黄土高原退耕还林还草多尺度土壤固碳效应研究

利用小流域和样带调查、定点实验并结合历史资料和3S技术，研究陕北黄土高原丘陵沟壑区不同时空尺度退耕还林还草的土地覆被变化和不同植被类型和恢复阶段的土壤有机碳变化，探讨土地覆被变化、土壤侵蚀和土壤碳固定的相互作用机理。在机理研究的基础上，耦合土壤有机质模型（CENTURY模型）、土壤侵蚀和堆积以及土地覆被变化，构建区域土壤有机碳评估模型。利用模型估算陕北黄土高原丘陵沟壑区退耕还林还草土壤固碳量，评估退耕还林还草土壤固碳效应。本研究对于深入认识土地覆被变化的生态效应和发展区域尺度土壤固碳量估算方法具有重要意义，对我国应对全球变化策略的制定和碳贸易发展具有重要参考价值。

退耕还林还草是当前主要的人类活动之一，对陆地生态系统碳、氮循环影响显著。本课题从样点—坡面—小流域—样带—黄土高原多尺度上研究了植被覆盖变化、土壤固碳和侵蚀的相互作用关系及其尺度效应。主要结果如下：1. 短期(约30年)的退耕还刺槐林就可以显著提高表层和深层土壤有机碳储量，但对土壤剖面无机碳储量影响很小；2. 在坡面尺度上，退耕还灌和还草相结合的复合退耕比单一的还灌或还草的固碳效应更高，且还灌和复合退耕可以减小坡面侵蚀碳损失。但在小流域尺度上，土壤侵蚀对土壤固碳仍具有显著的负作用。3. 退耕还刺槐林后（30年内），土壤碳氮在较干旱地区呈线性增加趋势，在较湿润地区，10-20 cm层土壤碳氮呈现初期下降的格局；4. 在不同时空尺度上及土壤剖面中，土壤有机碳的积累与土壤氮素的增加有关。在黄土高原尺度上，每增加1 g土壤氮可增加4.7-9.5 g土壤有机碳；5. 2000-2008年黄土高原退耕还林还草工程表层20 cm土壤固碳量约14.18 Tg C，同期植被固碳约23.76 Tg C。退耕还草、还灌以及还乔木林的土壤固碳能力在黄土高原尺度上接近，约为0.33 Mg C/ha/a，但在不同降水带内存在差异。结果表明，在黄土高原北部地区实施退耕还草，而在南部地区实施退耕还林有利于提高退耕工程的土壤固碳量。