土壤和氣候因素對土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間的影響

王瑾 ，陳書濤 *，丁司丞，張苗苗，胡正華

1. 南京信息工程大學(xué)/江蘇省農(nóng)業(yè)氣象重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江蘇 南京 210044；2. 南京信息工程大學(xué)應(yīng)用氣象學(xué)院, 江蘇 南京 210044

全球變暖是當(dāng)前重要的環(huán)境問題。全球變暖與全球碳平衡受到擾動有關(guān)（Jung et al.，2017）。陸地碳循環(huán)與氣候之間的反饋部分取決于陸地生態(tài)系統(tǒng)中碳周轉(zhuǎn)時間的變化，而碳周轉(zhuǎn)時間是生態(tài)系統(tǒng)的一項(xiàng)屬性，受到氣候、土壤和植被類型之間相互作用。土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的有機(jī)碳庫（Houghton，2007；Smith et al.，2019），土壤碳庫的主要來源為植物凋落物和根系殘?bào)w的輸入，而其輸出過程為土壤異養(yǎng)呼吸，其輸入和輸出過程影響著土壤碳循環(huán)過程（Amelung et al.，2020）。

土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間是衡量土壤碳庫穩(wěn)定性的重要指標(biāo)（Torn et al.，1997）。根據(jù)土壤有機(jī)碳庫和異養(yǎng)呼吸可以估算土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間，其平均周轉(zhuǎn)時間取決于有機(jī)碳含量和異養(yǎng)呼吸的相對變化率（Garten et al.，2006；Wang et al.，2018）。土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間的估算還存在很大不確定性（Six et al.，2002）。以往有研究者通過模型模擬、野外觀測、室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)等方法研究了氣候因素（如溫度）、海拔高度等環(huán)境因素對土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間的影響（Giardina et al.，2000；Knorr et al.，2005；Garten et al.，2006；周濤等，2010；嚴(yán)毅萍等，2012），以往的研究結(jié)果中關(guān)于溫度對土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間影響規(guī)律的研究存在差異，關(guān)于土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間與溫度存在負(fù)相關(guān)關(guān)系及無相關(guān)性的結(jié)果均有報(bào)道（Giardina et al.，2000；Knorr et al.，2005；Wang et al.，2019）。土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間隨著海拔高度增加表現(xiàn)為增加趨勢（Giardina et al.，2000）。Posada et al.（2011）認(rèn)為，年降水量增大可增強(qiáng)微生物活性并減少土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間。Wang et al.（2018）等的研究表明，不同地點(diǎn)的土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間均隨年平均氣溫和年降水量的增大而呈指數(shù)形式降低。以往關(guān)于土壤因素（如 pH，氮、磷、鉀含量）對土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間影響的研究還相對較少（Luo et al.，2019；李燕燕等，2019），有研究表明，土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間隨土壤pH升高而增大（Luo et al.，2019），隨土壤有機(jī)碳和全氮含量增加而增加（Janssens et al.，2010；Lehmann et al.，2015）。以往關(guān)于土壤與氣候因素對土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間復(fù)合影響規(guī)律的研究非常鮮見（Yan et al.，2017），特別缺少分析在 1年尺度上不同土壤異養(yǎng)呼吸量與有機(jī)碳含量之間關(guān)系并估算土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)研究。研究土壤和氣候因素對土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間的影響規(guī)律對于探討氣候變化背景下土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性具有重要意義。

本研究采集中國南寧、常州、宿遷、牡丹江 4個不同氣候區(qū) 11個樣點(diǎn)的土壤，測定土壤有機(jī)碳含量及年累積土壤異養(yǎng)呼吸量，進(jìn)而計(jì)算土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間，并分析土壤和氣候因素對土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間的影響，以期為研究土壤有機(jī)碳的時空變異規(guī)律及其關(guān)鍵驅(qū)動因素提供理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)概況

