摘要
荒漠生态系统土壤碳在全球碳循环中起着重要的作用，不仅是重要的生态屏障，也是干旱、半干旱生态系统中响应气候变化最为敏感的草地类型之一，其基础数据缺乏、调控机制不清等问题，已成为区域及国家尺度评估“双碳”减排政策制定的主要障碍，是草地碳汇研究中亟待解决的关键问题。本文采用了统一规范的野外实地监测和室内分析相结合等方法，构建了新疆北部荒漠草地土壤有机碳关键数据库。通过明确荒漠草地整体和局部土壤有机碳汇现状及变异规律，重点分析了其主要驱动因素，并探讨了有机碳矿化量及温度敏感性Q10对温度增加的响应规律，旨在为摸清碳库本底、固碳减排以及精确计量荒漠草地生态系统碳储量提供数据支撑。主要结果如下: (1)新疆北部荒漠草地地上总生物量平均值为297.21g·m-2,呈强变异;植被总覆盖度平均值为25.57％,物种丰富度平均值为5.31,均呈中等变异。除凋落物生物量外，地上生物量、植被覆盖度及物种丰富度在不同荒漠亚类间及不同植被型荒漠间均呈现显著差异(P＜0.05);荒漠草地土壤理化性质中土壤容重、含水量、电导率、土石比及pH平均值依次为1.45g·cm-3、3.97％、6.97ms·cm-1、17.44％及8.67,在不同荒漠亚类及不同植被型荒漠均差异显著(P＜0.05)。 (2)新疆北部荒漠草地土壤有机碳含量(SOC)及其密度(SOCD)平均值依次为5.67g·kg-1、6.14kg·m-2。从空间分布看，SOC整体呈现西南向东北降低趋势，SOCD表现为从东北向西南递增趋势，均呈强空间自相关性;从各环境因子的解释率来看，植被因子＞土壤因子＞地形因子＞气候因子，控制土壤有机碳变异的主要驱动因素为植被覆盖度、海拔、土石比、NDVI及土壤含水量。 (3)以土壤基质划分的不同荒漠草地亚类SOC及SOCD的变异系数为59.96％～82.45％，属于中等变异;各亚类荒漠草地SOC及SOCD由高到低依次为土质荒漠(7.08g·kg-1vs7.79kg·m-2)、砾石质荒漠(5.71g·kg-1vs5.52kg·m-2)、砾砂质荒漠(5.47g·kg-1vs6.07kg·m-2)、盐土荒漠(5.09g·kg-1vs5.61kg·m-2)、沙质荒漠(2.22g·kg-1vs3.38kg·m-2)。随土壤质地条件的变好，影响土壤有机碳变化的关键因素由土石比转变为植被覆盖度。 (4)以生活型划分的不同植被型荒漠SOC及SOCD的变异系数为66.31％～118.67％,属于中等/强变异程度;各植被型荒漠SOC及SOCD由高到低依次为草本荒漠(7.95g·kg-1vs7.50kg·m-2)、半灌木荒漠(6.12g·kg-1vs6.53kg·m-2)、灌木荒漠(5.38g·kg-1vs5.01kg·m-2)及小乔木荒漠(4.09g·kg-1vs4.86kg·m-2)。随群落结构复杂程度的增加，调控土壤有机碳变异的关键因素数量有所增加，但主要受土壤水分影响。 (5)荒漠草地土壤有机碳矿化速率分为活跃期(0～6d)和惰性期(6～185d)两个阶段;不同土壤质地间土壤有机碳累积矿化量存在明显差异(P＜0.05),温度敏感性Q10土质荒漠显著高于沙质荒漠。随温度升高，不同有机碳组分中，仅土质荒漠缓性碳矿化量比沙质荒漠对温度增加的响应更敏感(P＜0.05)。仅β-1,4葡萄糖苷酶活性随温度升高出现显著变化(P＜0.05),但培养温度及培养时间对酶计量比值Cenz∶Nenz、Cenz∶Penz、Nenz∶Penz影响均不显著(P＞0.05)。随机森林模型结果表明温度敏感性Q10的关键驱动因素为β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、土壤累积矿化量、活性碳矿化速率和β-1，4葡萄糖苷酶。 总之，新疆北部荒漠草地土壤有机碳储量具有很强的空间异质性，整体驱动因素为植被覆盖度、土石比及海拔，不同荒漠亚类的关键驱动因素随土壤质地条件的变好由土石比转变为植被覆盖度，不同植被型荒漠关键驱动因素主要为土壤水分。随温度增加，不同土壤基质的荒漠草地土壤碳矿化量存在显著差异，与气候区无关,且温度敏感性Q10主要驱动因素为氮相关的酶β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、碳相关的酶β-1，4葡萄糖苷酶、活性碳释放速率及累积矿化量，仍需进一步验证。
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