土地利用和气候变化对西班牙半干旱地区土壤有机碳储量的影响

journalofsoilsandsediments土壤有机质动态和养分循环•研究文章土地利用和气候变化对西班牙半干旱地区土壤有机碳储量的影响胡安·阿尔瓦拉德霍1，罗克·奥尔蒂斯2，（1）水土保持处，CEBAS-中船重工（西班牙语研究委员会），校区去Espinardo，30100穆尔西亚，西班牙（2）农业化学，地质和土壤科学系，穆尔西亚大学校园去Espinardo，30100穆尔西亚，西班牙玛丽亚·马丁内斯-梅纳电子邮件：[e-mail]收稿日期：2012年6月4日接受：2012年10月8日在线发布时间：2012年10月23日摘要目的土壤有机碳对全球变化的灵敏驱动因子，由于其在剖面的变化对全球碳循环及其对气候变化的潜在的反馈的重要性日益受到重视。研究的目标：更加充分的认识和了解SOC的垂直分布及其控制因素，将有助于科学家预测全球变化的后果。材料和方法研究区是半干旱的地中海气候条件下的穆尔西亚省（西班牙东南部）。使用的数据库包括312个土壤剖面，并建立一个总面积11004平方公里，每12平方公里一个土壤剖面的系统的网格。利用统计分析研究在不同土壤利用方案中的SOC浓度和控制因素之间的在0-20，20-40，40-60，和60-100厘米深处的关系。结果与讨论依据土地利用、土壤类型和岩性的不同，土壤剖面的顶部40厘米的有机碳浓度范围在6.1到31.5克每千克之间，而低于这个深度，观察到无显着差异（SOC浓度2.1-6.8克每千克）。方差分析表明，土地利用是控制0-40厘米深度土壤有机碳浓度的最重要因素。根据土地利用和土壤深度发现，土壤的环境和结构因素的相对重要性具有显著的差异性。在林地，年平均降水量和质地SOC的主要预测因子，而在农田和灌丛，主要预测因子是年平均气温和岩性。在该地区的顶部1米的土壤存储平均为79克每千克和7.18千克每立方厘米的底密度水平的有机碳。土壤有机碳的垂直分布，林地相对较浅，农田相对较深。降雨量的减少将导致林地和灌木林地的SOC降低，年平均气温的增加将对农田和灌丛的SOC造成不利影响。在所有的土地利用中，随着深度的增加，影响SOC的气候因素的相对重要性下降，质地变得更加重要。结论气候变化，影响的是表层土壤有机碳要大得多，固碳的策略应该集中在底层固定，这是由于基岩限制土层阻碍了林地。在这些情况下，耕地的策略应该通过管理规范和实践来考虑。关键词固碳潜力土壤有机碳的控制因素，全球变化影响土壤有机碳的垂直分布特征1引言土壤有机碳是全球碳循环的重要组成部分，因为它代表的碳两次在大气中发现的量和大约75％的总陆地有机碳库（普伦蒂斯的2001）。土壤有机碳（SOC）对全球变化的驱动因素分解的灵journalofsoilsandsediments敏度接收，因为它在全球碳循环和气候变化（Davidson和詹森潜在的反馈的重要性日益受到重视2006年，冯·吕措和科格尔-Knabner2009）。然而，关于全球变暖对SOC的股票，一个不确定性的主要来源，在未来气候变化预测的影响不大协议（Powlson2005;Schmidt等2011）。在土壤中有机碳的储存取决于C.生物特征，如生物质生产和微生物丰富，环境变量（例如，年平均降水量和温度），土壤特性包括纹理和岩性和人为控制的收益和损失之间的平衡，如土地利用和管理，影响土壤有机碳储量或损失的过程。分布的清晰描述，SOC和其控制的因素的变化将有助于预测气候变化的后果。环境条件和土壤中有机碳的累积之间的密切关系已被广泛证明（珍妮1941）。不过，也有通过对环境因素的每个人所扮演的角色的重要的知识差距（Jobbagy和Jacksox2000;加滕和汉森2006）。有必要为了更好地理解SOC和环境之间的链路。此外，大部分SOC的控制因素相关的研究都仅限于表面的土层，只有少数包括总土壤剖面。但是，总的SOC超过50％的存储低于20厘米深（Batjes1996）。