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土壤有机碳稳定性及其影响因素

土壤通报 2005年第5期36卷 743-747页

作者：吴庆标王效科郭然中国科学院生态环境研究中心北京100085

土壤有机碳库在全球碳循环中起着重要作用。利用文献资料,阐明土壤有机碳稳定性理论及其影响因素。土壤有机碳稳定性指土壤有机碳在当前条件下抵抗干扰和恢复原有水平的能力。它是由土壤的理化性质所决定的,是自然因素和人为因素共同作... 详细信息

土壤有机碳库在全球碳循环中起着重要作用。利用文献资料,阐明土壤有机碳稳定性理论及其影响因素。土壤有机碳稳定性指土壤有机碳在当前条件下抵抗干扰和恢复原有水平的能力。它是由土壤的理化性质所决定的,是自然因素和人为因素共同作用的结果。土壤有机碳的降解包括生物降解作用和物理化学降解作用等,生物降解作用是主要的过程。把土壤有机碳库分成活性碳库、慢性碳库、惰性碳库,能较好地与土壤微生物的生物降解过程相对应。构建土壤有机碳稳定性概念模型,能更系统地理解有机碳在土壤中的稳定机制。

关键词：土壤碳饱和水平土壤碳稳定性土壤碳模型

带状采伐初期对华西雨屏区杉木人工林土壤碳组分及稳定性的影响

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四川农业大学学报 2024年第4期42卷 847-860,878页

作者：吴章明唐思莹宋思宇李聪刘丽鸽朱鹏徐红伟张学强张健刘洋长江上游森林资源保育与生态安全国家林业和草原局重点实验室/长江上游林业生态工程四川省重点实验室/华西雨屏区人工林生态系统研究长期科研基地/四川农业大学林学院成都611130 四川省林业和草原调查规划院成都610081 洪雅县国有林场四川眉山620360

【目的】旨在相同采伐强度下确定不同带宽采伐带和保留带对土壤碳组分及其稳定性的影响。【方法】在华西雨屏区洪雅林场人工林生态系统研究长期科研基地内,以集水区为功能单元,对23 a生的杉木人工林进行40%相同强度不同带宽的3种带状采... 详细信息

【目的】旨在相同采伐强度下确定不同带宽采伐带和保留带对土壤碳组分及其稳定性的影响。【方法】在华西雨屏区洪雅林场人工林生态系统研究长期科研基地内,以集水区为功能单元,对23 a生的杉木人工林进行40%相同强度不同带宽的3种带状采伐处理,分别是S1(10 m采伐+15 m保留)、S2(20 m采伐+30 m保留)和S3(30 m采伐+45 m保留),在采伐1 a后进行土壤样品采集。【结果】(1)与未采伐杉木纯林相比,采伐带0~20 cm土层土壤有机碳含量均显著降低;(2)夏季0~40 cm土层的S2采伐带有机碳稳定性显著高于其他两个带宽,而S2保留带显著低于其他两个带宽;冬季表现为S1显著高于其他2个带宽;(3)冗余分析表明,微生物生物量碳与土壤有机碳各组分具有明显的协同作用;(4)土壤碳稳定性与可溶性有机碳含量呈显著正相关,与活性有机碳组分呈显著负相关。【结论】在40%采伐强度下,适宜选择S1带状采伐组合更有利于保持土壤有机碳含量和稳定性。研究结果为杉木人工林的近自然改造和指导林业碳汇经营提供了理论依据。

关键词：杉木人工林带状采伐土壤有机碳土壤碳稳定性

凋落物品质和土壤碳饱和度对草地土壤有机碳固存及其稳定性的影响

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凋落物品质和土壤碳饱和度对草地土壤有机碳固存及其稳定性的影响

作者：郭鑫兰州大学

学位级别：硕士

植物凋落物是土壤有机碳(SOC)最重要的来源,凋落物分解是植物碳形成SOC的关键过程。凋落物化学品质决定新碳(C)进入到土壤中形成SOC的数量和稳定性。早期研究认为低品质凋落物中较高含量的难分解物质会通过腐殖化过程而最终形成稳定性SO... 详细信息

