摘要
维持和提升陆地生态系统碳汇是实现“碳达峰”和“碳中和”目标，减缓和应对全球气候变化的重要途径之一。土壤有机碳是陆地生态系统中最重要的碳库，是全球碳循环的重要组成部分，依据其理化和生物性质可分为不同的组分，这些组分对环境变化具有不同的响应和敏感性。微生物残体碳对土壤有机碳封存有重要贡献，在维持土壤碳稳定性中发挥关键作用。草原是分布在世界各地最重要的生态系统，持有世界上约30％的土壤碳储量，然而近几十年来草原大面积退化导致草原生产力和土壤碳储量的降低，是全球可持续发展面临的重大挑战。厘清土壤有机碳及其组分和微生物残体碳含量的分布规律及其与生物和非生物环境因子的关系，是认识土壤有机碳稳定和变化机制和进一步制定恢复退化草原、维持和提升生态系统碳汇管理体系的基础。 本研究以内蒙古草原为研究对象，在区域尺度上布设58个草原生态样地,开展草原植被和土壤调查，重点分析土壤有机碳含量以及其与生物（植物多样性和生产力）和非生物因子（气候因子和土壤理化性质）间的关系。利用地理探测器筛选影响植被地上生物量和土壤有机碳的重要环境因子，通过偏相关分析确定驱动植被地上生物量和植物多样性、土壤有机碳（氮）含量变化的关键环境因子;采用随机森林模型筛选影响土壤有机碳组分和微生物残体碳的重要环境因子，并通过拟合结构方程模型分析环境和生物因子对有机碳及其组分、微生物残体碳的影响。主要结论如下: (1)在区域尺度上，气候湿润度(即降雨和温度组合)是内蒙古草原植物群落生物量和物种丰富度的主要因素，而土壤容重和砂粒含量及其决定的土壤持水参数(即田间持水量和饱和含水量)是调控土壤有机碳和有机氮含量的主要因素。 (2)影响草原土壤有机碳及其活性组分颗粒有机碳(POC)和易氧化有机碳(ROC)的主要因素为土壤全氮含量(16.76％,19.23％和17.45％)、气候湿润度(10.98％,8.91％和12.06％)、土壤pH值(9.52％,10.16％和12.82％)和植物种丰富度(9.60％,7.76％和10.40％)等;而影响矿物结合有机碳(MOC)的主要因素依次为土壤全氮含量(21.12％)、气候湿润度(12.57％)、土壤粉土含量(9.21％)、土壤pH值(6.59％)、植物种丰富度(6.35％)等。土壤有机碳含量随气候湿度、植物种丰富度增加，随土壤含砂量和土壤pH值的增加而降低。土壤易氧化有机碳(ROC)是土壤有机碳的主要贡献者。 (3)土壤全氮(14.31％,14.58％和15.51％)和有机碳含量(13.53％,15.10％和14.49％)、气候湿润度(9.00％,7.85％和9.56％)是影响细菌、真菌及微生物残体碳含量的主要因素。土壤pH值显著降低影响真菌、微生物残体碳含量;植物种丰富度显著提高影响真菌残体碳含量。与真菌残体碳相比，细菌残体碳对气候变化更为敏感。 (4)土壤有机碳的主要来源是微生物残体碳(＞50％),而真菌残体碳是微生物残体碳的主要贡献者(＞60％)。气候湿润度的增加可显著提高细菌残体碳含量，进而增加土壤中真菌残体碳的含量。随气候湿润度增加，植物种丰富度提升和土壤pH值下降间接的影响真菌残体碳的含量。 （5）微生物残体碳是土壤有机碳组分的主要影响因素（＞30％）。真菌残体碳是土壤易氧化有机碳（ROC）和矿物结合态有机碳（MOC）最重要的影响因素，而细菌残体碳是土壤颗粒有机碳（POC）最重要的影响因素。 气候湿润度无疑是影响内蒙古草原生态系统土壤有机碳的主要因素之一，但本研究说明土壤物理性质，如土壤质地及其相关的持水参数，对土壤有机碳变化的解释能力强于气候湿润度。同时，植物多样性也是调控土壤有机碳组分变化的关键因素。这些认识对于增强区域土壤碳汇估算精度、制定兼顾草原生产和碳汇的管理制度具有重要意义。
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