干旱和半干旱地区土壤无机碳的变化及其存在阈值

《Geoderma Regional》：Soil inorganic carbon variations and thresholds of occurrence in an arid and semi-arid zone

土壤无机碳垂直与空间分布的驱动机制及阈值特征研究

　　

Jin Hu|Xiao-Dong Song|Fei Yang|Shun-Hua Yang|Jin-Ling Yang|Gan-Lin Zhang

中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与流域水安全科学重点实验室/国家湖泊科学与环境重点实验室，中国南京 211135

摘要

土壤无机碳（SIC）占全球土壤碳储量的近一半，主要分布在干旱和半干旱地区。然而，由于土壤异质性强和数据限制，我们对SIC垂直和空间变化驱动因素的理解仍不充分。在本研究中，我们在具有气候梯度的干旱和半干旱区域进行了土壤调查，共采集了365个土壤剖面样本。通过统计分析、Shapley加法解释和阈值检测方法，量化了SIC的变化及其与相关因素之间的相关性。该地区的平均SIC密度为2.78千克/平方米，在40–120厘米深度处的含量（3.34千克/平方米）高于0–20厘米深度处的含量（1.31千克/平方米）。土壤pH值、深度和干旱程度是影响SIC变化的关键因素，其对应的平均Shapley值分别为1.00、0.63和0.35。影响SIC变化的pH阈值约为7.7。SIC分布的阈值在垂直和水平维度上都存在。随着干旱程度的降低，初始SIC沉积深度通常会增加，分别在超干旱、干旱和半干旱条件下，这一深度阈值分别为28厘米、43厘米和46厘米。当干旱程度低于0.62时，0–20厘米深度处出现SIC损失；而当干旱程度高于0.78时，20–40厘米深度处SIC积累趋于稳定。这项研究为SIC的形成和分解机制提供了新的见解，并为气候变化背景下的SIC动态建模提供了参考。