植物凋落物是土壤有机碳(SOC)最重要的来源,凋落物分解是植物碳形成SOC的关键过程。凋落物化学品质决定新碳(C)进入到土壤中形成SOC的数量和稳定性。早期研究认为低品质凋落物中较高含量的难分解物质会通过腐殖化过程而最终形成稳定性SOC。然而近年来的一些研究提出,高品质凋落物因其易分解组分含量较高而更容易被微生物吸收利用,微生物的残体及其代谢产物将通过促进团聚体的形成以及与土壤矿物基质以化学键结合而形成稳定性SOC。另外,稳定性SOC的形成与土壤C饱和度密切相关,只有土壤C饱和度有较大的空间时,才可能潜在地形成并固存更多的SOC。为了探究气候变化背景下植被群落结构的改变如何影响SOC含量及其稳定性,本研究选取陇中黄土高原温性草原不同品质的凋落物(AS:铁杆蒿茎秆、SR:长芒草根、SL:长芒草叶片、SAL:苦豆子叶片)以及三种不同C饱和度土壤,将凋落物与土壤共同培养,研究不同品质凋落物以及不同土壤C饱和度对凋落物分解过程、SOC固存及其稳定性的影响。主要结论如下:(1)与低品质凋落物(AS和SR)相比,高品质凋落物(SL和SAL)因其较高的易分解组分含量和较低的C/N比而具有较高的分解速率。(2)分解1095 d后,各处理SOC含量均显著增加,SL和SAL处理下SOC的增幅和新C形成效率均显著高于AS和SR,说明高品质凋落物分解后对SOC固存有更高的贡献。各处理对不同粒径土壤团聚体比例无显著影响。分解1095 d后,土壤团聚体SOC含量在各处理下均显著升高,SL和SAL处理下土壤团聚体较AS和SR处理具有更高的SOC含量和新C形成效率;说明与低品质凋落物相比,高品质凋落物分解后更容易形成稳定的矿质结合态SOC。(3)C饱和度较高的土壤中,凋落物各化学组分降低较慢,而在中C饱和度和低C饱和度条件下,凋落物具有较高的分解速率。(4)高C饱和度土壤中,凋落物分解1095 d后SOC含量无显著变化,而中C饱和度和低C饱和度土壤中,SOC含量则显著增加,说明高C饱和度土壤对外源新C的固存效率较低;相反,C不饱和土壤对外源新C的固存尚有空间,可有效固存外源有机C。随着C饱和度降低,各粒径团聚体中新C形成效率逐渐升高,且高品质凋落物更易于在土壤团聚体中形成稳定的矿质结合态SOC。

关键词：凋落物品质化学组成土壤团聚体土壤碳饱和度土壤碳稳定性

干热河谷新银合欢人工林土壤有机碳储量、活性碳组分特征及其稳定性

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干热河谷新银合欢人工林土壤有机碳储量、活性碳组分特征及其稳定...

作者：罗明没云南大学

学位级别：硕士

森林土壤碳储量是陆地生态系统碳储量的重要组成。森林土壤碳汇/源功能是当今气候变化下的焦点,由于土壤自然异质性大,土壤实践活动如土地利用方式转变引起的土壤有机碳动态变化短时间内难以检测,而活性碳组分对短期环境变化的响应敏感... 详细信息

