排水對若爾蓋高原泥炭地土壤有機(jī)碳儲量的影響

周文昌，索郎奪爾基，崔麗娟,*，王義飛，李　偉

1 中國林業(yè)科學(xué)研究院濕地研究所, 北京　100091 2 中國林業(yè)科學(xué)研究院濕地研究所， 濕地生態(tài)功能與恢復(fù)北京市重點實驗室, 北京　100091 3 若爾蓋濕地國家自然保護(hù)區(qū)管理局, 若爾蓋　624500

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排水對若爾蓋高原泥炭地土壤有機(jī)碳儲量的影響

周文昌1,2，索郎奪爾基3，崔麗娟1,2,*，王義飛1,2，李偉1,2

1 中國林業(yè)科學(xué)研究院濕地研究所, 北京100091 2 中國林業(yè)科學(xué)研究院濕地研究所， 濕地生態(tài)功能與恢復(fù)北京市重點實驗室, 北京100091 3 若爾蓋濕地國家自然保護(hù)區(qū)管理局, 若爾蓋624500

摘要:泥炭地作為陸地上生態(tài)系統(tǒng)一個重要碳匯，存儲了全球土壤有機(jī)碳儲量的25%—43%。泥炭地排水與其他土地利用導(dǎo)致了大量的土壤有機(jī)碳損失。然而，有關(guān)排水對中國泥炭地土壤有機(jī)碳儲量的影響研究報道較少，因此，為了獲得更多可靠的泥炭地碳儲量信息，以便減少它們估算的不確定性。選取了我國若爾蓋高原未排水泥炭地和排水泥炭地進(jìn)行土壤剖面取樣，定量評價排水對泥炭地土壤有機(jī)碳儲量的影響。研究表明：(1)未排水泥炭地土壤有機(jī)碳儲量平均值為(923.71±107.18) tC/hm2，為中國陸地和全球陸地土壤有機(jī)碳儲量的8.1和9.4倍；而排水泥炭地土壤有機(jī)碳儲量平均值為(574.01±66.86) tC/hm2，為中國和全球陸地的5.1和5.8倍。(2)泥炭地排水后，導(dǎo)致表層(0—30 cm)土壤有機(jī)碳儲量增加(59.11±9.31) tC/hm2，可能源于土壤容重增加。(3)然而，完全考慮泥炭剖面深度后，排水泥炭地土壤有機(jī)碳儲量較對照樣地減少了349.7 tC/hm2，這可能是由于泥炭地排水后，水位降低，加速了泥炭氧化，降低了泥炭厚度。

關(guān)鍵詞：泥炭地；排水；土壤有機(jī)碳儲量；若爾蓋高原

泥炭地是指泥炭厚度至少為30 cm或有機(jī)質(zhì)含量超過50%的濕地[1- 2]。泥炭地面積占地球陸地表面積的3%,土壤存儲了4.0×1017—6.0×1017g 碳(C)[3- 6],相當(dāng)于全球陸地土壤0—100 cm有機(jī)碳儲量(1.395×1018—1.576×1018g)的25%—43%[7- 10]和大氣中碳庫(CO2-C) (7.96×1017g)的50%—75%[11]。因此，泥炭地土壤有機(jī)碳儲量的動態(tài)直接地影響大氣中二氧化碳(CO2)的濃度和作為預(yù)測將來全球氣候變化的一個重要因素[1,3,12]。