用于培養(yǎng)的土壤采集自廣西南寧、江蘇常州、江蘇宿遷、黑龍江牡丹江，采樣點(diǎn)地理、氣候、土地利用類型、土壤類型等信息見表1。

表1 采樣地點(diǎn)概況Table 1 General situations in the sampling sites

1.2 土壤樣品采集

土壤樣品采集層次為0—20 cm，在采樣區(qū)預(yù)先清除掉植被后，以鐵鍬挖至20 cm深度，采集土壤樣品。

1.3 研究方法

1.3.1 土壤培養(yǎng)試驗(yàn)

采集的樣品在室內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。土壤樣品風(fēng)干后磨碎，過2 mm篩。以容量為490 mL的玻璃瓶進(jìn)行土壤培養(yǎng)。每個瓶中放入80 g土壤。培養(yǎng)溫度設(shè)定為4個地點(diǎn)的年平均溫度，即南寧21.6 ℃、江蘇常州15.8 ℃、江蘇宿遷13.6 ℃、黑龍江牡丹江4.3 ℃，每個處理3重復(fù)，總共66個培養(yǎng)玻璃瓶。將裝有土壤的玻璃瓶放入溫度分別為 21.6、15.8、13.6、4.3 ℃的生化培養(yǎng)箱中。設(shè)置兩類土壤濕度，一類為采樣地點(diǎn)的年平均土壤濕度，即南寧22.0%、江蘇常州20.0%、江蘇宿遷15.0%、黑龍江牡丹江10.0%；另一類為25%土壤濕度。設(shè)置兩類土壤濕度的原因一方面是研究在不同研究地點(diǎn)各自濕度條件下土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間的數(shù)值，另一方面是研究降水量潛在增加情況下（增加到同樣的25%濕度）土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間對其響應(yīng)程度，這樣可研究土壤有機(jī)碳本身的穩(wěn)定性屬性。實(shí)驗(yàn)開始時，用小滴管從玻璃瓶口向土壤中均勻滴水，通過天平稱量的玻璃瓶和土壤質(zhì)量使其達(dá)到目標(biāo)土壤濕度，之后定期用小滴管從玻璃瓶口向土壤中均勻補(bǔ)水，仍通過稱重法控制各瓶中土壤濕度達(dá)到預(yù)定的濕度。

1.3.2 測定內(nèi)容與方法

采用紅外 CO2測定儀（SoilBox-FGA，Sable systems公司，美國）于培養(yǎng)后的1、2、3、13、34、55、149、205、268、365 d測定土壤CO2濃度，每個玻璃瓶的測定時間為3 min。根據(jù)瓶內(nèi)CO2濃度隨時間線性變化方程的斜率計(jì)算單位時間內(nèi)單位質(zhì)量土壤CO2排放量，即土壤異養(yǎng)呼吸。

與培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)土壤同時間采集的土壤樣品用于土壤理化性質(zhì)測定。土壤樣品磨碎過100目篩，以元素分析儀（Vario Max，Elementar Americas公司，美國）測定土壤有機(jī)碳和全氮含量（Bowman et al.，2002）。土壤樣品磨碎過1（或2）mm篩，以水提取測定 pH，以鉬銻抗比色法測定有效磷含量，以火焰光度法測定速效鉀含量（魯如坤，1999）。

1.3.3 數(shù)據(jù)分析

土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間（MTT）（a）計(jì)算公式如下：

式中，SOC 為土壤有機(jī)碳含量（g·kg?1），Rh為年累積土壤異養(yǎng)呼吸量（mg·g?1·a?1）。以單因素方差分析判斷不同土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間的差異。采用單變量回歸分析土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間與有機(jī)碳含量、年土壤異養(yǎng)呼吸量的關(guān)系，以研究有機(jī)碳含量和異養(yǎng)呼吸對土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間的相對貢獻(xiàn)及其內(nèi)在聯(lián)系。以單變量回歸分析土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間與土壤因素（總氮含量、pH、有效磷含量、速效鉀含量）及氣候因素（年平均溫度、年降水量）的關(guān)系。采用多元回歸模擬土壤和氣候因素對土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間的復(fù)合影響規(guī)律，以均方根誤差（RMSE）、模擬有效性（ME）、平均絕對誤差（MAE）描述土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間模擬方程的模擬效果。以SPSS 19.0進(jìn)行單因素方差分析和多元回歸分析。

