蒙古高原北部天然草原土壤碳庫空間格局及其驅(qū)動(dòng)力研究.pdf

1、土壤是陸地上最大的碳庫，氣候、土壤物理-化學(xué)性質(zhì)和生物屬性被認(rèn)為是驅(qū)動(dòng)土壤碳，特別是土壤有機(jī)碳最基本的動(dòng)力。更重要地是，土壤有機(jī)碳是由這三類變量復(fù)雜的相互作用所驅(qū)動(dòng)，然而這些驅(qū)動(dòng)力對于土壤有機(jī)碳的綜合影響以及驅(qū)動(dòng)力相互作用時(shí)彼此間的關(guān)聯(lián)情況的關(guān)注不多。本文以蒙古高原北部的草甸草原、典型草原和荒漠草原為研究區(qū)，使用該區(qū)46個(gè)土壤剖面(深度100cm)的土壤有機(jī)碳含量、密度和土壤無機(jī)碳含量和密度數(shù)據(jù)，揭示該區(qū)土壤有機(jī)碳(含量和密度)和土壤無

2、機(jī)碳(含量和密度)的空間分布特征;通過隨機(jī)森林模型篩選出氣候、土壤屬性和植被因子(共22個(gè)變量)中對土壤有機(jī)碳含量和碳密度、土壤無機(jī)碳含量和碳密度等影響重要的變量，在此基礎(chǔ)上通過偏最小二乘路徑模型定量確定氣候、土壤屬性和植被等驅(qū)動(dòng)力的直接和間接效應(yīng);最后利用偏相關(guān)分析研究上述驅(qū)動(dòng)力、控制因子在相互作用情形下的彼此關(guān)聯(lián)程度。主要結(jié)論如下:
　　1.隨機(jī)森林模型顯示，相比氣候和植被(地上)，土壤屬性對土壤有機(jī)碳具有更強(qiáng)的解釋力，是更為

3、重要的驅(qū)動(dòng)變量。其中，土壤有機(jī)碳含量主要受土壤全氮、土壤容重、粉砂含量、地上生物量、砂含量、干燥度、年均溫和碳酸鹽等8個(gè)變量的顯著影響;而全氮、粘土含量、粉砂含量和碳酸鹽顯著影響土壤有機(jī)碳密度。對于土壤無機(jī)碳來說，其含量和密度均受土壤質(zhì)地和pH顯著影響。此外，草地類型和全氮也分別顯著影響著土壤無機(jī)碳含量、無機(jī)碳密度。
　　2.偏最小二乘路徑模型表明，土壤屬性具有最大的路徑系數(shù)，其在三個(gè)路徑模型(土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量、土壤有機(jī)碳含量和土壤

4、有機(jī)碳密度)分別為0.73(P＜0.001)、0.75(P＜0.001)、0.66(P＜0.001)，且以顯著的直接作用調(diào)控土壤有機(jī)碳;氣候?qū)ν寥烙袡C(jī)碳的直接作用較小，更多的是憑借其間接作用發(fā)揮調(diào)控機(jī)制，其路徑系數(shù)分別是0.18(P=0.09)、0.21(P=0.02)、0.16(P=0.24)，其間接作用可能更多的是通過土壤屬性和植被(地上)來體現(xiàn)，氣候?qū)ν寥赖穆窂较禂?shù)分別為0.50(P＜0.001)、0.49(P＜0.001)、0.

5、49(P＜0.001)，而氣候與植被(地上)的路徑系數(shù)分別為0.61(P＜0.001)、0.61(P＜0.001)、0.62(P＜0.001);植被(地上)對土壤有機(jī)碳的作用較微弱。從單變量角度來講，全氮、干燥度和地上生物量最能代表土壤屬性、氣候和植被對于土壤有機(jī)碳的驅(qū)動(dòng)。
　　3.土壤有機(jī)碳的偏相關(guān)分析的結(jié)果與路徑模型結(jié)果類似，即土壤屬性是最主要的驅(qū)動(dòng)力，緊隨其后則是氣候，影響力最小的是植被(地上)。土壤、植被(地上)被控制時(shí)，

6、會(huì)顯著降低氣候與土壤有機(jī)碳的偏相關(guān)系數(shù)，表明氣候具有較強(qiáng)的間接作用;氣候顯著影響植被(地上)，但對土壤的影響不及植被(地上);土壤和植被(地上)互相間的影響較小。土壤無機(jī)碳的偏相關(guān)分析結(jié)果與隨機(jī)森林模型的結(jié)果一致，其主要受土壤質(zhì)地和pH的調(diào)控，再次證明pH是蒙古高原北部天然草原土壤無機(jī)碳主要的控制變量，同時(shí)這些變量間具有顯著的相互作用，特別是土壤質(zhì)地內(nèi)部的砂、粉砂和粘土間的相互影響較大。
　　4.蒙古高原北部天然草原土壤有機(jī)碳與無

7、機(jī)碳的空間分異特征明顯，兩者間的關(guān)系因草原類型的不同而有所差異。在草甸草原和荒漠草原上表現(xiàn)為正相關(guān)關(guān)系，而典型草原上正相關(guān)和負(fù)相關(guān)關(guān)系同時(shí)存在。整個(gè)區(qū)域來看，土壤有機(jī)碳與無機(jī)碳顯著正相關(guān)。
　　本文強(qiáng)調(diào)土壤有機(jī)碳影響因子聯(lián)合驅(qū)動(dòng)作用的重要性，建議在今后的土壤碳模型研究中加入土壤屬性因子，并考慮各因子間的相互作用，同時(shí)將土壤微生物加入比較各因子的相對貢獻(xiàn)。這將大大提高我們對土壤碳庫驅(qū)動(dòng)力的而理解，并提高模型預(yù)測的精度。此外，在氣候變