泥炭地長期作為大氣凈的吸收碳“匯”[3,5,13]，使得泥炭地在千年尺度上具有全球變冷潛力[14]。不過氣候持續(xù)地變暖[11,15]和過去數(shù)百年間泥炭地遭受人類活動嚴(yán)重的破壞[1,16]，泥炭地可能轉(zhuǎn)換為大氣碳排放“源”[15,17- 18]。據(jù)統(tǒng)計，泥炭地為了滿足農(nóng)業(yè)和林業(yè)發(fā)展需求而排水，以及泥炭開采等人類活動，導(dǎo)致全球泥炭地面積約減少5000萬 hm2(減少了12.5%)[1,16]。研究指出泥炭地排水，導(dǎo)致水位下降，迅速地引起土壤有機(jī)質(zhì)氧化分解，隨后出現(xiàn)較高CO2排放通量[18- 19]，以及增加了溶解性有機(jī)碳(Dissolved organic carbon，DOC)輸出生態(tài)系統(tǒng)[20- 21]，導(dǎo)致泥炭地碳儲量降低[19,22- 23],影響到大氣中CO2的濃度，進(jìn)一步加劇氣候變暖[11]。另外，泥炭地排水引起了泥炭地表萎縮、壓實和下沉，隨后降低泥炭厚度[18]和增加土壤容重[24- 25]。泥炭深度和土壤容重又是影響泥炭地碳儲量估算中尚存較大不確定性的主要因素[26- 27]；同時，以前泥炭地碳儲量的估算結(jié)論中未考慮氣候變化和人類活動的影響[19,28- 30]。因此，為了準(zhǔn)確地估算泥炭地土壤有機(jī)碳儲量，以及它對將來氣候變化的影響[1,31]，加大泥炭地排水與其他土地利用對土壤碳儲量的影響研究，對于深刻認(rèn)識泥炭地碳循環(huán)具有重要意義。

作為世界濕地面積最大的高山濕地分布區(qū)——青海-西藏高原的若爾蓋濕地，濕地面積約為50萬 hm2[32]。然而，自20世紀(jì)60—70年代以來，由于過度放牧、排水和泥炭開采等人類活動的加劇，導(dǎo)致了自然濕地嚴(yán)重的退化或者萎縮[33- 35]，據(jù)Chen等[36]報道若爾蓋高原泥炭地退化了30%，甚至研究報道若爾蓋泥炭沼澤濕地退化了62%—88%[37]，泥炭濕地的退化可能已降低其濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值[32]。例如，僅為了滿足放牧草地的需求，若爾蓋高原濕地自從1955年挖溝排水以來，排水溝渠長度達(dá)到1200 km，累計改造泥炭沼澤面積超過20萬 hm2，占據(jù)若爾蓋濕地面積的40%[34,38]。濕地大量地開渠排水改變了濕地水文條件和植被的變化，可能已導(dǎo)致若爾蓋濕地土壤轉(zhuǎn)變?yōu)樘坚尫旁?，?dǎo)致濕地碳“匯”功能減弱[35,38]。然而，有關(guān)濕地排水對若爾蓋高原泥炭濕地碳儲量的影響研究報道較少，根據(jù)Bai等[39]報道若爾蓋濕地排水后，表層(0—30 cm)土壤有機(jī)碳儲量與相對原始的泥炭濕地比較，研究結(jié)果指出，排水無顯著影響土壤有機(jī)碳儲量。因此，由于研究者的泥炭取樣深度較淺，很難客評價若爾蓋高原濕地排水后，泥炭濕地土壤有機(jī)碳儲量的影響變化，為了更加準(zhǔn)確地評價泥炭濕地排水對若爾蓋高原濕地土壤有機(jī)碳儲量的影響，應(yīng)該增加取樣深度，以便為我國政策決策者制定濕地保護(hù)和恢復(fù)提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1研究區(qū)和研究方法

1.1研究區(qū)概況

若爾蓋高原濕地位于青海-西藏高原東部邊緣，西臨巴顏克拉山，東抵岷山，南至邛崍山，為一塊完整的丘狀高原，行政上主要包括四川省紅原縣、若爾蓋縣，此外還包括甘肅省瑪曲東南部、碌曲縣南部以及青海省的久治縣西南部，海拔高度為3400—3700 m[33- 34]。本區(qū)屬于高原寒溫帶濕潤氣候，年均氣溫為0.7—1.1℃，最高和最低氣溫月份分別為7月和1月，月平均值為10.8℃和-10.6℃；年均降水量為656.8 mm，86%降雨量集中于4—10月[33]。地表性或長年積水生長的植物主要為木里苔草(Carexmuliensis)和毛果苔草(C.lasiocarpa)等沼生植被，沼澤化草甸的代表性的植被為西藏嵩草(Kobresiatibetica)-花蹄驢蹄草(Calthascaposa)，土壤類型為草甸土和泥炭沼澤土[33- 34]。

