中國(guó)退耕還草的土壤碳固持效應(yīng)及影響因素

何奕成，胡振華，向仰州，張金鑫，錢永強(qiáng)，王迎新，許豐偉

（1.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院生態(tài)保護(hù)與修復(fù)研究所 / 國(guó)家林業(yè)和草原局草原研究中心, 北京 100091；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 北京 100193；3.內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市開魯縣林業(yè)和草原局, 內(nèi)蒙古 開魯 028400；4.貴州師范學(xué)院地理資源學(xué)院, 貴州 貴陽(yáng) 550018）

土地利用變化是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的重要影響因素[1]。合理的土地利用能改善土壤結(jié)構(gòu)，進(jìn)而促進(jìn)土壤碳固持[2]；反之，不合理的土地利用會(huì)導(dǎo)致土壤退化，加速土壤有機(jī)碳分解[3]。在過(guò)去的幾十年里，大面積草地被人類盲目開墾，引發(fā)了水土流失加劇、草地退化和土壤碳排放增加等一系列生態(tài)問(wèn)題[4-5]。例如，當(dāng)草地被開墾為農(nóng)田，地上植被蓋度減小導(dǎo)致土壤水分蒸發(fā)增加、土壤侵蝕加劇，從而促進(jìn)了土壤有機(jī)碳分解和釋放；同時(shí)，地下植物根系減少導(dǎo)致其分泌物減少、微生物碳利用效率降低，進(jìn)一步增加了土壤碳排放[6-7]。相關(guān)研究表明，每開墾1 m 深草地土壤會(huì)導(dǎo)致其中27% 的土壤有機(jī)碳被分解排放[8]，草地開墾造成的土壤有機(jī)碳損失占土壤碳總量的30%～50%[9-10]。為了防治水土流失和減少土壤碳排放，我國(guó)1999 年開始實(shí)施“退耕還林還草”工程[11]，該工程是目前世界上投資最大、政策性最強(qiáng)、涉及面最廣以及群眾參與度最高的生態(tài)工程之一[12]。退耕還林還草能增加植被覆蓋度，促進(jìn)土壤有機(jī)碳固持，從而改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展[13]。

退耕還林還草的生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)一直是生態(tài)學(xué)中的熱點(diǎn)問(wèn)題。退耕還林還草一般會(huì)增加土壤有機(jī)碳含量，但這種正效應(yīng)會(huì)受生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間、當(dāng)?shù)貧夂驐l件、土壤養(yǎng)分和植物功能群等因素影響[14-18]。一般而言，農(nóng)田恢復(fù)為草地后，土壤有機(jī)碳含量隨恢復(fù)年限先呈增加趨勢(shì)而后出現(xiàn)飽和響應(yīng)。然而，也有一些研究發(fā)現(xiàn)退耕還草初期土壤有機(jī)碳含量并沒(méi)有增加，甚至有降低趨勢(shì)，而隨著恢復(fù)年限的延長(zhǎng)才出現(xiàn)增加趨勢(shì)[15,17]。這些研究表明土壤有機(jī)碳恢復(fù)可能存在時(shí)間閾值，超過(guò)閾值后才會(huì)出現(xiàn)正響應(yīng)[19]。但是，由于生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間對(duì)土壤碳含量影響的大尺度研究非常少，這個(gè)時(shí)間閾值并沒(méi)有被量化。氣候條件方面，大量研究發(fā)現(xiàn)，干旱區(qū)退耕還草對(duì)土壤碳恢復(fù)的影響不明顯，而濕潤(rùn)區(qū)退耕還草有利于土壤碳固持[17,20-21]。這些結(jié)果指出，水分條件是影響退耕還草增加碳固持效應(yīng)的重要因素，然而目前并不清楚碳固持效應(yīng)從無(wú)到有的關(guān)鍵水分閾值。一般來(lái)說(shuō)，土壤有效養(yǎng)分與土壤有機(jī)碳含量具有較好的耦合關(guān)系。例如，在退耕還草背景下，大量研究發(fā)現(xiàn)土壤有效氮與土壤有機(jī)碳含量存在正相關(guān)關(guān)系，表明土壤碳固持普遍受到氮限制。相比之下，土壤有效磷對(duì)土壤有機(jī)碳恢復(fù)影響的研究相對(duì)較少[16]。然而，隨著氮沉降在生態(tài)系統(tǒng)中持續(xù)累積，土壤磷限制可能會(huì)日益加劇。因此，退耕還草背景下量化土壤有效磷與有機(jī)碳恢復(fù)之間的關(guān)系同樣具有現(xiàn)實(shí)意義。此外，退耕還草的碳固持效應(yīng)普遍隨土壤深度的增加而降低[19]。