森林土壤碳储量是陆地生态系统碳储量的重要组成。森林土壤碳汇/源功能是当今气候变化下的焦点,由于土壤自然异质性大,土壤实践活动如土地利用方式转变引起的土壤有机碳动态变化短时间内难以检测,而活性碳组分对短期环境变化的响应敏感,有助于理解短期内土壤碳动态变化。干热河谷是我国西南地区典型的生态脆弱带,其造林后不同林龄阶段土壤碳动态特征及其影响因素对评估区域和全球尺度的碳循环具有借鉴意义。本研究以金沙江干热河谷新银合欢人工林(约5年、10年、25年)为研究对象,以典型天然灌草丛为对照系统,研究新银合欢人工林不同林龄阶段和土层深度上土壤碳储量、活性碳组分、碳稳定性变化特征及其影响因子。主要研究结果如下:(1)干热河谷新银合欢人工林土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)储量随土壤剖面显著下降,随林龄呈现增加趋势。幼龄林、中龄林和成龄林的土壤(0-50 cm)SOC 储量分别为 0.56、0.77 和 0.89 t·hm,比天然灌草丛(0.43 t·hm)分别增加了 30.8%、79.4%和109.3%。林地土壤养分状况和地上植被生物量显著调控SOC储量变化。新银合欢凋落物碳输入贡献了 24.61-47.84%的土壤碳汇功能,且fnew随土壤剖面急剧下降,其中对表层(0-10 cm)SOC储量贡献达50%以上。新银合欢人工林的固碳速率(0.11-0.18 t·hm·year)、β值和Δδ13C均随林分生长呈现增加趋势,表明新银合欢林地土壤有机碳的积累和周转速率均随林龄增加。(2)土层深度和林龄阶段显著影响轻组分有机碳(Light fracti on organic carbon,LFOC)、热提取态有机碳(Hot water extractable organic carbon,HWEOC)、DOC/SOC、易氧化有机碳(Readily oxidizable carbon,ROC)、颗粒态有机碳(Particulate organic carbon,POC)和微生物生物量碳(Microbial biomass carbon,MBC)含量及其分配比例,林龄阶段显著影响可溶性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)含量、LFOC 和 HWEOC 的分配比例。ROC(1.17-22.32 g·kg)及其分配比例(17.08-71.66%)、POC(0.49-4.07 g·kg)、LFOC(30.27-337.96 mg·kg)、MBC(65.15-702.06 mg·kg)和 HWEOC(578.35-2191.00 mg·kg)含量沿着土壤剖面显著下降,DOC/SOC和RIC呈增加趋势,而DOC(243.06-1377.00 mg·kg)含量变化不明显。在林分发育过程中,POC、LFOC、DOC和ROC含量及其分配比例显著增加,灌草丛阶段具有最高的HWEOC、MBC含量及其分配比例以及最低的DOC/SOC,而POC/SOC在幼龄林阶段最低。与灌草丛相比,新银合欢林地ROC、POC和DOC储量分别增加了 1.80-4.10%、3.00-4.67%和4.00-6.00%。活性碳组分的含量及其分配比例与土壤养分状况存在显著正相关。(3)土壤碳矿化速率(Cmin)受到土层深度、林龄阶段以及两者交互作用的显著影响。土壤剖面上碳矿化速率的变化范围在灌草丛、幼龄林、中龄林和成龄林阶段分别为 6.33-21.21、6.83-22.09、4.17-19.69 和 5.75-38.44 μg CO-C·g soil·d。碳矿化速率随着土壤剖面呈显著下降趋势,表层土壤的碳矿化速率显著最高,其有机碳的稳定性最低。当归一化到土壤有机碳时,平均呼吸速率作为深度的函数没有变化。中龄林阶段新银合欢林地的土壤碳矿化速率显著最低,其有机碳的稳定性最高。沿着土壤剖面,土壤碳的水解酶活性下降而氧化酶和碳质量指数(The carbon quality index,CQI)增加。新银合欢林地土壤碳矿化速率受到SOC、活性碳组分含量以及碳水解酶的显著正效应,受到碳氧化酶的显著负效应。综上所述,在干热河谷地区造林新银合欢人工林会显著提高土壤有机碳储量及活性组分的碳储量。地上植被和土壤养分状况影响着土壤有机碳动态及其组成特征。林分生长过程中增大的活性碳组分含量将会改变土壤碳稳定性,最终导致中龄林阶段的新银合欢林地具有较高的土壤碳稳定性。因此,林地的植被特征、土壤的养分状况、活性碳组分特征及碳循环酶活性共同调控了干热河谷新银合欢林地土壤的碳汇功能及其稳定性的动态变化。本研究对于干热河谷地区人工林营造土壤碳稳定性具有一定的参考依据,对阐明新银合欢在干热河谷植被恢复中的碳汇作用提供科学依据。