Jobbagy和Jacksox（2000）报道，在温带草原，SOC的59％位于20〜100cm土层之间。因此，有机碳，这些地下股票轻微变化都会对整个碳平衡（唐等人。相当大的影响2007）。碳周转模型往往假定控制碳动态的机制是相同的两个表土和底土（詹金森和科尔曼2008）。然而，有足够的证据表明，控制碳动态的表土和底土的因素可能不同，然而，这种可能性还没有真正考虑或调查（莎乐美等人，2010）。在这方面，一些研究已经表明，表层SOC是显著超过表面的SOC（Fierer等来增加温度或养分有效性敏感2003），而对于其他人，上层SOC为气候和纹理更加敏感比更深的SOC（Liu等人2011;Jobbagy和Jacksox2000）。在另一方面，土壤固碳一贯定义为缓解气候变化（帕卡拉和索科洛全面的温室管理策略的重要组成部分2004）。然而，土壤的潜力封存℃，从而减轻气候变化仍然是有争议的（Smith和Falloon2005）。几项研究已经证明，它是可行的，在恢复退化土壤失去了有机碳。例如，20岁后的单一加成有机堆肥，阿尔瓦拉德霍等。（2008）报道增加了9.5镁公顷SOC股票-1上部20半干旱退化土壤的厘米列入属于这项研究的领域。为了提高我们的土壤的潜力，减缓气候变化的认识，这是最重要的，调查的关键控制因素的有机物质在土壤中的含量的影响，以确定土地管理（Chaplot等人的最优策略。2010）。尽管对全球土壤有机碳库存几项研究中，对土壤有机碳浓度和控制因素之间的关系的定量数据在大规模（拉尔不存在2004）。在不同的景观配置文件中的土壤有机碳分布数据的缺乏已被确定为主要的知识差距在土壤科学中的一个（Lal等，1998）。这是在半干旱地区的非常脆弱的生态系统尤其显著（霍夫曼等人2012）。本研究的目的是：（1）建立SOC的垂直分布在三个不同的土地利用对比与岩性和土壤类型在整个穆尔西亚省（2）确定控制变化的SOC浓度在不同深度的主要因素，针对不同的土地用途，以及（3）增加我们预测在半干旱地区全球变化驱动因子对土壤有机碳浓度影响的能力。我们假设，在半干旱地区的SOC控制水平的因素的变化随土壤深度，而这些因素可能依赖于土地使用权。2材料与方法2.1研究区域研究地区位于穆尔西亚省，东南西班牙（38º45'-37°23'北和0°41'-2°21'西）。气候是半干旱的地中海，在那里最高气温与最低降雨量水平一致。年平均气温为17℃，约900毫米潜在蒸散量，平均年降雨量为330毫米。岩性基底主要由石灰岩材料。该地区的植被高潮已经主要是由于无论对mesomediterranean（圆叶栎，栓皮栎coccifera，而地中海松的穆尔西亚-Almeriense省（作为优势种）或thermomediterraneanthermotypesPistacea乳香和鼠李lycioides为优势种）。journalofsoilsandsediments2.2数据源本研究是基于LUCDEME项目（地中海地区防治荒漠化）的数据。这个项目始于西班牙在1981年就在内罗毕的联合国荒漠化会议于1977年倡议，并在力存在。312个土壤剖面均在一个12×12公里的节点挖1986年和1998年间2网格11004公里的2区西班牙穆尔西亚省（图中1）。配置文件彻底被描述和采样深度固定间隔从0-20，20-40，40-6060-100厘米，造成913样品。这个数据库的目的，是表征土壤和土地利用和环境研究区的多样性。图。1穆尔西亚省表示在本研究中所用的土壤剖面的位置的地形图每个配置文件提供对土壤有机碳浓度信息（SOCC，每公斤克），土地利用类型，土壤类型，海拔，岩性，土壤质地和粗颗粒含量（2mm）的。在这项研究中，土地用途被分为三类：林地，灌丛和耕地。一个地区被认为是林地树木时在场，并没有区别作了至于密度。灌丛用途包括典型的地中海马托拉尔（迷迭香，百里香属，针茅藤）和马托拉尔恢复退耕，用植物覆盖50％至70％不等。大部分的耕地是专门为灌溉农作物（谷物，果树和柑橘），以及一小部分没有灌溉（麦片和杏仁）。