摘要
植被恢复可能会增加干旱和半干旱地区陆地生态系统的土壤有机碳储量，但会降低土壤蓄水量。为了保证恢复的可持续性，评估SOCS和SWS的耦合相互作用至关重要。在这里，我们研究了*土高原草地、林地和灌木林0–cm土壤剖面上SOCS和SWS的空间分布，并确定了影响其变化的驱动因素。我们的结果表明，SOCS和SWS在0–cm的土壤剖面上变化，并在深层（–cm）中大量积累。与SOCS相比，SWS在大多数研究的植物群落中通常具有更高的相对效益，这确保了可持续的恢复。此外，在决定SOCS和SWS变化方面，土地利用的作用不如当地环境条件重要。
具体而言，SOCS和SWS之间的相互作用主要在表层土壤（0–20cm）中很强。地形是影响深层土壤（-cm）中SOCS和SWS的主要因素，而土壤质地是影响其在整个土壤剖面（0-cm）中变化的稳定驱动因素。考虑到草原的低耗水量和沙棘的最小均方根偏差（RMSD），我们提出了*土高原生态恢复的先进方案：在连续的草原基质中建立边缘较少的合理大的沙棘斑块。此外，这种情况应根据当地环境条件进行调整，如土壤水分、质地和地形，然后是自然植被演替。
1.简介
土壤有机碳（SOC）构成了陆地生态系统中最大的碳库（Schmidtetal.，；Yuetal.，）。其释放到二氧化碳或甲烷中的量略有增加，可能会导致高浓度的温室气体（Lehmann和Kleber，）。土壤水分在作物产量和植被生长中发挥着重要作用，对维持生态系统功能的生物物理过程至关重要（Zhang和Shanguan，；McColl等人，）。研究表明，土壤有机碳储量（SOCS）和土壤蓄水量（SWS）是关键的生态系统服务（ES），对生物多样性、生态系统生产力和水土保持产生重大影响（Lietal.，）。因此，了解SOCS和SWS的空间分布对于生态系统管理至关重要（赵等人，）。
SOCS和SWS随土壤剖面而变化（Harper和Tibbett，；Bernal等人，；Fang等人，）。Yang等人（）指出，不同土层的SWS是影响土壤生产力的关键驱动因素。Li等人（）指出，深层土壤干燥是制约植被恢复工作的主要因素。然而，对深层土壤SOCS的研究尚处于起步阶段（Rumpel和K?gel-Knabner，；Wang等人，b；Yu等人，）。研究表明，由于水文和生物地球化学循环密切相关，SOCS和SWS紧密耦合（Diaz-Pereiraetal.，）。SOC通过影响土壤结构、堆积密度（BD）和土壤有机质对水的亲和力来影响SWS（Manns和Berg，）。相反，土壤水分通过影响初级生产总值、植物死亡率和土壤侵蚀来调整SOCS（Vasques等人，；赵和Running，；Humphrey等人，；Green等人，）。
此外，SOCS和SWS也受到植被恢复引发的土地利用变化的影响（Su和Shanguan，）。尽管许多研究调查了SOCS和SWS在不同土地利用中的分布（Karhuetal.，；Jia和Shao，；Aryaletal.，；Hanetal.，），但他们的结果并不一致，由于为研究选择了不同的植物物种（Cheng等人，；Duan等人，；Tesfaye等人，年；Cao等人，；Deng等人，年；Wang等人，a；Yu等人，b）。此外，SOCS和SWS的变化也受到环境因素的影响，如降水、土壤质地和地形（Jia和Shao，；Hobley等人，；Jourgholami等人，）。特别是，土壤质地通过影响土壤结构和孔隙度来影响SOCS和SWS（Wangetal.，a；Zhang和Shanguan，），而地形主要通过影响降水分配和水流路径来影响SOCS和SWS。（Seibertetal.，7；Doetterletal.，）。
有研究使用线性回归确定了*土高原SOCS和SWS之间的负相关性（Zhang和Shanguan，）。然而，一个ES有时与其他ES存在非线性关系，如果忽略了它们的相互作用，可能会导致无意的权衡（Fengetal.，）。权衡分析被定义为一个因素以另一个因素为代价增加的情况，已被引入为将生态系统整合到土地利用管理、景观规划和决策中的有效方法（Frank等人，；Ballantine等人，；Mach等人，年；Gissi等人，）。Lu等人（）指出，权衡分析为以更综合、更辩证的方式重新考虑*土高原生态系统提供了一个新的视角。迄今为止，几项研究已经研究了*土高原不同生态系统之间的权衡，并提出了合适的造林方案（Fengetal.，；Lietal.，；Wuetal.，；Suetal.（）。然而，关于SOCS和SWS之间的权衡，几乎没有可用的信息。
在我们的研究中，我们旨在全面调查*土高原0~cm土壤剖面上SOCS和SWS的分布，并确定影响其变化的驱动因素（土地利用、地形和土壤质地）。我们的研究目的是（1）揭示不同植物群落中SOCS和SWS的垂直分布；（2）评估SOCS和SWS之间的权衡程度；以及（3）量化不同环境因素对SOCS和SWS变化的相对贡献。我们假设SOCS和SWS之间存在权衡关系，两者在具有不同环境因素的不同植物群落中都有所不同。我们的研究结果可能为制定更好的可持续植被恢复*策提供一个新的视角。总的来说，本文分为四个部分。在介绍部分之后，提供了我们研究领域的背景信息，然后是实验装置（土壤采样和实验室分析）和计算SOCS、SWS及其权衡的算法。然后，我们介绍了与我们的目标相对应的主要结果和相关讨论。最后一节给出了结论，我们在其中总结了我们的主要发现，并为植被恢复提供了合适的场景。
2.1研究区域
研究区位于*土高原典型的丘陵沟壑区（图1）。采样区包括草地（G）、林地（油松，F1；西伯利亚亚美尼亚，F2；以及油松×西伯利亚亚美尼亚，F3）和灌木林（沙棘，S），均位于中国陕西省北部吴起县，从36.°N延伸至36.°N，从.°E延伸至.°E（表1）。该地区为北温带大陆性季风气候，总面积.5平方公里，年平均气温7.8°C，年平均降水量.4毫米，年无霜期天，海拔-米（Zhangetal.，b）。主要土壤类型包括*土和风成土，它们的持水能力较低，有利于土壤侵蚀的发展。主要植被种类包括油松、西伯利亚亚美尼亚、刺槐、胡枝子、白杨和沙棘。
ThecouplinginteractionofsoilorganiccarbonstockandwaterstorageaftervegetationrestorationontheLoessPlateau,China