关键词：新银合欢人工林林龄阶段土壤碳稳定性土壤碳组分固碳速率

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土壤有机碳稳定性研究进展

土壤有机碳稳定性研究进展

中国生态学会第七届全国会员代表大会

作者：吴庆标王效科郭然中国科学院生态环境研究中心

土壤有机碳库在全球碳循环中起着重要作用。土壤碳库的微小变化可以导致大气CO浓度的显著变化。土壤有机碳稳定性指土壤有机碳在当前条件下抵抗干扰和恢复原有水平的能力。它是由土壤的理化性质所决定的,是自然因素和人为因素共同作用... 详细信息

土壤有机碳库在全球碳循环中起着重要作用。土壤碳库的微小变化可以导致大气CO浓度的显著变化。土壤有机碳稳定性指土壤有机碳在当前条件下抵抗干扰和恢复原有水平的能力。它是由土壤的理化性质所决定的,是自然因素和人为因素共同作用的结果。影响土壤有机碳稳定性的因素分为可控因素和不可控因素。凋落物类型、土壤粘粒

关键词：土壤碳饱和水平土壤碳稳定性土壤碳模型

来源： cnki会议评论

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生态系统中真菌生物量对土壤稳定碳库的贡献

中国科学:地球科学 2025年

作者：王翔余光辉 Yakov KUZYAKOV 殷博昊 Andreas KAPPLER 刘丛强天津大学地球系统科学学院表层地球系统科学研究院环渤海地球关键带科学与可持续发展重点实验室环渤海滨海地球关键带野外科学观测研究站 Department of Soil Science of Temperate Ecosystems Department of Agricultural Soil ScienceUniversity of G?ttingen Agro-Technological Institute Peoples Friendship University of Russia (RUDN University) Geomicrobiology Center for Applied GeosciencesUniversity of Tübingen Cluster of Excellence EXC 2124 Controlling Microbes to Fight InfectionTübingen University

真菌的胞外聚合物和死亡残体显著贡献于土壤有机质的形成和稳定过程.然而,在不同的生态系统中,真菌对千年尺度上土壤碳持久性的贡献与机制尚不清楚.本文研究发现,全球六个典型生态系统中的土壤真菌生物量碳库与矿物结合态碳库具有较强... 详细信息

真菌的胞外聚合物和死亡残体显著贡献于土壤有机质的形成和稳定过程.然而,在不同的生态系统中,真菌对千年尺度上土壤碳持久性的贡献与机制尚不清楚.本文研究发现,全球六个典型生态系统中的土壤真菌生物量碳库与矿物结合态碳库具有较强的耦联关系,表明在全球尺度上真菌胞外聚合物和残体显著贡献于土壤稳定碳库.利用高空间分辨率的纳米离子探针质谱分析,揭示了松树菌根中的真菌与矿物纳米颗粒紧密黏附在一起;同时,菌丝表面形成了500～600nm厚的矿物-有机复合体覆盖层,该发现为土壤中真菌胞外聚合物和残体碳稳定的微观机制提供了直接证据.进一步,本文提出了菌丝-矿物互作的概念模型:(1)活体真菌在菌丝-矿物界面产生活性氧,从而加速了有机质分解;(2)真菌残体或胞外聚合物通过与矿物吸附而直接稳定在菌丝表面,有助于形成土壤稳定碳库.综上,真菌在生态系统中不仅分解碳、促进元素生物地球化学循环,而且还通过将有机质稳定在矿物表面而促进碳的长期稳定.

关键词：生物地理学真菌矿物结合态有机质活性矿物土壤碳稳定性纳米离子探针质谱

川西亚高山云杉人工林根际和非根际土壤有机碳含量与稳定性差异

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应用与环境生物学报 2024年

作者：于婧肖娟罗尚华刘东辉周宇西华师范大学环境科学与工程学院

根际作为典型的土壤微生物热点区，是深入理解土壤碳循环过程与高效发挥土壤固碳功能的关键环节。尽管以往的研究初步揭示了川西亚高山森林根际与非根际土壤碳储量的差异，但对二者间土壤有机碳（SOC）稳定的差异仍缺乏应有的认识，一... 详细信息

