.28cd209±0.29cd14016()0.30±0.10b2.08±0.58cd0.22±0.()9b245±0.49bcdcO.M±O.O32c1.62±0.23dZ(M±0.32cd1601800.19±0.16b2.10±0.92d0.12±0.09b164±0.41bed0.02±0.00c1.46±0.22<1Z

36、(M±0.34cd1802000.03土0.02bi.82±0.41d0.87±1.25ab279±0.19b0.07±0.02c1.44±0.26d208±0.31cd2002400.04±0.01b1.81±0.41d0.2()±0.21b3.06±0.】0bO.O3±O.O2c1.60±0.21d1.97±0.15d2402800.14±0.10b1.78±0.17d0.14±0.14b2.73±0.59b0.

37、01±0.007c1.59±0.06(l1.96±0.23d2S03200.14±0.08b1.91±0.33cd0.15±0.21b271±0.65be0.01±0.007c1.78±0.22cd202±0.09cd320-3600.(M±0.02b1.91±0.41cd0.31±0.45b285±0.49b0.01±0.007c1.90±0.11cd2.32±0.13cd360-4000.17±0.13b2.03

38、±0.28d0.12±0.06bZ74±0.22b0.01±0.001c1.56±0.13d2.46±0.20bed注(Note):根系生物量為10cmx10cmx20cm大小土體中的植物根系ItiRootbiomassmeanstheamountofplantrootsinthesoilwhichsizeis10cmx10cmx20cm；SOCSoilorganiccarbon.同列不同字母表示不同土層間差異顯著(P<0.05)DilTercntlettersinlhesamecolumnmeansignificantdifl

39、eivneesatthe0.05levelamongdifferentsoillayers.1.3試驗方法土壤有機碳物理分組（，h，171:稱取過2mm篩風干土樣10.0g于100mL離心管中，加入50mL比重為1.7g/cm，的Nal溶液，用手輕輕搖動離心管，使土壤與重液混合均勻?；旌衔镌跒檎鹚?50limes/min的往復震蕩機上振蕩60min。分散后的懸浮液在轉速3000r/min的離心機上離心10mino混合物表面懸浮物倒入0.45p,m的微孔濾膜過濾輕組有機質,再向高心管中加入20-30mLNal溶液，按同樣步驟再次分離、離心和收集重組物質（重復23次）。將收集的重組物質用0.01m

40、ol/LCaCl2溶液淋洗,再用蒸慵水淋洗直至無ci-反應,并轉移到已稱重的25mL燒杯中，在60T下烘干（24h）,稱重。得到重組物質占整個樣品質魚的比例。研磨過0.15mm篩,重銘酸鉀外加熱法測定重組土壤有機碳的含量。計算輕組有機碳含量:及其分配比例。土壤有機碳采用重銘酸鉀外加熱法測定。1.4數據處理試羚數據用Excel軟件進行預處理,SPSS18.0統(tǒng)計軟件對不同利用類型下不同土層輕組有機碳含址及其分配比例進行ANOVA分析,LSD法進行差異顯著性檢驗。用SPSS18.0統(tǒng)計軟件中的線性模型(generaloglinearanalysis,GLM)的方差成分估計模塊(varianceco

41、mponentsanalysis)計算利用類型、土層、有機碳含量、根系生物量等因子在土壤輕組有機碳含量及其分配比例變異(方差)中所占的百分比，其百分比的大小可反映各因子對土壤輕組有機碳含量及其分配比例的影響程度。將定性的利用類型賦以不同的編碼，使其定筮化，以利用類型、土層、有機碳含最、根系生物量等為隨機因子,用最小二乘無偏估計法計算各因素的方差。已有的土壤固碳研究主要針對上層(W100cm)土壤展開，土壤有機碳儲量:也多用100cm以上土層的碳密度為依據估算，據此，本研究將0100cm作為淺層，100cm以下為深層。另外為了方便研究，更好地描述結果,本文將100400cm土層細分為100200

