黄土区植被恢复过程中根系对深层土壤活性有机碳的影响

以黄土高原地区次生天然植被恢复系列（退耕地→草地群落→乔木群落）为依托，在利用相对密度法提取土壤轻组有机碳的基础上，采用改良的土壤有机碳质量评价技术，研究黄土高原地区从耕地到区域顶级植被恢复过程中，深层土壤轻组有机碳数量、质量变化及其与根系的关系；根系在土壤剖面20cm、50cm、100cm深度分解过程中土壤轻组有机碳数量、质量变化以及土壤水分变化对深层土壤轻组有机碳的影响；明确活性有机碳在深层土壤有机碳变化中的生物化学作用。从土壤有机碳组分的角度阐明深层土壤有机碳变化的生物化学机制，为探索植被恢复条件下土壤有机碳储量演变提供新思路和理论依据。

恢复植被是防止水土流失、提高土壤有机碳含量的重要措施。在黄土高原丘陵沟壑区和高原沟壑区，依托水保所已有的坡耕地退耕为林地和草地样地，通过野外调查、定位监测和室内分析，重点研究了植被恢复过程中，表层与深层土壤有机碳含量变化的特征；自然恢复和人工恢复对0-100cm土壤剖面中不同土层有机碳含量的影响；根系（凋落物）与土壤有机碳及其组分的关系。.结果发现，相对于农田，除0-20cm土层外，林草地植被恢复也可显著提高20cm以下土壤有机碳含量，但不同地形部位林草地作用存在差异。人工和天然恢复植被对剖面土壤有机碳积累存在显著差异；自然恢复植被群落较人工植被群落更加显著，且以乔木林最为突出。在40cm以下的深层土壤，尤以80-100cm土层，人工灌木最有利于深层SOC含量的固定和积累。不同植被条件下细根生物量差异显著（p<0.05）。在0-100cm剖面中，植被的细根主要分布在0～40cm土层，40cm以下分布相对较少。根系分泌物和细根的周转是SOC的主要来源，不同土层中有机碳储量随细根生物量的增加先迅速上升，之后逐渐达到平衡。但相似关系（y=y0+a×(1-e-bx)）的参数（b）存在显著差异，0-40cm土层中b=0.2，40-100cm土层中则为b=1.48。显示了相对于表层相同根系输入条件下深层土壤有机碳积累要快于表层。与人工林相比，天然次生林下SOC的提高主要体现在0-5cm和20-60cm土层；DOC体现在表层0-10cm，尤其是0-5cm提高了近1.5倍。凋落物的积累量对土壤有机碳含量的影响主要在0-40 cm。各植被群落土壤可溶性碳含量在0-10cm土层随着生物量的增加而升高，回归方程的决定系数（R2）为0.89-0.95。在10-60 cm土层土壤可溶性碳随着生物量的增加而降低，但关联度R2很小（<0.3）。SOC随植被耗水量的增加指数递增，土壤水分仅与0-100cm和0-40cm有机碳储量关系显著（P<0.01），截距分别为34.44g kg-1和25.78 g kg-1，而与40-100cm有机碳储量关系不显著（P>0.05）。根系C：N比与土壤呼吸的温度敏感性系数呈正比关系。由此表明，根系的生物化学质量决定根系矿化分解的生物化学因素。在干旱半干旱地区，除温度外，水分的季节和年际波动也是影响根系矿化分解的重要因素。水分和温度的共同影响决定着土壤有机物矿化