根际作为典型的土壤微生物热点区，是深入理解土壤碳循环过程与高效发挥土壤固碳功能的关键环节。尽管以往的研究初步揭示了川西亚高山森林根际与非根际土壤碳储量的差异，但对二者间土壤有机碳（SOC）稳定的差异仍缺乏应有的认识，一定程度上限制了对川西亚高山森林土壤碳汇潜力的预测和评估。基于此，本研究通过对典型川西亚高山森林—云杉人工林的多点系统采样，测定了根际和非根际SOC的含量，并同步分析了SOC的稳定性指标（颗粒态有机碳（POC）、矿物结合态有机碳（MAOC）、官能团特征和土壤金属有机复合体中结合态铁、铝离子含量）。结果表明：4个采样点中，根际SOC含量均显著高于非根际土壤，平均比非根际土壤高37.3%。根际土壤中MAOC的比例均显著高于非根际土壤，POC的占比呈现相反趋势，根际土壤中惰性碳官能团组分（Alkyl-C和Aromatic C=C）和稳定性指数（脂肪族性、芳香性和组合指数）以及金属有机复合体中结合态铁、铝离子含量均显著高于非根际土壤，并与根际土壤SOC含量具有显著的正相关关系。这些结果表明，川西亚高山云杉人工林根际SOC含量的大小与SOC的物理和化学保护能力密切关联。本研究揭示了亚高山森林根系活动在调控SOC积累和稳定中的关键作用，为评估川西亚高山森林土壤固碳效应提供了科学根据。

关键词：土壤有机碳土壤碳稳定性根际土壤非根际土壤云杉人工林

武夷山西坡造林树种对土壤有机碳储量和稳定性的影响

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武夷山西坡造林树种对土壤有机碳储量和稳定性的影响

作者：魏志聪江西农业大学

学位级别：硕士

森林土壤有机碳在维持陆地生态系统碳平衡和全球气候系统中具有重要意义。为了控制水土流失,我国自1999年起启动了退耕还林工程。尽管退耕还林将改变土壤有机碳库及其稳定性,但变化趋势并没有一致性的结论,其中造林树种的差异可能是导... 详细信息

森林土壤有机碳在维持陆地生态系统碳平衡和全球气候系统中具有重要意义。为了控制水土流失,我国自1999年起启动了退耕还林工程。尽管退耕还林将改变土壤有机碳库及其稳定性,但变化趋势并没有一致性的结论,其中造林树种的差异可能是导致这种不一致的主要因素。为此,本论文在武夷山西坡江西马头山国家级自然保护区内选取20年生杉木林(Cunninghamia lanceolata)、枫香林(Liquidambar formosana)和枫香-木荷(Schima superba)混交林,以弃耕地为对照,测定土壤有机碳、溶解性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)、颗粒有机碳(Particulate organic carbon,POC)和矿物结合态有机碳(Mineral-associated organic carbon,MAOC)含量及其相关属性,试图明确造林树种对土壤有机碳储量及其稳定性的影响,主要研究结果如下:(1)在0–30 cm土壤深度中,弃耕地有机碳储量为58.24 kg m,杉木林为88.72kg m,枫香林为73.79 kg m,混交林为67.92 kg m。与弃耕地相比,杉木林、枫香林和枫香-木荷混交林均具有较高的土壤有机碳储量,而且杉木林更容易使土壤有机碳达到碳饱和状态。利用傅立叶红外光谱分析发现,相对于弃耕地,杉木林、枫香林和枫香-木荷混交林土壤有机碳中具有较低的多糖类化合物以及较高的醇酚类物质,即退耕还林后土壤有机碳中活性物质的比例在增加。这表明,退耕还林将显著增加土壤有机碳固定能力,并改变了土壤有机碳的化学结构组成。(2)在4种土地利用类型中,杉木林0–10 cm土壤DOC浓度最高,为116.8 mg kg,而枫香-木荷混交林在10–30 cm土壤DOC浓度最低,为68.8 mg kg。在0–10cm深度,枫香林土壤DOC芳香化程度均显著高于其它3种土地利用类型,但在10–30cm深度,杉木林土壤DOC芳香化程度均显著低于其它3种土地利用类型。与弃耕地相比,枫香林和枫香-木荷混交林在0–10 cm土壤深度具有较低的DOC生物降解性,而杉木在10–30 cm土壤深度具有较高的DOC生物降解性。而且,土壤DOC的生物降解性与其初始芳香化程度呈负相关关系,而与碳氮磷化学计量比无显著相关关系。这些研究结果表明,造林树种是影响土壤DOC含量和质量的主要因素,而且碳质量驱动着退耕还林后DOC生物降解性的变化趋势。(3)与弃耕地相比,枫香和枫香-木荷混交林土壤MAOC含量更高,而杉木林土壤POC含量更高。弃耕地POC含量为3.54 g kg,MAOC含量为12.48 g kg,枫香林MAOC含量为14.67 g kg,混交林MAOC含量为14.36 g kg,杉木林POC含量为8.73 g kg。退耕还林后,0–10 cm深度土壤POC的δC值显著降低,0–10和10–30 cm深度土壤MAOC的δC值显著增加。这表明,退耕还林降低了0–10 cm土壤POC的周转,但加快了0–10 cm和10–30 cm土壤MAOC的周转。而且,铁等氧化物类矿物作用和土壤养分是影响土壤有机碳稳定性的主要因素。这些结果表明,在亚热带地区,营造阔叶林提高土壤有机碳稳定性,而营造针叶林降低土壤有机碳稳定性。综上所述,在武夷山西坡地区,造林将提高土壤有机碳储量,并改变土壤有机碳的稳定性。与针叶树种相比,营造阔叶树种能提高土壤有机碳稳定性。而且,土壤矿物元素和养分状况是调控土壤有机碳积累的主要因素。这些研究结果为提升亚热带人工林土壤碳汇功能、评估武夷山西坡退耕还林工程的生态效益提供了理论基础。