2 結(jié)果

2.1 累積土壤異養(yǎng)呼吸量

在采樣地點(diǎn)的年平均土壤濕度下，不同處理的累積土壤異養(yǎng)呼吸量隨培養(yǎng)時間增加呈現(xiàn)出不同的增長規(guī)律（圖1），南寧玉米田土壤異養(yǎng)呼吸隨培養(yǎng)時間增加增長得最快，其累積土壤異養(yǎng)呼吸量也最大，而在1年的觀測階段中桉樹林和松樹林之間的累積土壤異養(yǎng)呼吸量差異均較小。同一采樣地區(qū)不同土地利用類型之間的1年累積土壤異養(yǎng)呼吸量存在差異，如圖1所示，在1年尺度上NN1采樣點(diǎn)累積土壤異養(yǎng)呼吸量最高，為 (0.943±0.220)mg·g?1·a?1，CZ5 采樣點(diǎn)累積土壤異養(yǎng)呼吸量最低，為 (0.461±0.024) mg·g?1·a?1。

在 25%土壤濕度下的累積土壤異養(yǎng)呼吸量與在采樣地點(diǎn)平均土壤濕度下的累積土壤異養(yǎng)呼吸量存在差異（圖 1、2）。在 25%土壤濕度下常州 5個土壤累積異養(yǎng)呼吸量之間的差異比年平均土壤濕度下累積異養(yǎng)呼吸量之間的差異更為明顯（圖1、2）。如圖2所示，在25%土壤濕度下，在1年尺度上 CZ1采樣點(diǎn)土壤累積異養(yǎng)呼吸量最高，為(1.052±0.067) mg·g?1·a?1，MDJ采樣點(diǎn)土壤累積異養(yǎng)呼吸量最低，為 (0.536±0.127) mg·g?1·a?1。

圖1 采樣地點(diǎn)土壤濕度下不同培養(yǎng)天數(shù)的累積土壤異養(yǎng)呼吸量Fig. 1 Cumulative soil heterotrophic respiration after the different incubation days for the soil moisture in the sampling sites

圖2 25%土壤濕度下不同培養(yǎng)天數(shù)的累積土壤異養(yǎng)呼吸量Fig. 2 Cumulative soil heterotrophic respiration after the different incubation days for the 25% soil moisture

如圖3a所示，在采樣點(diǎn)土壤濕度下，在1年尺度上NN1和NN2、CZ3、CZ4、CZ5采樣點(diǎn)累積土壤異養(yǎng)呼吸量存在顯著（P<0.05）差異，其余各處理間無顯著（P>0.05）差異，雖然具有最高年平均溫度和年降水量的 NN1采樣點(diǎn)土壤異養(yǎng)呼吸量高于MDJ采樣點(diǎn)，但未達(dá)到顯著（P>0.05）差異水平；如圖3b所示，在25%土壤濕度下，在1年尺度上具有最低年平均氣溫和年降水量的 MDJ采樣點(diǎn)土壤異養(yǎng)呼吸量顯著（P=0.015）低于CZ1采樣點(diǎn)，其余各處理間無顯著（P>0.05）差異。

圖3 不同處理的年累積土壤異養(yǎng)呼吸量Fig. 3 Annual cumulative soil heterotrophic respiration in different treatments

2.2 土壤性質(zhì)

11個采樣點(diǎn)的土壤有機(jī)碳含量、全氮含量、pH、有效磷含量、速效鉀含量之間均存在極顯著（P<0.001）差異（表2）。MDJ采樣點(diǎn)土壤有機(jī)碳和全氮含量均最高，CZ2采樣點(diǎn)土壤有機(jī)碳含量最低，SQ1采樣點(diǎn)土壤pH最高，CZ1采樣點(diǎn)土壤有效磷和速效鉀含量均最高，NN2采樣點(diǎn)土壤有效磷和速效鉀含量均最低。