42、cm、200T00cm兩個層次，并定義為亞深層和深層C2結果與分析2.1不同利用類型土壤中輕組有機碳(LFOC)含量的剖面分布特征林地(剌槐、檸條)、攫荒地、坡耕地三種利用類型下土壤輕組有機碳含最隨土層加深呈遞減趨勢(圖1),且亞深層(100200cm)、深層土壤(200400cm)LFOC含量與淺層土壤有顯著差異(P<0.05,圖2)。其中，刺槐林地亞深層和深層土壤LFOC含危分別為淺層(0-100cm)土壤的14.2%、9.7%，檸條林地亞深層和深層土壤LFOC含量:分別為淺層的19.7%、16.3%；擢荒地亞深層和深層土壤LFOC含量分別為其淺層的14.7%和12.4%；坡耕地亞深

43、層和深層土壤LFOC含量分別為淺層的39.8%、29.0%。幾種利用類型下亞深層土壤LFOC含量與深層之間無顯著差異(P>0.05)0圖1不同利用類型土填輕組有機碳LFOC含隨土層深度的變化Fig.1Thecontentsoflightfractionorganiccarbon(LFOC)ineachsoillayerunderdifferentlandusetypes淺土層中，林地和搖荒地土壤LOFC含量(1.76g/kg和0.86g/kg)分別為坡耕地(0.31g/kg)的5.7倍、2.8倍，三者之間差異顯著(P<0.05,圖2)；亞深層土壤中，林地和搖荒地LFOC含危分別為坡

44、耕地的2.4倍、1.0倍，其中檸條的LFOC含雖(0.34g/kg)與草地(0.13g/kg)、農田(0.12g/kg)有顯著差異，而刺槐的LFOC含量(0.25g/kg)與摧荒地、坡耕地無顯著差異;深土層中,林地和摺荒地LFOC含量分別為坡耕地的2.5倍、1.2倍,其中刺槐、檸條LFOC含量分別為0.17g/kg、0.28g/kg,均與攫荒地(0.10g/kg)、坡耕地(0.09g/kg)呈顯著差異。這表明，在0400cm剖面上，林地、摺荒地土壤的LFOC含量整體較坡耕地高.三種利用類型土壤的LFOC含量在0400cm剖面上變化為林地擺荒地>坡耕地。2.2不同利用類型土壤中輕組有機碳(

45、LFOC)分配比例的剖面分布LFOC分配比例表示輕組有機碳在土壤總有機碳中所占的比例。三種土地利用類型土壤LFOC分配比例隨土層深度增加而降低(圖3)。林地、擢荒地、坡耕地亞深層(100-200cm)、深層土壤(200T00cm)土壤LFOC分配比例與淺層(0100cm)差異顯著，且坡耕地、搏荒地亞深層、深層之間也達顯著差異水平(P<0.05,圖4)。其中，刺槐林地亞深層、深層土壤LFOC分配比例分別約為淺層的36.2%、28.7%；檸條林地亞深層、深層土壤LFOC土層(cm)Soillayer圖2不同利用類型土壤LFOC含量的剖面分布分配比例分別約為淺層的54.6%、42.8%；擺荒地

46、亞深層、深層土壤分別約為淺層的49.8%、39.5%；而坡耕地亞深層、深層土壤分別約為淺層的66.2%、47.1%?？梢姡寥繪FOC分配比例隨土層加深的降幅大小為刺槐>攫荒地檸條>坡耕地。從圖4可以看出，在淺土層.林地LFOC平均分配比例為28.0%，與指荒地（15.8%）和坡耕地（8.9%）三者之間差異顯著；亞深層土壤中，林地（12.3%）、擺荒地（7.8%）和坡耕地（5.9%）三者亦差異顯著;與其相似.深土層中，林地（9.7%）、摧荒地（6.2%）和坡耕地（4.2%）之間LFOC分配比例也有顯著差異。這表明，在0100cm剖面上，林地、擺荒地土壤LOFC分配比例整體較坡耕地高

47、。不同土地利用類型下LFOC分配比例與LFOC含情的分布規(guī)律相似，即為林地>攜荒地>坡耕地。Fig.2DistributionsofLFOCcontentinsoilprofilesunderdifferentlandusetypes注(Note):柱上不同字母表示不同土地利用類型間差弁顯哲(P<0.05)DifferentIrttcnsabovethebarsmeansignificantdifferences淺層Shallowlayer刺槐林R.pseudoacaciawoodland檸條林C.korshinskiishrubland摺荒地Abandonedcroplan