关键词：溶解有机碳特征土壤碳稳定性土壤有机碳组分土壤有机碳周转退耕还林

降水量变化及氮添加下荒漠草原土壤有机碳及其易分解组分研究

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植物生态学报 2024年第8期48卷 1065-1077页

作者：马煦晗黄菊莹余海龙韩翠李冰西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室宁夏大学生态环境学院银川750021 宁夏大学地理科学与规划学院银川750021

土壤有机碳(C)库在稳定陆地C循环和调节全球气候等方面扮演着重要角色。该研究基于2017年设立于宁夏荒漠草原的降水量变化(-50%、-30%、自然、+30%、+50%)及氮(N)添加(0和5 g·m^(-2)·a^(-1))的两因素野外实验,探讨了处理4年后,0-60 c... 详细信息

土壤有机碳(C)库在稳定陆地C循环和调节全球气候等方面扮演着重要角色。该研究基于2017年设立于宁夏荒漠草原的降水量变化(-50%、-30%、自然、+30%、+50%)及氮(N)添加(0和5 g·m^(-2)·a^(-1))的两因素野外实验,探讨了处理4年后,0-60 cm土壤有机C特征(含量、储量、组分)的变化规律和影响因素,以期为科学预测全球变化下半干旱区草原C汇功能提供数据支撑。N添加对土壤有机C特征影响较小。相比之下,降水量改变了有机C特征,且其影响程度依赖于N水平和土层深度。就整个0-60 cm而言,与自然降水量相比,0 g·m^(-2)·a^(-1)N添加下,增减降水量对有机C特征影响较小;5 g·m^(-2)·a^(-1)N添加下,减少30%降水量显著提高了易氧化有机C和溶解性有机C含量,增加30%降水量显著提高了颗粒有机C和轻组有机C含量。有机C含量及其储量与土壤含水量、纤维二糖水解酶、碱性磷酸酶活性正相关,与土壤NO3--N含量负相关。易氧化有机C、颗粒有机C和轻组有机C含量与土壤亮氨酸氨基肽酶活性正相关,与微生物生物量N含量负相关。溶解性有机C和微生物生物量C含量则与以上3个指标呈相反的关系。研究结果表明,N添加下,降水量改变对土壤有机C含量及其储量影响较小,但适度增减降水量会通过改变土壤含水量、N有效性、酶活性以及植物群落优势度等途径降低有机C稳定性,从而导致荒漠草原土壤C排放风险增加。

关键词：半干旱区降水格局氮沉降土壤碳排放土壤碳稳定性