表2 采樣點(diǎn)土壤性質(zhì)Table 2 Soil properties in the sampling sites

2.3 土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間

在采樣點(diǎn)年平均土壤濕度下培養(yǎng)土壤的有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間變異范圍為 (18.60±3.90)—(74.73±10.47) a，在 25%土壤濕度下培養(yǎng)土壤的有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間變異范圍為 (13.40±1.61)—(83.54±19.28) a。圖4表明，無論是在采樣地點(diǎn)年平均土壤濕度下還是在 25%土壤濕度下不同采樣地點(diǎn)的土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間均存在極顯著（P<0.001）差異，并且牡丹江黑土有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間最長，而常州玉米田土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間最短。采樣點(diǎn)不僅是氣候類型和土壤的區(qū)別，還存在地上植被的不同，這導(dǎo)致土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間也存在差異。例如，在南寧這一地區(qū)，在當(dāng)?shù)赝寥罎穸扰囵B(yǎng)條件下桉樹林（NN2）土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間極顯著（P=0.004）高于玉米田。當(dāng)土壤濕度從采樣地點(diǎn)年平均土壤濕度提高到25%土壤濕度之后，土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間顯著（P=0.025）降低（圖 5）。在25%土壤濕度下所有樣本的土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間平均值比在采樣地點(diǎn)年平均土壤濕度下所有樣本的土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間平均值減少了6.58 a。

圖4 不同處理的土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間Fig. 4 Mean turnover times of soil organic carbon in different treatments

圖5 在25%土壤濕度土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間與采樣點(diǎn)土壤濕度下土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間的關(guān)系Fig. 5 Relationship between the mean turnover times of soil organic carbon for the 25% soil moisture and that for the soil moisture in the sampling sites

在采樣地點(diǎn)土壤濕度下土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間隨有機(jī)碳含量增大而線性增加（圖 6a），但與累積土壤異養(yǎng)呼吸量無顯著（P>0.05）回歸關(guān)系（圖6b）。在 25%土壤濕度下土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間隨有機(jī)碳含量增大而線性增加（圖 6c），且隨累積土壤異養(yǎng)呼吸量增大而降低（圖6d）。圖6表明，在采樣地點(diǎn)土壤濕度下土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間的空間變化主要受土壤有機(jī)碳含量的制約，而當(dāng)土壤濕度提高到25%之后，土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間的空間變化受土壤有機(jī)碳含量及異養(yǎng)呼吸的雙向調(diào)節(jié)。

圖6 采樣地點(diǎn)土壤濕度下和25%土壤濕度下土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間與土壤有機(jī)碳含量和累積異養(yǎng)呼吸量的關(guān)系Fig. 6 Relationships between the mean turnover times of soil organic carbon and the soil organic carbon content and cumulative heterotrophic respiration for the soil moisture in the sampling sites (a and b)and 25% soil moisture (c and d)

2.4 土壤和氣候因素對土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間的影響

在采樣地點(diǎn)土壤濕度下土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間隨全氮含量增加而線性增加（圖7a），但與pH無顯著（P>0.05）回歸關(guān)系（圖 7b）。在剔除一個離群點(diǎn)的情況下，土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間隨有效磷含量增大而降低，兩者關(guān)系可用冪函數(shù)表示（圖7c）。土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間與速效鉀含量無顯著（P>0.05）回歸關(guān)系（圖 7d）。年平均溫度最低且年降水量最少的牡丹江土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間最高，但總體而言土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間與年平均溫度和年降水量的回歸關(guān)系不顯著（P>0.05）（圖 7e、f）。

圖7 采樣地點(diǎn)土壤濕度下土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間與土壤和氣候因素的關(guān)系Fig. 7 Relationships between the mean turnover times of soil organic carbon and the soil and climate factors for the soil moisture in the sampling sites

在 25%土壤濕度下土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間隨全氮含量增加而呈指數(shù)形式增加（圖 8a），但與pH無顯著（P>0.05）回歸關(guān)系（圖8b）。在剔除一個離群點(diǎn)的情況下，土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間隨有效磷含量增大而降低（圖 8c），但土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間與速效鉀含量無顯著（P>0.05）回歸關(guān)系（圖8d）。在25%土壤濕度下牡丹江土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間仍然最高，但土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間與年平均溫度和年降水量的回歸關(guān)系也不顯著（P>0.05）（圖 8e、f）。