所有分析了土壤剖面中，46.7％占耕地，39％的林地，和14.3％灌丛。样品为代表在该区域中最有特点的土壤和岩石学类型。土壤类型为：的型材39.1％的人Calcisols，20.2％Regosol，14.5％，冲积土，和26.2％雏形土，Leptosols，Kastanozems和盐土。受岩性分布为：的分布60％是从第四纪沉积物发达，15％的冲积沉积物，16％来自泥灰岩，9％来自变质沉积物。至于土壤类型和土地利用之间的关系，Calcisols，雏形土和岩成土不与任何特定用途相关，并在所有的土地用途都可以找到;Kastannozems和Leptosols只出现在林地和shurbland;冲积土中主要与耕地和Solonchacks与灌丛有关。平均年降水量和年平均温度（牛逼）在采样点可从每月气候资料集（73站）期间1966年至2006年进行了估算。根据海拔高度和温度（之间的高度负相关[R =-0.89），值牛逼了，通过克里格与外部漂移每个采样点用矫正带海拔漂移变量řsgstat库。journalofsoilsandsediments采样点的海拔高度介于0和1700米不等，与林地，这是两倍于灌丛和耕地的平均值。平均气温（Ŧ11°C和18°C之间的采样点）不等比的林地（15.3），反映在最后的高海拔较高的灌木林和农田（16.4）。在200和550毫米采样点的平均值降水变化，最高的平均值作为对林地。超过17°C高温下进行观察，主要是在位于海拔700多米降低和温度的地区低于14°C主要适用于在位于海拔高度大于700米高度的地方。2.3土壤有机碳密度和股票估计土壤中有机碳密度（SOCD，每平方米公斤）在每个间隔层由SOC的浓度，层间隔的厚度和堆密度在土壤剖面的各层的产物决定的。土壤有机碳密度也已修正为各土层的粗颗粒含量。$$\mathrm{SOCD}=\总和\limits_n^{I=1}{\mathrm{索奇}\时间\mathrm{BDI}\时间\mathrm{氏}\\次左（{1-\压裂{\mathrm{器CPi}}{100}}\右）}$$（1）在那里我代表土壤剖面的每个采样深度，SOCC是细土（2mm）的有机碳浓度（百分比），BD为土壤容重（克每立方厘米），氏是厚度（米）各取样深度，和CP是粗颗粒的含量（分数2毫米的体积百分比）。鉴于LUCDEME数据库不包括土壤容重数据，这个参数是从土壤转换函数（PTF）估计。要选择最适合研究区的PTF，不同的PTF进行了测试，使用来自该地区的其他土壤研究118分析数据。两个测试的PTF被国际引用（TOMASELLA和霍内特1998;。Bernoux等人1998），另，巴拉奥纳和标语口号桑托斯（1981）从土壤剖面代表西班牙的东南部，在那里我们的研究区位于的数据开发。试验表明以下Pearson相关系数：巴拉奥纳和桑托斯弗朗西丝（ř =0.673，p =0.0001）;TOMASELLA和霍内特1998（ř =0.309，p =0.001）;和Bernoux等人1998（ř =0.007，NS）。从这些结果巴拉奥纳和桑托斯弗朗西丝下列公式被选中：$$\mathrm{BD}\左（{\mathrm{G}\，\mathrm{C}{{\mathrm{M}}^{-3}}}\右）=1.5456+\左（{\％\mathrm{砂}\倍0.0015}\右）-\左（{\％\mathrm{粘土}\倍0.0022}\右）-\左（{\％\mathrm{OC}\倍0.1219}\右）$$（2）作者指出，一个[R2为0.45这个方程，这使得堆积密度可以为0.136，标准误差和95％置信区间±0.267决定。该方程是从SE西班牙的土壤中开发的，如上面所指出的。SOC股根据土壤类型从各层的SOCD的商品和覆盖各土壤类型对应的区域得到。各土壤类型的面积取自LUCDEME项目（FAZ卡诺的土壤地图1:100,0002003）。在土壤剖面的第一个仪表总的SOC的现货库存，为研究区，