1.2研究方法

1.2.1樣地設(shè)置和取樣方法

2013年8月中旬，于研究區(qū)若爾蓋高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)定位研究站選取對照地(未排水地)和排水地兩個樣點開展研究，兩個樣點位于同一個湖泊濕地周圍，使得泥炭沉積時間大概一致。對照地分為兩種水位狀態(tài)，即長期性積水和季節(jié)性積水狀態(tài)，對照地具有凹凸不平的壟網(wǎng)狀草丘和丘間洼地；排水樣地為排水溝渠相距130、200、300m的泥炭地，排水年代大約為1970年左右，目前排水溝渠寬度為3—7 m，深度1—1.5 m，樣地因排水和多年放牧，壟網(wǎng)狀草丘已消失，并且出現(xiàn)危害草場動物黑唇鼠兔(Ochotanacurzoniae)和中華鼢鼠(Myospalaxsp.)，隨之出現(xiàn)較多鼠兔洞和土丘，樣地趨向于退化階段。以上每種水位狀態(tài)重復(fù)選取3塊30 m × 20 m 標(biāo)準(zhǔn)樣地[30]，共15塊，每1塊樣地隨機(jī)重復(fù)取樣3個土壤剖面，取樣深度至少為1 m，泥炭層超過1 m的土壤深度取樣到灰色粘土層為止。土壤取樣通過泥炭土壤不銹鋼土鉆(規(guī)格為內(nèi)徑5 cm，長度30 cm，附有螺旋狀的延伸把柄)，每取一次為30 cm的垂直剖面深度，樣品分割按照10 cm 或者20—30 cm 為1個樣品，每個樣品通過保鮮袋密閉，保存于冷藏(4℃)條件下運回實驗室。樣地基本信息見表1。

表1　泥炭地基本特征

CK1：對照地1 Control site 1；CK2：對照地2 Control site 2；D130、D200和D300分別代表排水溝渠相距的距離為130 m、200 m和300 m; 水位正值為地表之上，負(fù)值為地表之下

1.2.2土壤有機(jī)碳儲量計算方法

土壤有機(jī)碳儲量是由土壤容重、土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)和深度決定的。土壤樣品運回實驗室，進(jìn)行室內(nèi)陰涼處風(fēng)干處理2周后，同時移出土壤樣品中粒徑>2 mm的根系和巖石。然后為了防止高溫下土壤有機(jī)碳損失，本實驗樣品放置于恒溫箱溫度設(shè)置為65 ℃烘干48h，直至恒重，計算土壤容重。土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分析是將每個標(biāo)準(zhǔn)地的同一土層3個樣品混合為1個樣品，粉碎和通過120目篩(孔徑為0.125 mm)，其混合樣品采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)[40]。土壤有機(jī)碳儲量(SOCS， tC/hm2)計算公式依據(jù)Ellert等[41]：

式中,BDi為第i層土壤容重(g/cm3)；SOCi為第i層土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù) (g/kg)；Di為第i土層厚度(cm)，Di≥10 cm。

1.3數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010和SPSS 18.0 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。不同數(shù)據(jù)組之間采用單因素方差分析(one-way ANOVA)LSD多重比較方法進(jìn)行檢驗。顯著性水平設(shè)置為P=0.05，極顯著性水平設(shè)置為P=0.01。