綜上所述，目前針對(duì)我國(guó)退耕還草的整合研究還非常少，并且尤其缺乏恢復(fù)時(shí)間和生境條件對(duì)土壤有機(jī)碳恢復(fù)的定量化閾值研究?；诖耍疚膶?duì)1950－2016 年發(fā)表的關(guān)于我國(guó)退耕還草工程與土壤有機(jī)碳的文獻(xiàn)進(jìn)行了系統(tǒng)梳理，重點(diǎn)分析退耕還草后土壤有機(jī)碳含量的響應(yīng)格局及其主要控制因子，以期為我國(guó)生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)收集

本研究利用中國(guó)知網(wǎng)、Google Scholar、Web of Science 等中英文檢索網(wǎng)站，以“退耕還草”“農(nóng)田”“草地生態(tài)系統(tǒng)”“草地恢復(fù)”“土壤碳”“中國(guó)”為中文關(guān)鍵詞，以“Grain for Green”“cropland”“grassland restoration”“soil organic carbon”“China”為英文關(guān)鍵詞檢索1950－2016 年關(guān)于我國(guó)退耕還草工程與土壤碳固持的相關(guān)文章，重點(diǎn)關(guān)注由農(nóng)田恢復(fù)為草地后土壤有機(jī)碳含量的變化規(guī)律。同時(shí)，對(duì)檢索到的文獻(xiàn)采取以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行嚴(yán)格篩選：1)農(nóng)田與恢復(fù)后的樣地具有相似的土壤和氣候條件；2)研究是以成對(duì)的地點(diǎn)和時(shí)間序列上進(jìn)行取樣；3)采樣的土壤深度和恢復(fù)年限在文獻(xiàn)中需有明確報(bào)道；4)研究需提供土壤有機(jī)碳指標(biāo)的均值和重復(fù)數(shù)。基于上述篩選標(biāo)準(zhǔn)，最終獲得123 篇學(xué)術(shù)論文，總計(jì)735 條數(shù)據(jù)。文獻(xiàn)中若以圖呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，利用Engauge Digitizer軟件 (Free Software Foundation, Inc., Boston, MA)進(jìn)行數(shù)據(jù)提取。具體獲取的指標(biāo)包括：土壤有機(jī)碳含量(g·kg-1)、生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間(year)、土壤取樣深度(cm)、土壤有效氮含量(mg·kg-1)、土壤有效磷含量(mg·kg-1)、年平均氣溫(℃)和降水量(mm)。本研究把不同地點(diǎn)的試驗(yàn)作為獨(dú)立的研究，并把同一地點(diǎn)不同恢復(fù)方式也作為獨(dú)立研究。

總體來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)庫(kù)包括126 個(gè)研究地點(diǎn)，生態(tài)系統(tǒng)類型包括草地和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)。恢復(fù)方式分為自然和人工恢復(fù)兩種。自然恢復(fù)為生態(tài)系統(tǒng)在無(wú)人為干擾條件下的自然演替，導(dǎo)致植物群落組成相對(duì)比較復(fù)雜。而人工恢復(fù)多為農(nóng)田退耕后，通過(guò)人為種植特定的草本植物進(jìn)行恢復(fù)，因而植物群落組成相對(duì)簡(jiǎn)單。這些研究覆蓋了我國(guó)大部分氣候帶，覆蓋區(qū)域經(jīng)緯度為24.82°～47.59° N，89.13°～133.63° E。年平均氣溫范圍為-0.7～19.9 ℃；年平均降水范圍為116.8～1 600 mm；土壤本底有機(jī)碳含量范圍為0.091～63.053 g·kg-1；土壤取樣深度范圍為0～100 cm；生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間為0～78 年。為進(jìn)一步明確豆科植物在土壤有機(jī)碳恢復(fù)中的作用，進(jìn)一步把植物分為豆科(235 條數(shù)據(jù))和非豆科植物功能群(464 條數(shù)據(jù))進(jìn)行比較。

1.2 數(shù)據(jù)分析

本研究中由于不同研究的土壤取樣深度存在差異，會(huì)引起土壤有機(jī)碳含量計(jì)算的不確定性。因此，不同地點(diǎn)之間土壤有機(jī)碳含量的比較需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。因此，本研究基于響應(yīng)比(response ratio, RR)反映土壤有機(jī)碳含量的相對(duì)變化，其計(jì)算方法為：

