基于SHAP值方法的乌拉特梭梭(Haloxylon ammodendron)林保护区土壤表层碳氮储量及其影响因素研究北大核心CSCD

土壤碳氮储量对陆地生态系统碳氮循环及全球变化研究具有重要意义。为了阐明乌拉特梭梭(Haloxylon ammodendron)林国家级自然保护区土壤碳氮储量分布与变化规律,利用相关性分析、随机森林与SHAP解释方法确定影响土壤碳氮储量的关键因子。本研究采用可通行路线网格布点法,在保护区内布设61个调查点,采集表层土壤(0~20 cm),测定土壤碳氮储量,分析其主要影响因素。结果表明:乌拉特梭梭林保护区内土壤全碳和全氮储量在空间上均呈现西高东低、北高南低的特点,其中核心区的全碳储量(1429.91 g·m^(-2))显著高于缓冲区(1194.09 g·m^(-2))和试验区(986.36 g·m^(-2));不同区域的全氮储量差异不显著(P>0.05),核心区、缓冲区、试验区分别为76.79、62.39、51.28 g·m^(-2);pH、电导率、梭梭树高度、物种丰富度、植被盖度和草本生物量在3个区域差异显著(P<0.05)。影响梭梭林保护区表层土壤全碳储量的关键因子为土壤全碳、土壤全氮、土壤含水率、电导率、容重、梭梭树高度、植物密度和pH,SHAP分析表明土壤容重、pH与土壤全碳储量呈负相关,其余因子与土壤全碳储量均呈显著性正相关;影响土壤全氮储量的关键因子为土壤全氮、土壤全碳、电导率、容重、土壤含水率、梭梭树高度、植被盖度、碳氮比和植物密度,SHAP分析表明土壤容重、碳氮比与土壤全氮储量呈负相关,其余因子与土壤全氮储量均呈显著性正相关;基于SHAP值计算的平均因子贡献率表明,保护区内较低的植物密度是限制土壤碳氮储量的关键因素。本研究同时发现,当梭梭树的平均高度高于2 m时对土壤碳氮储量的贡献有显著提升,因此加强对保护区内梭梭林的管理对提升土壤质量具有积极作用。