黄土高原丘陵区地形和土地利用对土壤有机碳的影响*
张 祎 李 鹏 肖 列? 赵宾华 时 鹏
【摘 要】摘 要 土壤有机碳（SOC）作为土壤中重要的组成部分及植物生长的主要元素，在地球生态系统中起着举足轻重的作用，是全球环境尤其是气候变化的重要影响因素。以黄土高原王茂沟小流域为研究对象，通过间隔为150 m经纬网格分5层采集0～100 cm土壤样品，采集土壤样品包括4种地形（坡顶、坡上、坡中、坡下）和5种土地利用类型（坡耕地、林地、草地、灌木、梯田），共采集土壤样品1 540个，探讨地形和土地利用方式对黄土丘陵沟壑区小流域SOC含量和分布影响，并通过Kriging插值计算流域内SOC空间分布。结果表明，黄土丘陵第一副区王茂沟小流域在0～100 cm土层中，SOC平均含量坡上（4.49 g?kg-1）和坡中（4.30 g?kg-1）含量最高，其次为坡下（3.97 g?kg-1），坡顶SOC含量最低（3.34 g?kg-1）；坡耕地SOC含量最低。林地（4.31 g?kg-1）、梯田（4.25 g?kg-1）、草地（4.12 g?kg-1）和灌木（3.82 g?kg-1）分别较坡耕地（3.47 g?kg-1）SOC含量增加24.2%、22.4%、18.7%和10.1%。表层SOC更易受到环境因子的影响，梯田等水土保持措施可明显固存深层（＞20 cm）SOC。方差成分估计表明，土地利用、地形、深度以及土地利用与地形的交互作用对流域剖面SOC含量空间分布有着极显著的影响（P＜0.01），其中地形对SOC含量的贡献率最高（32.50%）。土地利用与地形的交互作用在各因子的交互作用中表现出对SOC含量变异解释度最高（7.4%）。流域SOC在空间上呈斑块分布，随着深度的增加，流域SOC的空间分布向均一性发展。研究结果为黄土区水土保持措施规划及退耕还林的固碳效益评价提供了科学依据。
【期刊名称】《土壤学报》 【年(卷),期】2019(056)005 【总页数】11
【关键词】关键词 黄土丘陵区；土壤有机碳；地形；土地利用 【文献来源】
sinica_thesis/0201275376906.html
https://www.zhangqiaokeyan.com/academic-journal-cn_acta-pedologica-
* 国家自然科学基金项目（41701603，41601092）、陕西省技术创新引导专项（2017CGZH-HJ-06）资助 Supported by the National Natural Foundation of China （Nos.41701603，41601092），Shaanxi Provincial Technology Innovation Guidance Project （No.2017CGZH-HJ-06） 土壤有机碳（SOC）是重要的土壤属性之一，在陆地生态系统功能中起着重要作用［1］，SOC含量大小对土壤性质以及质量起着至关重要的影响，是评价土壤肥力的重要指标［2］。陆地生态系统中的碳储量大约是大气中CO2的2倍多，陆地植被碳库的3倍［3］。全球0.3 m土壤深度的碳储存量为684～724 Pg，1 m土壤深度碳储量为1 462～1 548 Pg［4］。大量的有机碳被储存在土壤中，即使是土壤碳含量的微小变化也会显著改变大气中CO2的浓度，并造成全球气候变化［5］。因此，学者们在全球［6］、国家［7］和区域［8］尺度上对SOC分布以及储量进行了大量的研究，然而这些研究由于数据来源的不同和SOC固有的空间变异性，导致结果的不确定性。SOC受到诸多因素的影响，包括气候，地形、土壤质地、土地利用等，因此在给定区域建立一个详细的数据库，应该考虑到以上因素。黄土高原地区地形破碎，土地利用类型复杂多样，在区域尺度上，形成了典型的黄土高原沟壑和黄土丘陵沟壑等流域侵蚀地貌特
征，成为世界上水土流失最严重的地区之一［9］。受水土流失的影响，SOC在黄土丘陵沟壑的梁峁顶、梁峁坡、沟谷地等呈现不同规律的迁移［10-11］。经过长期的植被恢复与重建，黄土高原土地利用和植被发生了明显的变化。从另一个角度而言，地形支配着水、热资源的分配，从而影响植被和土地利用方式在空间上的配置，对SOC的输入产生作用［12］。因此在黄土高原地区，地形和土地利用对SOC库的响应最为敏感［13］，而在不同流域尺度SOC的研究［14-15］中，地形与土地利用方式共同作用下有机碳变化研究的报道较少，并且已有的研究大多集中在传统统计和地理统计上［16］，不同土层尤其是深层（＞20 cm）SOC受地形及土地利用因子共同作用的贡献率计算更是鲜见。 在本文中，选择在黄土高原典型流域-王茂沟流域开展相关工作，对研究区SOC的分布和储量进行研究。通过分析典型小流域0～100 cm土层SOC的分布特征，分析地形、土地利用对其分布的影响，基于方差探讨黄土高原小流域地形、植被及其交互作用对SOC的影响贡献率，从小流域尺度揭示各因子对SOC垂直分布的影响规律，为黄土高原地区植被恢复的土壤碳效应评估和生态规划提供理论依据，对科学认识黄土高原土壤在全球变化的作用与响应机制具有重要意义。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
研究区选择陕西省绥德县王茂沟流域为研究区，其位于陕西省绥德县东南5 km处无定河流域（图1a），是黄河中游黄土丘陵区第一副区具有代表性的流域之一（110°20′～110°22′E，37°34′～37°36′N）。王茂沟流域面积5.97 km2，主沟长3.75 km，沟道平均比降2.7，沟壑密度4.3 km?km-2，海拔
黄土高原丘陵区地形和土地利用对土壤有机碳的影响