式中：Xtreatment、Xcontrol分別是一個(gè)獨(dú)立研究中恢復(fù)處理組和原始對(duì)照組的平均值。

與傳統(tǒng)整合分析研究一致，本研究基于樣本量進(jìn)行加權(quán)計(jì)算[22-24]，加權(quán)系數(shù)(Wt)計(jì)算如下：

式中：Wt代表恢復(fù)效應(yīng)值的權(quán)重，Ncontrol、Ntreatment分別表示農(nóng)田對(duì)照組和恢復(fù)處理組的重復(fù)數(shù)。

首先，為了更好處理同一研究中多個(gè)觀測(cè)數(shù)據(jù)的不獨(dú)立性，采用線性混合效應(yīng)模型分析土壤有機(jī)碳恢復(fù)的總體效應(yīng)響應(yīng)比和95% 置信區(qū)間。具體模型如下：

式中：β0為截距，πstudy是把每個(gè)研究作為隨機(jī)截距，ε為模型殘差。

其次，進(jìn)一步分析土壤有機(jī)碳恢復(fù)效應(yīng)與恢復(fù)時(shí)間、土壤深度、干旱指數(shù)、土壤養(yǎng)分(有效氮和有效磷) 以及植物功能群(豆科與非豆科) 之間的關(guān)系，采用如下模型：

式中：β為系數(shù)；time為恢復(fù)年限；depth為土壤取樣深度；AN為土壤有效氮含量；AP為土壤有效磷含量；AI為干旱指數(shù)，[AI=MAP/(MAT+ 10)]，MAP為年平均降水量，MAT為年平均氣溫[25]；PFG為植物功能群分類(豆科與非豆科)；πstudy為隨機(jī)截距(把每個(gè)研究作為隨機(jī)效應(yīng))；ε為模型殘差。此外，利用公式(4)可得到各個(gè)影響因子的系數(shù)β，并基于這些系數(shù)和模型截距構(gòu)建土壤有機(jī)碳響應(yīng)比與特定影響因子之間的偏回歸關(guān)系，由此計(jì)算響應(yīng)比由正轉(zhuǎn)負(fù)對(duì)應(yīng)的影響因子閾值。本文利用R 4.0.3 (https://www.r-project.org)中l(wèi)me4 程序包[26]進(jìn)行線性混合效應(yīng)模型分析，利用ggplot2 程序包制圖[27]。

2 結(jié)果與分析

2.1 全國(guó)退耕還草工程作用下土壤有機(jī)碳含量的變化

本研究搜集了123 個(gè)由農(nóng)田恢復(fù)為草地的獨(dú)立試驗(yàn)，獲取數(shù)據(jù)觀測(cè)值735 對(duì)(農(nóng)田與恢復(fù)草地)?；谏鲜鰯?shù)據(jù)庫(kù)，發(fā)現(xiàn)72%的研究顯示農(nóng)田恢復(fù)為草地后，土壤有機(jī)碳含量呈正響應(yīng)，而28%的研究結(jié)果為負(fù)響應(yīng)。進(jìn)一步對(duì)總體效應(yīng)估算，結(jié)果顯示草地土壤碳恢復(fù)效應(yīng)平均值為 0.181，95%置信區(qū)間為0.145～0.216，表明我國(guó)退耕還草工程的土壤有機(jī)碳恢復(fù)效應(yīng)顯著，且高于恢復(fù)之前的農(nóng)田水平。而土壤有效氮的恢復(fù)效應(yīng)平均值為0.075，但是土壤有效磷恢復(fù)效應(yīng)的平均值為-0.343 (圖1)。

圖1 退耕還草工程對(duì)土壤有機(jī)碳含量、有效氮含量和有效磷含量的影響Figure 1 The impact of the “Grain for Green” project on soil organic carbon, soil available nitrogen,and soil available phosphorus

2.2 土壤有機(jī)碳恢復(fù)效應(yīng)的影響因素

研究結(jié)果顯示，生境土壤有效氮含量(F= 32.886，P< 0.001)與干旱指數(shù)(F= 15.817，P< 0.001)為影響土壤有機(jī)碳含量恢復(fù)的主要環(huán)境因子。而不同深度(F= 6.374，P< 0.05)的土壤有機(jī)碳含量恢復(fù)具有顯著差異。植物功能群與土壤有效磷含量不影響土壤有機(jī)碳的恢復(fù)(表1)。