2結(jié)果與分析

2.1泥炭地排水對土壤容重的影響

圖1　泥炭地不同深度土壤容重Fig.1　Bulk density for different soil depth in peatlands

泥炭地排水顯著地影響土壤容重(圖1)。泥炭地CK1、CK2、D130、D200和D300剖面土壤容重波動范圍(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差)分別為0.28—0.73(0.53±0.03)、0.35—0.67(0.46±0.09)、0.56—0.78(0.65±0.04)、0.46—0.77(0.60±0.02)、0.44—0.98(0.69±0.01)g/cm3，土壤容重隨土壤深度增加而增加(圖1)。經(jīng)統(tǒng)計分析表明：D130、D200和D300泥炭地0—30 cm土壤容重分別為(0.60±0.01)、(0.49±0.02)、(0.49±0.06) g/cm3，較對照地CK1分別增加了106.50%、69.95%、69.36%，而較對照地CK2分別增加了51.11%、24.36%、23.93%；D130、D200和D300泥炭地0—50 cm土壤容重分別為(0.58±0.02)、(0.48±0.02)、(0.54±0.10) g/cm3，較對照地CK1分別增加了75.36%、43.86%、61.00%，而較對照地CK2分別增加了50.41%、23.39%、38.10%；D130、D200和D300泥炭地0—100 cm土壤容重分別為(0.65±0.04)、(0.60±0.02)、(0.69±0.01) g/cm3，較對照地CK1分別增加了37.38%、26.61%、45.96%，而較對照地CK2分別增加了47.72%、36.14%、56.96%；D130、D200和D300泥炭地整個剖面土壤容重分別為(0.65±0.04)、(0.60±0.02)、(0.69±0.01) g/cm3，較對照地CK1分別增加了23.28%、13.62%、30.99%，而較對照地CK2分別增加了41.27%、30.20%、50.10%。泥炭地排水樣點0—30、0—50、0—100 cm和整個剖面土壤容重平均值分別為(0.53±0.06)、(0.53±0.05)、(0.65±0.05) 、(0.65±0.05) g/cm3，分別較對照樣點顯著增加了57.53%、48.69%、41.79%和31.58%(P<0.05)。

2.2泥炭地排水對土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

泥炭地排水對土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)具有影響(圖2)。泥炭地CK1、CK2、D130、D200和D300剖面土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)波動范圍(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差)分別為50.61—212.71(110.26±33.55)、82.69—202.32(156.25±51.18)、73.06—132.19(102.11±15.31)、53.44—179.20(112.09±2.69)和27.59—161.62(84.11±7.22)g/kg。泥炭地土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)垂直分布格局具有隨土壤深度增加而降低的趨勢。經(jīng)過統(tǒng)計方差分析，泥炭地排水樣點0—30、0—50、0—100 cm和整個剖面土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與對照地比較，它們之間不存在差異顯著(P>0.05)。盡管泥炭地排水樣點0—30、0—50、0—100 cm和整個剖面土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值分別為(144.05±13.59)、(143.22±19.03)、(99.44±14.18)和(99.44±14.18) g/kg，它們各自較對照樣點分別降低了18.30%、16.49%、33.82%和23.09%，但它們之間并未達(dá)到顯著性水平(P>0.05)。

圖2　泥炭地土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.2　Soil organic carbon mass fractions in peatlands

2.3泥炭地排水對土壤有機(jī)碳儲量的影響

圖3　泥炭地土壤有機(jī)碳儲量Fig.3　Soil organic carbon stock in peatlands　注：不同字母表示不同處理之間的顯著性差異,誤差棒代表標(biāo)準(zhǔn)差(P<0.05).

