黄土高原深层土壤有机碳固存及对土地利用/覆被变化的响应

明确深层土壤有机碳储量、累积动态及稳定性对土壤固碳效益评估及固碳认证具有重要意义。目前有关深层土壤有机碳研究开展较少,深层土壤有机碳累积过程和固存机理尚不清楚，有可能导致土壤碳储量估算的偏差。本项目针对土壤固碳研究的薄弱环节和黄土高原土壤固碳效益评估需求，通过野外调查采样及分析测定，采用13C同位素示踪、矿化培养等方法，研究不同土地利用类型及年限下深层土壤有机碳储量、剖面分布特征、累积动态及其对土地利用/覆被变化的响应，辨析深层土壤有机碳组分及来源，解析深层土壤有机碳稳定性及影响因素，揭示深层土壤有机碳固存机理，明确土地利用/覆被变化对深层土壤有机碳固存的近期影响和长期效应，探索深层土壤有机碳固存在CO2减排增汇中的贡献，研究结果可为区域土壤碳储量估算及土壤固碳认证提供科学依据。

深层土壤有机碳是土壤固存碳中重要的一部分，在生态系统碳循环/平衡研究中具有重要意义。针对深层土壤固碳研究薄弱环节和黄土高原土壤固碳效应评估的实际需求，本项目以黄土高原退耕还林草为主的土地利用/覆被变化为切入点，研究了土地利用/覆被变化下深层土壤有机碳储量及累积动态、深层土壤有机碳稳定性及影响因素、深层土壤有机碳来源，探究了土地利用/覆被变化对深层土壤有机碳固存的近期影响和长期效应。取得以下重要进展：1）黄土高原人工刺槐林地、人工柠条林地以及撂荒地深层土壤（100-200 cm）有机碳密度占2 m土体有机碳密度的35%-40%，而且随着植被恢复深层土壤有机碳密度显著增加。2）深层土壤有机碳的矿化分解启动缓慢，深层土壤轻组有机碳含量及其分配比例较浅层低，深层土壤有机碳具有较大的稳定性。3)刺槐林地深层土壤年均碳通量占2 m土体碳通量的9%左右。4）人工刺槐林土壤剖面中有机碳的δ13C值随着深度的增加而增高，而坡耕地δ13C值的变化趋势并不明显。人工刺槐林表层土壤有机碳来源于林地凋落物和根系的比例为69.6%，深层1-3m内土壤有机碳来源于林地凋落物和根系的比例远远小于表层，约为7.0-17.0%。5) 天然乔木林转变为人工乔木林、天然乔木林转变为农田、天然灌木林转变为撂荒地、天然灌木林转变为农田后0-200cm土壤有机碳储量分别减少了7%、39%、21%、13%，其中浅层（0-100cm）减少了2%-48%，深层（100-200cm）减少了12%-22%。6)土地利用变化对土壤活性有机碳有显著影响，浅层比深层变化更敏感。天然乔木林转变成人工乔木林、天然乔木林转变成农田、天然灌木林转变成撂荒地、天然灌木林转变成农田四种土地转变方式，浅层土壤易氧化性碳分别减少了10%、60%、29%、40%，深层分别减少了9%、21%、12%、1%；浅层土壤微生物量碳分别减少了24%、73%、23%、56%，深层分别减少了25%、18%、8%、11%。.研究明确了黄土高原深层土壤有机碳储量、累积过程和固存机理，揭示了深层土壤有机碳在生态系统碳循环中的作用，可为区域土壤碳储量估算和土壤固碳定量认证提供科学依据，为区域土壤碳储量估算找到可以认证的“碳汇”。