表1 不同因子對(duì)土壤有機(jī)碳恢復(fù)影響的方差分析Table 1 Effects of different factors on soil organic carbon restoration based on the linear mixed effects model

土壤有機(jī)碳含量與恢復(fù)時(shí)間呈正相關(guān)關(guān)系(P<0.001) (圖2)。但是，短期內(nèi)草地恢復(fù)的效應(yīng)普遍為負(fù)效應(yīng)，而長(zhǎng)期的草地恢復(fù)才會(huì)促進(jìn)土壤有機(jī)碳含量。而由負(fù)效應(yīng)轉(zhuǎn)為正效應(yīng)的時(shí)間閾值為6.43年。土壤有機(jī)碳恢復(fù)隨土壤深度呈下降趨勢(shì)(P<0.001) (圖2)，表明深層土壤有機(jī)碳恢復(fù)效應(yīng)減弱，而淺層土壤有機(jī)碳含量在保護(hù)措施下恢復(fù)較快。當(dāng)土壤深度接近1 m 時(shí)，土壤有機(jī)碳恢復(fù)效應(yīng)不明顯。

圖2 土壤有機(jī)碳恢復(fù)效應(yīng)與恢復(fù)時(shí)間(A)和土壤深度之間的關(guān)系(B)Figure 2 Relationships of soil carbon with restoration time (A) or soil depth (B)

對(duì)于土壤養(yǎng)分來(lái)說(shuō)，草地的土壤有效氮恢復(fù)越快，土壤有機(jī)碳恢復(fù)效果也越好(P< 0.001) ，土壤氮與土壤有機(jī)碳恢復(fù)具有緊密的協(xié)同關(guān)系。而土壤有機(jī)碳恢復(fù)與土壤有效磷含量不相關(guān)(P> 0.05)(圖3)。

圖3 土壤有機(jī)碳恢復(fù)效應(yīng)與土壤有效氮(A)和有效磷恢復(fù)(B)之間的關(guān)系Figure 3 Relationships of soil carbon with soil available nitrogen (A) or phosphorus (B)

對(duì)于氣候條件來(lái)說(shuō)，水分條件較好的生境土壤有機(jī)碳含量恢復(fù)效應(yīng)明顯高于干旱地區(qū)(P<0.001)。恢復(fù)效應(yīng)由負(fù)轉(zhuǎn)為正的干旱指數(shù)的閾值為25.15 (圖4)。對(duì)于不同植物功能群，以豆科和非豆植物作為特定物種進(jìn)行的草地恢復(fù)，土壤有機(jī)碳沒(méi)有顯著差異(圖5)。

圖4 土壤有機(jī)碳恢復(fù)效應(yīng)與干旱指數(shù)的關(guān)系Figure 4 Relationships of soil carbon restoration with aridity index

圖5 不同功能群對(duì)土壤有機(jī)碳恢復(fù)的作用Figure 5 Soil carbon restoration by different functional groups

3 討論

本研究系統(tǒng)整合了我國(guó)123 個(gè)由農(nóng)田恢復(fù)為草地的研究，降水跨度為116.8～1 600 mm，本底土壤有機(jī)碳范圍為0.091～63.053 g·kg-1，恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)78 年。前人研究更多關(guān)注農(nóng)田恢復(fù)為林地和草地之后土壤有機(jī)碳的動(dòng)態(tài)變化[5,12-15,18]，而專門針對(duì)農(nóng)田恢復(fù)為草地的系統(tǒng)研究相對(duì)較少[28-30]，揭示影響土壤有機(jī)碳變化的環(huán)境梯度閾值的研究更少[16]。本研究揭示我國(guó)退耕還草工程提升了19.8%的土壤有機(jī)碳含量，并進(jìn)一步量化了影響土壤有機(jī)碳恢復(fù)的關(guān)鍵環(huán)境梯度閾值。本研究結(jié)果表明農(nóng)田恢復(fù)為草地的初期需要加強(qiáng)人工管護(hù)，在高于水分閾值的地區(qū)實(shí)施退耕還草能夠更大程度促進(jìn)土壤有機(jī)碳增加，這對(duì)退耕還草等生態(tài)工程的效應(yīng)評(píng)估，以及草地生態(tài)保護(hù)修復(fù)具有重要的指導(dǎo)意義。