泥炭地排水顯著地影響土壤有機(jī)碳儲量(圖3)。經(jīng)過方差分析，泥炭地排水顯著地影響一定土壤深度單位面積的土壤有機(jī)碳儲量：泥炭地D130、D200和D300深度0—30 cm土壤有機(jī)碳儲量分別為(230.92±13.10)、(229.17±9.32)、(214.17±12.99) tC/hm2，較對照地CK1分別增加了32.48%、31.47%和22.87%，而較對照地CK2分別增加了47.12%、46.00%和36.45%，使得泥炭地排水樣點深度0—30 cm土壤有機(jī)碳儲量極顯著地較對照樣點平均值增加了36.07%(或者(59.11±9.31) tC/hm2)(P<0.01)。進(jìn)一步對泥炭地排水樣地和對照地泥炭地土壤深度0—50 cm和0—100 cm的土壤有機(jī)碳儲量之間進(jìn)行統(tǒng)計分析，它們之間無顯著性差異(P>0.05)。當(dāng)增加對照地完整的泥炭層取樣，達(dá)到灰色粘土層后，泥炭地D130、D200和D300整個剖面的土壤有機(jī)碳儲量分別為(641.97±85.51)、(606.34±33.10)、(473.72±43.81) tC/hm2，較對照地CK1分別降低了21.38%、25.74%和41.98%，而較對照地CK2分別降低了37.73%、41.18%和54.05%，導(dǎo)致了排水泥炭地樣點較對照樣點土壤有機(jī)碳儲量極顯著地降低了37.01%(或者(349.70±107.17) tC/hm2)(P<0.01)。

3討論

本研究的若爾蓋高原泥炭濕地土壤有機(jī)碳儲量波動范圍(473.72—1030.88 tC/hm2)位于已有報道的資料(表2)。然而，本研究樣點對照地泥炭地土壤有機(jī)碳儲量為816.53和1030.88 tC/hm2，與三江平原和若爾蓋高原泥炭地土壤有機(jī)碳儲量吻合(828—1036 tC/hm2)，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于東北山地泥炭沼澤濕地土壤有機(jī)碳儲量(90.1—521 tC/hm2)(表2)。盡管泥炭地排水后，土壤有機(jī)碳儲量降低，但是泥炭地土壤有機(jī)碳儲量(473.72—641.79 tC/hm2)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于大、小興安嶺土壤有機(jī)碳儲量(90.1—382.8 tC/hm2)，以及中國草地(87.9 tC/hm2)和森林生態(tài)系統(tǒng)土壤有機(jī)碳儲量(193.55 tC/hm2)(表2)。同時，排水泥炭地土壤有機(jī)碳儲量的平均值((574.01±66.86) tC/hm2分別是中國陸地土壤0—100 cm平均有機(jī)碳儲量[98.67 tC/hm2(91.7—108.3 tC/hm2)]和全球陸地[113.45 tC/hm2(100—121.6 tC/hm2)]的5.1和5.8倍；而對照地泥炭地土壤有機(jī)碳儲量((923.71±107.18) tC/hm2)分別增加為8.1和9.4倍(表2)。因此，這表明若爾蓋高原濕地是陸地生態(tài)系一個重要的碳匯，進(jìn)一步保護(hù)天然泥炭地和恢復(fù)退化泥炭地可能是緩減與適應(yīng)氣候變化的最低成本應(yīng)對策略。

表2　國內(nèi)外土壤有機(jī)碳儲量的估算

泥炭地排水不僅引起泥炭土壤有機(jī)質(zhì)氧化，而且影響土壤理化性質(zhì)，諸如土壤容重、泥炭孔隙度和礦物質(zhì)含量的變化，這將可能影響泥炭地土壤碳“匯”過程[60]。土壤容重是影響泥炭地土壤碳儲量估算不確定性的主要因素之一[4,26- 27,42]。泥炭地排水后，引起地下水位大幅度下降(表1)，泥炭收縮，泥炭下沉而壓實，導(dǎo)致表層(0—80 cm或者0—50 cm)土壤容重增加44%—63%[24- 25,61]，使得表層土壤有機(jī)碳儲量累計速率較快[24]，可能導(dǎo)致土壤有機(jī)碳儲量增加[39,62]。這與本研究的泥炭地排水導(dǎo)致0—30 cm土壤容重顯著增加了57.53%，進(jìn)一步增加土壤有機(jī)碳儲量為36.07%吻合(圖1，圖3)。

