黄土高原的土壤恢复：二十年间不同类型土壤中的有机碳含量显著增加

《International Soil and Water Conservation Research》：Renaturation on the Loess Plateau: significant increase in soil organic carbon under different soil types over two decades

黄土高原退耕还林还草工程中，不同土壤类型对土壤有机碳（SOC）的影响存在显著差异。研究基于1999-2020年数据，发现退耕还林使SOC增加122 Tg，其中 Cambisols 增加2.8 Tg，Luvisols 增加0.7 Tg；退耕还草则导致 Kastanozems 减少3.7 Tg，Anthrosols 减少1.4 Tg。SOC密度提升最高出现在林草转森林（+1.34 kg m?2），气候（MAT/MAP）与土壤性质（如黏粒含量）是关键调控因子。

　　土壤有机碳（SOC）在生态系统中扮演着至关重要的角色，不仅影响着土壤肥力和农业生产力，还对全球气候变化具有深远影响。土壤作为碳的重要储存库，其碳储量远高于植被和大气中的碳储量，因此，研究土壤有机碳的变化对于理解碳循环和制定有效的生态恢复策略具有重要意义。本文通过分析黄土高原在1999年至2020年间土地利用变化对SOC的影响，探讨了不同土壤类型在植被恢复过程中的碳储存潜力和变化趋势，为未来土地利用管理和碳封存提供了科学依据。

黄土高原位于中国黄河中上游地区，其地形复杂，以山地和沟壑为主，土壤质地松散，植被覆盖率较低，长期不合理的人类活动和季节性暴雨导致严重的水土流失。自1999年实施“退耕还林还草”项目（GTGP）以来，黄土高原的耕地面积减少了4%，而森林和草地面积分别增加了3%和2%。这一变化不仅改变了土地利用格局，也对土壤有机碳的储量产生了显著影响。研究表明，森林的恢复对SOC的增加具有积极作用，尤其是在气候条件适宜、土壤质地良好的区域。相比之下，草地恢复在某些特定条件下可能导致SOC的减少，尤其是那些降水较少的西北部地区。

在黄土高原的不同土壤类型中，SOC的变化呈现出明显的差异。例如，当耕地被转换为森林时，Cambisols（褐土）和Luvisols（褐土）的SOC增加了2.8和0.7 Tg，而当耕地被转换为草地时，Kastanozems（黑钙土）和Anthrosols（人为土）的SOC则出现了显著下降，分别减少了3.7和1.4 Tg。此外，草地恢复对SOC的影响在不同土壤类型中也存在差异，部分土壤类型如Luvisols和Fluvisols（冲积土）表现出SOC的增加，而其他如Kastanozems和Calcisols（钙积土）则出现显著减少。这些变化背后的原因复杂，涉及土壤本身的特性、气候条件以及土地利用方式等多重因素。

研究还指出，森林恢复相较于草地恢复在SOC积累方面更为高效。从1999年至2020年，森林恢复对SOC的增加贡献了260 Tg，而草地恢复则减少了57 Tg。这种差异主要源于森林生态系统对碳的固定能力更强，能够通过增加植被覆盖、促进有机质的输入和微生物活动，提高SOC的储存量。此外，不同土壤类型对SOC变化的响应也存在显著差异。例如，Cambisols在自然森林中的SOC增加了104 Tg，而在未改变的耕地上则增加了24 Tg。这些土壤类型通常具有较高的黏土含量，有助于形成稳定的土壤结构，从而增强碳的储存能力。

在草地恢复方面，研究发现，尽管草地恢复在某些区域如东北和西南部表现出SOC的增加，但在降水较少的西北部地区，草地恢复往往导致SOC的减少。这可能与当地气候条件密切相关，降水不足限制了植被的生长和有机质的输入，从而影响了SOC的积累。同时，土壤质地也对SOC的变化产生重要影响，砂质土壤由于其结构松散、黏土含量低，碳储存能力相对较弱，容易导致SOC的减少。

本文的研究还强调了土地利用方式对SOC变化的深远影响。例如，耕地向森林的转变在一定程度上能够提高SOC的储存量，而耕地向草地的转变则可能导致SOC的减少。这表明，在进行土地利用调整时，应充分考虑土壤类型和气候条件，以实现更有效的碳封存。此外，研究还指出，未改变的耕地通过改进农业管理措施，如施肥和秸秆覆盖，也能够提高SOC的储存量，这为可持续农业实践提供了新的思路。

为了更有效地利用土地恢复策略来增加SOC，研究建议应优先考虑森林恢复，尤其是在适合森林生长的区域。同时，应结合土壤类型和气候条件，制定差异化的土地利用管理方案。例如，在具有较高黏土含量的土壤类型中，如Cambisols和Luvisols，森林恢复能够更有效地促进SOC的积累。而在降水较少、土壤质地较差的区域，应更加谨慎地进行草地恢复，以避免SOC的过度流失。

本文的研究结果不仅为黄土高原的生态恢复提供了科学支持，也为全球其他类似地区的土地利用管理提供了借鉴。通过深入分析不同土地利用方式对SOC的影响，可以更好地理解土地利用变化对碳循环的贡献，从而制定更有效的政策和措施，以应对气候变化和生态环境的挑战。此外，研究还强调了高分辨率土壤地图在土地利用变化分析中的重要性，为未来更高精度的研究奠定了基础。