48、d坡耕地Slopecropland亞深Sub-<icq>layer土股(cm)Soillayer深層Deeplayer上層(cm)Soillayer圖4不同利用類型土壤LFOC分配比例剖面分布Fig.4LFOC/SOCdistributioninsoilprofilesunderdifferentlandusetypes注(Note)：柱上不時字毋表示不同利用類型間差異顯著(P<0.05)DifTrn*ntIrttcn*aboveth。ImrsmeansigniGcantdifferencesalthe0.05levelamongdifferentlandusetypes.(

49、)、盡出g會琦忘虹MAdosooh圖3不同利用類型土壤LFOC分配比例隨土層深度的變化Fig.3ThedistributionratioofLFOCineachsoillayerunderdifferentlandusetypes2.3輕組有機碳（LFOC）含量及其分配比例的影響因素用一般線性模型中的方差成分估計模塊，計算了各因子對土壤輕組有機碳含量及其分配比例變異性的貢獻（表3）。結果表明.黃土丘陵區(qū)土壤輕組有機碳（LFOC）含址及其分配比例主要受土層的影響，可分別解釋62.7%和44.9%的變異性;有機碳含量、根系生物量和容重對輕組有機碳含量及其分配比例的影響也較大，可分別解釋9.3%13

50、.9%和13.1%17.3%的變異性;利用類型對輕組有機碳含量及其分配比例的影響相比較前三個因子較小，可分別解釋3.3%和10.2%的變異性。可見,0T00cm剖面上，土層對土壤輕組有機碳的分布具有較大的影響，估算黃土丘陵區(qū)土壤固碳效應時應充分考慮深層土壤碳的穩(wěn)定性。同時，根系對土表3不同因子在土填輕組有機碳含量及其分配比例變異（方差）中的貢獻Table3ContributionofdifferentfactorsinthevariationofsoilLFOCcontentsandLFOC/SOC注（Note）:用GLM模型進行方差成分估計Estimatingvariancecomponen

51、tinGLMmodel,n=180.輕組有機碳含雖及其分配比例Contentanddistributionratio方差來源Variancesource利用類型Iandusetype土層Soillayer有機碳含量SOC根系生物量Rootbiomass容重SoilbulkdensityofsoilLFOC輕組有機碳方差Variance0.0110.2080.0360.0460.031LFOC占總方差的比例（）Variance%tototalvariance3.362.710.813.99.3輕組有機碳方差Variance0.0010.0040.0010.0020.00!分配比例LFOC/SOC

52、占總方差的比例（%）Variance%tototalvariance10.244.914.417.313.1壤輕組有機碳的分布也有較大的影響，尤其是深根性植被深層土壤的固碳效應是不可忽視的一部分。3討論作為巨大的碳庫,土壤積累和穩(wěn)定有機碳的能力受到極大關注3】。近年來的植被恢復對土壤有機碳產生了深刻的影響，本研究探索深層土壤有機碳作為碳匯能力的持續(xù)性問題.可為深層土壤作為可認證的“碳匯”提供科學依據。而解釋這些問題的關鍵在于將不同存在形態(tài)的有機碳分升來研究?；瘜W分組方法對上壤有機碳的結構具有破壞性,不能客觀地解釋七壤有機碳庫的穩(wěn)定性c因此本研究采用了對有機碳原有結構破壞較小的物理分組法，能客觀

53、反映七壤有機碳的結構和功能'叫，其中，輕組有機碳（LFOC）對氣候條件和土地利用較為敏感，可作為評價土壤碳庫變化的指標吧由于植被根系分布、生物活動、人工擾動等影響不同,LFOC在土壤剖面中的分布也存在差異I6-W1,與有關淺層土壤LFOC的研究結果相似，本研究結果顯示，林地（刺槐、檸條）、摺荒地、坡耕地三種利用類型R土壤中的LFOC含量在0400cm剖面上隨土層深度增加而顯著下降，變化范圍為0.091.76g/kg,其中，亞深層（100-200cm）、深層（200100cm）土壤LFOC含占淺層（0100）LFOC含地的比值為坡耕地>檸條林地>搏荒地>刺槐林地，即LF