可建立基于土壤總氮含量、有效磷含量、年平均溫度、年平均降水量的土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間模擬方程，在采樣地點(diǎn)土壤濕度下的土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間模擬方程見公式（2），在 25%土壤濕度下的土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間模擬方程見公式（3）。

式中，MTT、TN、SAP、MAT、AP分別代表土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間、土壤總氮含量、有效磷含量、年平均溫度、年平均降水量。在建立模型過程中，未考慮在單變量回歸中決定系數(shù)R2小于0.1的 pH，也未考慮與氮、磷含量關(guān)系存在關(guān)聯(lián)的速效鉀含量（圖7b、d，圖8b、d），僅考慮了決定系數(shù)R2大于0.1的土壤總氮含量、有效磷含量、年平均溫度、年平均降水量4個潛在變量。這4個變量可模擬土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間80%以上的變異。描述模擬值與預(yù)測值之間關(guān)系的均方根誤差（RMSE）、模擬有效性（ME）、平均絕對誤差（MAE）、回歸方程斜率均表明模擬值與測定值之間具有較好的一致性（圖9），特別是對采樣地點(diǎn)土壤濕度下的土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間模擬效率更高，回歸方程的斜率為0.8795，非常接近1?1的比例。

圖8 25%土壤濕度下土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間與土壤和氣候因素的關(guān)系Fig. 8 Relationships between the mean turnover times of soil organic carbon and the soil and climate factors for the 25%soil moisture

圖9 土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間的模擬值與測定值的關(guān)系Fig. 9 Relationships between the modeled and measured mean turnover times of soil organic carbon

3 討論

3.1 土壤因素對土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間的影響

土壤養(yǎng)分條件（如氮、磷含量）影響有機(jī)碳儲存和輸出過程，營養(yǎng)豐富土壤的有機(jī)碳含量也相對較高（Dungait et al.，2012；Derrien et al.，2014；Foesel et al.，2014；Lehmann et al.，2015），營養(yǎng)豐富土壤中的微生物活性更高（王鵬等，2018），有利于碳的排放（莫江明等，2005；劉德燕等，2008），因而土壤有機(jī)碳周轉(zhuǎn)時間取決于養(yǎng)分的可獲得性。Garten et al.（2006）的研究表明土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間在海拔梯度上的變化與土壤有機(jī)碳含量和異養(yǎng)呼吸分別存在正相關(guān)和負(fù)相關(guān)關(guān)系，并且與土壤氮含量表現(xiàn)為正相關(guān)關(guān)系。Frank et al.（2012）發(fā)現(xiàn)土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間隨有機(jī)碳含量增大以指數(shù)形式減少。Luo et al.（2019）的全球數(shù)據(jù)集成分析結(jié)果表明深層土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間與土壤pH正相關(guān)。Janssens et al.（2010）和Lehmann et al.（2015）發(fā)現(xiàn)土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間隨土壤有機(jī)碳和全氮含量增加而增加。還有研究表明，長期施用有機(jī)肥使土壤有機(jī)碳周轉(zhuǎn)時間減少，促進(jìn)了有機(jī)碳更新，而施用無機(jī)肥增加了土壤有機(jī)碳周轉(zhuǎn)時間（王雪芬等，2012），其變化機(jī)制可能與土壤養(yǎng)分狀況有關(guān)（程淑蘭等，2018）。

本研究中土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間對總氮和有效磷呈現(xiàn)出不同的響應(yīng)規(guī)律，說明氮含量提高有利于增加有機(jī)碳周轉(zhuǎn)時間，而磷含量提高會減少有機(jī)碳周轉(zhuǎn)時間。在生態(tài)系統(tǒng)氮、磷沉降增加的情況下，兩者對土壤有機(jī)碳周轉(zhuǎn)時間的凈效應(yīng)值得進(jìn)一步深入研究。