圖4　土壤深度和土壤有機(jī)碳儲量的回歸模型關(guān)系　Fig.4　The regression equations for soil organic carbon stock and depth in peatlands

不過，本研究樣點泥炭地表30 cm以下的土壤容重也顯著地增加了31.6%—48.7%，但土壤有機(jī)碳儲量并未增加，反而降低了(圖1，圖3)。這可能是由于泥炭地排水后，水位大幅下降(表1)，泥炭有機(jī)質(zhì)暴露于空氣中，引起泥炭有機(jī)質(zhì)氧化分解，泥炭層收縮，泥炭厚度降低[18]，這可以從本研究的對照樣點和排水樣點的泥炭厚度得到證明(表1)。例如，研究報道泥炭地排水后，盡管泥炭表層(0—60 cm 或0—70 cm)土壤容重增加44%—600%[18,24,60]，但泥炭地排水導(dǎo)致了土壤有機(jī)碳儲量降低了23.1—77.0 kg C m-2[18,60]；而森林泥炭地排水導(dǎo)致土壤有機(jī)碳儲量降低了3.7—4.5 kg C/m2[22,24]。泥炭地土壤有機(jī)碳儲量的降低可能從土壤有機(jī)碳儲量與深度呈顯著正相關(guān)得到解釋(圖4)，這是由于泥炭深度是影響泥炭土壤碳儲量估算中尚存不確定性因素主要原因之一[26- 27,42- 44]，泥炭地土壤有機(jī)碳儲量具有隨泥炭厚度增加而增加的趨勢[63]。因此，本研究排水泥炭地樣點較對照地土壤有機(jī)碳儲量降低了34.97 kg C m-2(或349.70 tC/hm2)，可能是由于泥炭地排水后，泥炭厚度降低導(dǎo)致的。如果按照若爾蓋高原濕地過去20世紀(jì)60—70年代排水計算，到目前為止排水年限約為40—50a，相當(dāng)于土壤有機(jī)碳每年損失699.4—874.3 g C/m2，這個數(shù)值與其他研究的土壤碳損失位于同一數(shù)量級(131—690 gC m-2a-1)[18,22,24,60]。這種土壤有機(jī)碳的損失形式主要是以泥炭氧化(CO2)和淋溶沖刷的溶解性有機(jī)碳(DOC)損失[18,22,60]，而據(jù)Leifeld等[60]研究報道泥炭地排水后，泥炭氧化解釋了土壤碳損失達(dá)到28%—64%。但是某些學(xué)者研究報道，泥炭地排水造林后，土壤是大氣碳“匯”，還是碳“源”，與地下水位、泥炭性質(zhì)、土地利用和氣候條件有關(guān)[60,62,64]。諸如，Minkkinen等[64]研究結(jié)果表明泥炭地養(yǎng)分不足的是土壤碳吸收“匯”，而養(yǎng)分充足的是土壤碳排放“源”。因此，進(jìn)一步加大人類活動(尤其是泥炭地排水疏干)對泥炭地土壤有機(jī)碳儲量的影響研究，對于開展泥炭地保護(hù)與恢復(fù)經(jīng)營管理具有重要意義。

4結(jié)論

本研究點位于若爾蓋高原濕地，泥炭地排水導(dǎo)致了表層(0—30 cm)土壤容重增加，進(jìn)而加速了土壤有機(jī)碳儲量的累計速率，增加了表層土壤有機(jī)碳儲量；然而，增加泥炭深度取樣后，排水泥炭地土壤有機(jī)碳儲量反而降低，可能源于泥炭地排水后，水位大幅度下降，導(dǎo)致了泥炭有機(jī)質(zhì)快速氧化分解，進(jìn)而降低土壤有機(jī)質(zhì)厚度，降低了土壤有機(jī)碳儲量。

致謝：本課題依托若爾蓋高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)定位研究站，得到若爾蓋濕地國家級自然保護(hù)區(qū)管理局的支持和幫助，特此致謝。

