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在干旱和半干旱地区，植被恢复对土壤碳固存和水资源的影响尚不明确。研究人员分析 174 个观测数据，研究黄土高原不同植被类型下土壤有机碳储量（SOCS）和土壤储水量（SWS）的关系。结果发现不同植被类型的 SOCS 和 SWS 有差异，据此给出不同气候条件下的植被恢复建议，为生态恢复提供参考。
在广袤的地球陆地上，土壤如同一个巨大的宝藏库，储存着数量惊人的碳元素，而土壤有机碳（SOC）更是陆地生态系统的重要物质基础。它的微小变化，都可能像蝴蝶扇动翅膀一样，在全球气候的大舞台上引发连锁反应。在干旱地区，约占地球陆地面积 41% 的土地，蕴含着巨大的碳固存潜力，然而，这里的环境却十分脆弱，土地利用方式的改变、气候变化的冲击，都让这片土地面临诸多挑战，尤其是水资源的匮乏，严重制约着生态环境的可持续发展。
在这样的背景下，植被恢复成为改善生态环境的重要手段。它不仅能增强土壤碳固存，为缓解气候变化贡献力量，还能提升生态系统的韧性。但问题也随之而来，植被恢复往往会消耗大量土壤水分，在干旱和半干旱地区，这可能威胁到整个生态系统的稳定和可持续性。尽管已有研究表明气候和植被类型对土壤碳 - 水相互作用影响重大，可其中的内在机制却依旧迷雾重重。目前的研究大多聚焦于土壤水或碳单一因素，很少综合考虑不同植被类型和气候梯度下两者的关系，而且现有模型常忽略气候因素与生态系统服务之间的非线性关系和阈值响应。
为了揭开这些谜团，国内研究人员针对黄土高原开展了深入研究。黄土高原自 1999 年实施 “退耕还林” 工程以来，进行了大规模的植被恢复，主要包括草地、灌木地和林地等。研究人员收集了 1999 - 2023 年间来自 Web of Science 和中国知网（CNKI）的相关研究数据，建立了不同植被恢复类型下土壤有机碳储量（SOCS）和土壤储水量（SWS）的数据集。
研究发现，不同植被类型下土壤有机碳储量和土壤储水量存在显著差异。在 0 - 500cm 土层中，经济林（EF）的 SOCS 最高，达到 20.20kg m-2 ，同时 SWS 也较高，为 857.95mm；刺槐林（RP）的 SOCS 为 19.36kg m-2 ，但 SWS 较低，仅 574.64mm；草地（GL）的 SOCS 较低，为 13.00kg m-2 ，SWS 却相对较高，有 634.65mm；灌木地（SL）的 SOCS 和 SWS 都是最低的，分别为 12.55kg m-2 和 480.17mm。这表明植被恢复虽然能增加 SOCS，但会消耗土壤水资源，存在明显的权衡关系。
在 0 - 100cm 土层，研究人员进一步评估了不同植被恢复类型基于 SOCS 和 SWS 的权衡及耦合协调度（D）。结果显示，经济林在保持碳 - 水平衡方面表现最佳，相比之下，灌木地和刺槐林在实施时则需要更加谨慎。
此外，研究人员还发现降水和温度对碳 - 水关系的影响并非简单的线性关系。基于这些结果，研究人员给出了不同气候条件下的植被恢复建议：年平均降水量（MAP）大于 450mm 且年平均温度（MAT）小于 9°C 的地区，适合种植草地；MAP 在 450 - 500mm 且 MAT 小于 9°C 的地区，适合种植灌木；MAP 大于 530mm 且 MAT 在 9°C - 10°C 之间的地区，适合种植刺槐；MAP 在 450 - 530mm 且 MAT 大于 10°C 的地区，适合种植经济林。
该研究成果发表在《CATENA》上，为黄土高原的生态恢复提供了重要的理论依据，帮助人们更科学地选择适合不同气候区域的植被类型，对于优化碳储存效益、维持水资源可持续性具有重要意义。
研究人员主要通过数据收集和分析的技术方法开展研究。他们从 Web of Science 和中国知网（CNKI）检索已发表的相关研究，建立数据集，之后对数据进行整理和分析，对比不同植被类型下土壤有机碳储量和土壤储水量的数据，进而探究两者的关系及影响因素。
一、数据编译
研究人员从 Web of Science 和中国知网（CNKI）检索 1999 - 2023 年间的同行评审研究，利用 “黄土高原”“植被恢复”“土壤有机碳”“土壤水” 等关键词，建立了不同植被恢复类型下 SOCS 和 SWS 的数据集。
二、不同植被恢复类型中 SOC 和 SWC 的储存、分配和权衡
不同植被类型在土壤有机碳储量上差异显著，经济林的 SOCS 最高。在不同土层深度，0 - 20cm 和 20 - 100cm 土层中各植被类型 SOCS 差异不明显，100 - 200cm 和 200 - 500cm 土层中，林地（经济林和刺槐林）的 SOCS 显著高于其他植被类型。
三、不同植被类型 SOCS 和 SWS 的垂直变异性和分配差异
研究证实了黄土高原植被恢复存在 SOCS 和 SWS 的权衡关系。不同植被恢复类型对这种权衡关系影响不同，植被恢复在增加 SOCS 的同时会消耗土壤水资源。
四、结论
该研究强调了黄土高原植被恢复对碳固存的贡献，同时也指出可能存在的土壤水资源消耗问题。经济林是维持碳 - 水平衡最合适的植被类型，而灌木地和刺槐林的应用需要谨慎考虑。根据研究结果给出的不同气候条件下的植被恢复建议，对确保该地区生态系统的长期可持续性具有重要意义。通过明确植被类型和气候在调节土壤碳 - 水动态中的关键作用，为黄土高原不同植被类型找到最佳的气候适宜区，有助于制定更科学合理的生态恢复策略，在增加碳固存的同时保障水资源的可持续利用，对干旱和半干旱地区的生态环境保护和修复有着深远的指导价值。