3.1 植被恢復(fù)時(shí)間對(duì)土壤有機(jī)碳含量的影響

土壤有機(jī)碳是草地生態(tài)系統(tǒng)中最重要的碳庫(kù)，約占草地生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)碳總量的90%[28]。本研究發(fā)現(xiàn)，農(nóng)田退耕恢復(fù)為草地后，只有恢復(fù)時(shí)間超過(guò)6.43 年之后，土壤有機(jī)碳含量才會(huì)升高，這說(shuō)明農(nóng)田退耕為草地后土壤有機(jī)碳含量并不是一直持續(xù)增加，而是存在恢復(fù)時(shí)間閾值。王俊明和張興昌[29]研究發(fā)現(xiàn)農(nóng)田退耕為草地后土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量迅速下降，直到退耕草地自然演替15 年，土壤有機(jī)碳含量才會(huì)超過(guò)農(nóng)田土壤有機(jī)碳含量。劉淑娟等[31]研究發(fā)現(xiàn)耕地轉(zhuǎn)化為牧草和草地20 年后，土壤有機(jī)碳含量才出現(xiàn)增加趨勢(shì)。Potter 等[32]發(fā)現(xiàn)農(nóng)田轉(zhuǎn)化為草地后，要使土壤有機(jī)碳含量達(dá)到恢復(fù)前農(nóng)田的水平大約需要100 年，而Deng 等[33]研究表明黃土丘陵區(qū)植被恢復(fù)后土壤碳庫(kù)凈累積需要超過(guò) 30 年的時(shí)間。而本研究表明我國(guó)國(guó)家尺度上農(nóng)田退耕為草地的土壤有機(jī)碳含量由負(fù)效應(yīng)轉(zhuǎn)為正效應(yīng)的平均時(shí)間為6.43 年，這是因?yàn)檗r(nóng)田退耕為草地的恢復(fù)初期，土壤表層枯落物來(lái)源不足，植被覆蓋度較低，再加上退耕過(guò)程的干擾，導(dǎo)致土壤侵蝕發(fā)生，使土壤有機(jī)碳隨降雨淋溶或隨風(fēng)遷移到其他地區(qū)。另外，土壤恢復(fù)過(guò)程中土壤中原來(lái)的有機(jī)質(zhì)持續(xù)分解，且無(wú)肥料添加，從而使恢復(fù)早期的土壤有機(jī)碳含量下降[29,34]。隨著植被恢復(fù)時(shí)間的延長(zhǎng)，植物蓋度和地上生物量不斷增加，土壤侵蝕和水土流失造成的土壤養(yǎng)分流失持續(xù)減少。由于植物凋落物、根系及其分泌物不斷向土壤中輸入，形成更多的土壤有機(jī)質(zhì)，改善土壤結(jié)構(gòu)，進(jìn)而逐漸增加土壤有機(jī)碳含量[35]。

土壤有機(jī)碳含量由有機(jī)物質(zhì)的輸入和分解以及侵蝕損失等之間的凈平衡所決定[36]。本研究分析發(fā)現(xiàn)，土壤有機(jī)碳恢復(fù)隨土壤深度的增加逐漸降低。黃江等[37]研究表明農(nóng)田退耕5 年后0－10 cm 土層土壤有機(jī)碳含量是40－60 cm 的1.77～3.24 倍，而董凌勃等[30]研究表明農(nóng)田退耕為草地8～35 年后0－10 cm 土層土壤有機(jī)碳占0－30 cm 的38.9%～50.3%，表明表層土壤有機(jī)碳累積能力更強(qiáng)[34]。這主要是因?yàn)椴荼局参锏牡蚵湮?、種子等首先進(jìn)入到表層土壤，在降水、氣溫以及微生物分解的影響下，加速轉(zhuǎn)化為土壤有機(jī)質(zhì)。加之表層土壤的植物根系最為發(fā)達(dá)，較高的細(xì)根周轉(zhuǎn)率導(dǎo)致土壤有機(jī)碳的持續(xù)累積，致使土壤表層持續(xù)快速地累積有機(jī)碳。土壤底層根系相對(duì)較少，微生物活性也較低，導(dǎo)致根系分解速度較慢，接收從上層土壤向下遷移的有機(jī)碳逐漸減少，導(dǎo)致底層土壤有機(jī)碳含量比上層的低。除此之外，土壤底層的大團(tuán)聚體容納有機(jī)碳的空間相比于表層土壤更小，因此表層土壤有機(jī)碳恢復(fù)高于底層[38]。