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Effects of drainage on soil organic carbon stock in the Zoige peatlands, eastern Qinghai-Tibetan Plateau

ZHOU Wenchang1,2, SUOLANG Duoerji3, CUI Lijuan1,2,*, WANG Yifei1,2, LI Wei1,2

1InstituteWetlandResearch,ChineseAcademyofForestry,Beijing100091,China2BeijingKeyLaboratoryofWetlandServicesandRestoration,InstituteofWetlandResearch,ChineseAcademyofForestry,Beijing100091,China3TheManagementBureauofZoigeWetlandNationalNatureReserve,Zoige624500,China

Abstract：Peatlands play a significant role in the global carbon cycle. They have been considered an important sink of carbon and account for 25%—43% global soil organic carbon stocks. Drainage has led to large losses of soil organic carbon in peatlands. However, few studies have investigated the impacts of drainage on soil organic carbon stocks in Zoige peatlands on the Qinghai-Tibetan Plateau. To reveal the spatial distribution characteristics of soil organic carbon stocks under different drainage regimes, and to provide more reliable soil organic carbon stock estimations, we surveyed the soil organic carbon stocks along a distance gradient from the ditches in Zoige peatlands. Soil bulk density and soil organic carbon stocks at different soil depths were investigated in two un-drained sites and three drained sites 130 m (D130), 200 m (D200), and 300 m (D300) away from the ditch. The soil organic carbon stocks ranged from 816.53—1030.88 tC/hm2 in un-drained sites, with a mean of (923.71±107.18) tC/hm2. The soil organic carbon stocks in un-drained sites were 8.1-fold higher than the China′s average, and 9.4-fold higher than the global average. The mean soil organic carbon stocks in drained sites were (641.97±85.51) t C/hm2 in site D130, (606.34±33.10) tC/hm2 in site D200, and (473.72±43.81) tC/hm2 in site D300, respectively. The mean soil organic carbon stocks of all drained sites was (574.01±66.86) tC/hm2, which was 5.1-fold higher than the China′s average, and 5.8-fold higher than the global average. The depth-averaged bulk density ranged from 0.28—0.73 g/cm3 with a mean of (0.53±0.03) g/cm3 in un-drained site 1, and 0.35—0.67 g/cm3 with a mean of (0.46±0.09) g/cm3 in un-drained site 2. The depth-averaged bulk density ranged from 0.56—0.78 g/cm3, 0.46—0.77 g/cm3, and 0.44—0.98 g/cm3 at D130, D200, and D300, respectively. The bulk density of the top 30 cm, 50 cm, 100 cm soil layer, and the full-surveyed depth at the drained sites were 57.53%, 48.69%, 41.79%, and 31.58% higher than those of the corresponding depths in un-drained sites, respectively. Furthermore, the soil organic carbon stocks at the top 30 cm soil layer in the drained sites was markedly higher than that in un-drained sites (P < 0.01). However, the soil organic carbon stocks at the full-surveyed depth in drained sites appeared significantly lower than that in un-drained sites (P < 0.01). The different pattern of soil organic carbon stocks between the top 30 cm soil and full-surveyed depth in drained and un-drained sites might be due to the drawdown of the water table. The peat exposed to air could be promptly oxidized and decomposed in drained sites, where the soil porosity decreased and peat layer thinned. Thus, the soil bulk density and organic carbon stocks appeared to increase in the top soil layer, while soil organic carbon stocks of the whole soil profile decreased due to the thinned peat layer.

Key Words:peatlands; drainage; soil organic carbon stock; Zoige Plateau

基金項目:國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(201204201); 國家科技支撐項目(2011BAC02B03); 中國清潔發(fā)展機(jī)制基金贈款項目(2012076); 國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(201304315)

收稿日期:2014- 11- 02; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2015- 08- 18

*通訊作者

Corresponding author.E-mail: lkyclj@126.com

DOI:10.5846/stxb201411022148

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