3.2 氣候因素對土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間的影響

Giardina et al.（2000）針對44個研究地點(diǎn)的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的數(shù)據(jù)集成分析表明土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間與溫度無顯著相關(guān)性。而 Knorr et al.（2005）的研究發(fā)現(xiàn)，巴西亞馬遜雨林土壤有機(jī)碳周轉(zhuǎn)時間隨溫度增加而降低。Luo et al.（2019）的研究表明，氣候因素（溫度和降水）對深層土壤有機(jī)碳周轉(zhuǎn)時間時空變異的模擬效果小于土壤因素。本研究表明，從采樣地點(diǎn)的土壤濕度增加到25%土壤濕度后土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間減少，這說明土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間受濕度影響，不同土壤對于土壤濕度變化具有不同的響應(yīng)規(guī)律。在本研究中雖然土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間與溫度的單因子回歸關(guān)系不顯著，但在多元回歸中加入氣候因子可以提高模擬效果，在模擬土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間的模型中，考慮土壤總氮含量、有效磷含量、年平均溫度、年平均降水量這4個因素的模型可模擬采樣點(diǎn)土壤濕度下土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間 85.5%（R2=0.855）的變異，與僅包含總氮含量模型75.0%的模擬效果（R2=0.750）（圖 7a）相比，提高了模型模擬效果，在 25%土壤濕度下包含土壤總氮含量、年平均溫度、年平均降水量的模型可模擬土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間82.6%（R2=0.826）的變異性，與僅包含總氮含量模型 71.1%的模擬效果（R2=0.711）（圖8a）相比，也提高了模擬效果。此外，包含氣候和土壤因素模型的模擬值與測定值具有較好可比性，其斜率接近1（圖9a、b），因此氣候因素與土壤因素對土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間表現(xiàn)為復(fù)合影響規(guī)律。另外，本研究中土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間最大值為牡丹江土壤樣本，其數(shù)值顯著高于其他采樣點(diǎn)數(shù)值，該采樣點(diǎn)具有最低年平均溫度和年降水量，雖然具有最高溫度和降水量的南寧采樣點(diǎn)土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間并非最小，但該地區(qū)土壤有機(jī)碳含量和養(yǎng)分含量較高，這也說明了氣候因素對土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間的影響與土壤因素的影響可能存在交互作用（Wattel-Koekkoek et al.，2003；Carvalhais et al.，2014；Varney et al.，2020）。

3.3 植被類型對土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間的影響

本研究中，在同樣地區(qū)，不同植被類型下的土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間也存在差異（圖4a、b），例如南寧桉樹林（NN2）土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間高于玉米田，植被類型不同，其凋落物和植物向地下的碳分配量存在差異（姜俊等，2020），直接影響著輸入土壤有機(jī)物數(shù)量和質(zhì)量的差異，從而對土壤有機(jī)碳分解速率產(chǎn)生影響（Davidson et al.，2006），導(dǎo)致土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間不同。目前的研究僅有幾種植被，今后有必要進(jìn)行更多氣候區(qū)多種植被類型下更多土壤樣本有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間測定實(shí)驗(yàn)，并分析土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間時空變異的關(guān)鍵影響因素及內(nèi)在機(jī)制，以期為探討土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性的關(guān)鍵驅(qū)動機(jī)制提供進(jìn)一步的理論基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

（1）不同氣候區(qū)不同土地利用類型下的土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間存在極顯著差異。土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間的空間變化主要與土壤因素（有機(jī)碳含量、全氮含量、有效磷含量）有關(guān)，但同時受氣候因素制約。今后有必要研究未來氣候變化情況下不同地區(qū)不同植被類型下土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間的變化規(guī)律，并提出適應(yīng)氣候變化的地域性措施。

（2）從采樣點(diǎn)土壤濕度提高到25%土壤濕度后土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間減小，今后可關(guān)注典型生態(tài)區(qū)野外實(shí)際降水量改變條件下土壤有機(jī)碳平均周轉(zhuǎn)時間的長期變化規(guī)律。