3.2 植被恢復(fù)過(guò)程中土壤養(yǎng)分對(duì)土壤有機(jī)碳含量的影響

研究發(fā)現(xiàn)土壤有效氮含量是影響土壤有機(jī)碳含量恢復(fù)的主要因子。一般而言，土壤有機(jī)碳含量與全氮含量具有緊密的正相關(guān)關(guān)系[19]。本研究分析發(fā)現(xiàn)農(nóng)田退耕為草地后，土壤有效氮含量越高，相應(yīng)地土壤有機(jī)碳含量也越高，而土壤有機(jī)碳含量與有效磷含量并不相關(guān)。其他學(xué)者研究也表明農(nóng)田退耕還林還草后，土壤有機(jī)碳氮含量隨著恢復(fù)年限的延長(zhǎng)會(huì)出現(xiàn)升高、下降或者先下降再升高3 種變化趨勢(shì)，但無(wú)論如何變化土壤有機(jī)碳氮含量的變化趨勢(shì)是協(xié)同的，但土壤碳氮含量與土壤磷含量的變化規(guī)律沒(méi)有表現(xiàn)出類似的協(xié)同變化[36,39]。這主要是因?yàn)橥寥捞嫉P(guān)系由植物和微生物生命活動(dòng)共同決定，而碳氮元素循環(huán)在植物和微生物體內(nèi)是高度耦合和緊密關(guān)聯(lián)的[19]。

3.3 植被恢復(fù)過(guò)程中水分條件對(duì)土壤有機(jī)碳含量的影響

我國(guó)退耕還草地區(qū)多位于干旱和半干旱區(qū)，水分是該地區(qū)植被恢復(fù)的主要限制因素[40]。因此，土壤水分與土壤有機(jī)碳恢復(fù)可能呈正相關(guān)關(guān)系[20-21]。本研究分析發(fā)現(xiàn)，在濕潤(rùn)半濕潤(rùn)地區(qū)，土壤有機(jī)碳含量恢復(fù)效應(yīng)明顯高于干旱地區(qū)。導(dǎo)致這一結(jié)果的具體原因可能為：1)更多降水有利于植物生長(zhǎng)，促進(jìn)地上生物量和地下生物量的累積，如馬文紅等[41]發(fā)現(xiàn)降水量與草地地上/地下生物量密切正相關(guān)，從而增加了地上和地下凋落物輸入。2)高降水條件通過(guò)直接(水分) 和間接作用(根系生長(zhǎng)及其分泌物)增強(qiáng)了土壤微生物的活性并提高其碳利用效率[42]，進(jìn)而加速了生物殘?bào)w向土壤有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化過(guò)程。因此，在濕潤(rùn)地區(qū)恢復(fù)草地會(huì)產(chǎn)生更高的地上生物量和凋落物輸入，并通過(guò)更多的根系生長(zhǎng)和更活躍的微生物活動(dòng)共同促進(jìn)了土壤有機(jī)碳恢復(fù)[43-44]。

4 結(jié)論

本研究基于整合分析123 篇關(guān)于我國(guó)退耕還草工程與土壤有機(jī)碳的文獻(xiàn)，總體發(fā)現(xiàn)農(nóng)田恢復(fù)為草地之后土壤有機(jī)碳含量會(huì)顯著升高。但是，土壤有機(jī)碳恢復(fù)與時(shí)間呈非線性關(guān)系，在國(guó)家尺度上土壤有機(jī)碳恢復(fù)由負(fù)轉(zhuǎn)為正效應(yīng)的時(shí)間閾值為6.43 年。同時(shí)，草地土壤有效氮含量恢復(fù)越高，土壤有機(jī)碳恢復(fù)的也越強(qiáng)。在水分條件較好的生境中，土壤有機(jī)碳恢復(fù)效應(yīng)普遍大于干旱地區(qū)，且土壤有機(jī)碳恢復(fù)由負(fù)轉(zhuǎn)為正效應(yīng)的干旱指數(shù)閾值為25.15?？傮w上，本研究結(jié)果揭示我國(guó)退耕還草工程的恢復(fù)效應(yīng)普遍為正效應(yīng)，但是土壤有機(jī)碳恢復(fù)隨不同環(huán)境梯度和恢復(fù)時(shí)間存在閾值響應(yīng)。本研究結(jié)果為我國(guó)持續(xù)開展退耕還草工程提供理論依據(jù)，同時(shí)也為我國(guó)實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)提供科技支撐。