54、OC含量隨土層深度的增加其降幅的大小為剌槐林地>搖荒地>檸條林地>坡耕地?？梢姡N利用類型下隨土層深度的增加,土壤中不穩(wěn)定、易變化的碳含量逐漸降低。另外,Boone241的研究結果表明，地上凋落物和地F根系是土壤輕組碳的主要來源，而耕作本身會減少土壤輕組碳含量6,本研究也得到相似結果。對比不同利用類型間相同土層，發(fā)現淺層（0100cm）中，林地（刺槐、檸條）、擂荒地的LFOC含量分別是坡耕地的5.7倍、2.8倍；亞深層（100200cm）中，林地、播荒地分別是坡耕地的2.4倍和1.0倍；深層（200T00cm）中,林地、摺荒地分別約為坡耕地的2.5倍、1.2倍。說明黃土高原

55、退耕還林還草過程對土壤剖面輕組有機碳的分布產生了顯著的影響，深根性植被（刺槐、檸條等）增加了上壤剖面的輕蛆有機碳含量。由于在亞深層、深層上壤中，檸條的細根較刺槐多（表2）,張金等（西的研究也表明，與刺槐相比，檸條深層SOC儲量隨植被恢復年限持續(xù)增加，且與其根系生物量的分布相吻合，因此檸條林地中輕組有機碳在剖面上分布的降幅較刺槐林小。搭荒地僅有草本植物，根系較淺，因此較大程度地增加了淺層土壤輕組有機碳含量，而對深層（100-400cm）土壤則沒有顯著影響。不同植被、不同土層深度根系分布的差異，影響了土壤有機碳輸入量,使總有機碳含地不同，進而影響了LFOC的分配比例X,使LFOC分配比例在土壤剖面

56、上表現出明顯的層次性-w。吳建國等研究表明，LFOC分配比例隨土層深度的增加而遞減。本研究也得到相似結果：土層和根系生物玷對土壤LFOC含量及其分配比例變異性具有較大影響（表3）。土壤LFOC分配比例變化范圍為4.19%-32.24%，亞深層、深層土壤LFOC分配比例（與淺層相比）的大小為坡耕地>檸條林地>擢荒地刺槐林地,這表明3種利用類型下，與淺層土壤相比，亞深層、深層土壤有機碳較穩(wěn)定，且亞深層、深層土壤有機碳穩(wěn)定性表現為刺槐>摺荒地檸條坡耕地。不同利用類型下LFOC含量及其分配比例在剖面上的分布受多種因素的影響（表3）,其中土壤深度變化的影響最大，使得LFOC含量及其分配

57、比例在土壤剖面上的分布具有顯著特點（圖5）,因此估算本區(qū)域土壤有機碳固存量時有必要將深層土壤有機碳考慮在內。退耕還林還草過程減小了0-400cm剖面土壤容重，增加了土壤有機碳含量，而旦也使土壤中根系生物量的分布發(fā)生了變化，這三者的變化同樣也對輕組有機碳含械及其分配比例產生一定的影響。與輕組有機碳不同，重組有機碳（HFOC）作為被保護的碳而不易變化，更易被固存在土壤中長期積累，其含量及分配比例從另一方面反映了上壤有機碳的穩(wěn)定性。黃土丘陵區(qū)植被恢復過程對淺層、亞深層的HFOC含量:并沒有產生顯著影響，卻使深層土壤中檸條林的HFOC含量有顯著提高（P<0.05）、摺荒地顯著降低（P>0.

58、05）（圖6a）o林地（刺槐、檸條）的亞深層、深層土壤HFOC含量分別約為淺層的78.5%、80.9%,搏荒地亞深層、深層約為淺層的47.3%、48.9%,坡耕地亞深層、深層約為淺層的77.5%、79.7%。植被恢復過程使三個層次上的HFOC分配比例均顯著降低。另外林地亞深層、深層的HFOC分配比例分別約為淺層的1.11、1.13倍，搖荒地亞深層、深層分別約為淺層的72.6%、78.5%,坡耕地亞深層、深層分別約為1.03、1.04倍（圖6b）。可見,植被恢復相對增加了深根性植被（林地）的深層土壤HFOC含量及其分配比例，而對于草本植被（攜荒地），由于其根系集中在淺層土壤，所以還草過程可能對淺層的影響較大，而使其亞深層、深層土壤的LFOC含量圖5輕組有機碳（LFOC）及其與土壤有機碳的比例（LFOC/SOC）與土層的相關關系Fi