Spatial variation of mineral-associated organic carbon in grassland on the northern slopes of the Tianshan Mountains

doi:10.11686/cyxb2025433

Abstract

Abstract:

Mineral-associated organic carbon （MAOC） is a relatively stable and important fraction of soil organic carbon， and variations in its content directly affect the composition and long-term stability of soil carbon pools. In arid grassland ecosystems in particular， MAOC plays a key role in long-term carbon sequestration and the functioning of carbon sinks. However， studies on the spatial pattern of MAOC in grasslands of the arid and semi-arid regions of central Asia and the main factors controling it remain limited. In this study， we focused on grassland on the northern slope of the Tianshan Mountains in Xinjiang， and examined the spatial distribution characteristics and driving mechanisms of MAOC considering grassland type， soil profile， and topographic-climatic-soil factors. The results show that： 1） The MAOC content decreased with increasing soil depth， with the largest decreases in mountain meadow， followed by typical steppe， and then desert steppe； 2） The MAOC content was significantly negatively correlated with air temperature and soil pH， and significantly positively correlated with elevation， slope， available phosphorus and total nitrogen； 3） The carbon stability index values were higher in deeper soil layers， indicative of higher carbon stability in deeper layers； 4） A spatial prediction model for MAOC based on multiple regression analyses revealed a spatially heterogeneous pattern where the MAOC content increased from northwest to southeast. These results deepen our understanding of the spatial characteristics of MAOC and factors influencing MAOC in arid and semi-arid grassland ecosystems， and provide scientific support for formulating land carbon management policies under the “dual carbon” strategy in Xinjiang and other dryland regions.

Key words: mineral-associated organic carbon （MAOC）, spatial distribution, main controlling factors, arid grassland

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Figures/Tables 11

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草地类型 Grassland types	土层深度 Soil depth （cm）	最小值 Minimum （g·kg^-1）	最大值 Maximum （g·kg^-1）	平均值 Mean （g·kg^-1）	标准差 Standard deviation	变异系数 Coefficients of variation （%）
荒漠草原 Desert steppe	0~10	1.45	5.58	3.28Ba	1.48	45.13
	10~20	1.03	4.74	2.86Ba	1.34	47.08
	20~30	0.58	4.07	2.01Ba	1.21	60.57
典型草原 Typical steppe	0~10	0.94	18.51	6.61Ba	3.92	59.20
	10~20	1.18	16.46	4.88Bab	3.53	72.25
	20~30	0.37	10.01	3.44Bb	2.06	60.00
山地草甸 Mountain meadow	0~10	3.88	23.65	13.15Aa	5.61	42.68
	10~20	4.03	18.63	11.64Aa	3.92	33.66
	20~30	2.49	12.85	8.17Ab	2.55	31.20

草地类型 Grassland types	土层深度 Soil depth （cm）	最小值 Minimum （g·kg^-1）	最大值 Maximum （g·kg^-1）	平均值 Mean （g·kg^-1）	标准差 Standard deviation	变异系数 Coefficients of variation （%）
荒漠草原 Desert steppe	0~10	1.45	5.58	3.28Ba	1.48	45.13
	10~20	1.03	4.74	2.86Ba	1.34	47.08
	20~30	0.58	4.07	2.01Ba	1.21	60.57
典型草原 Typical steppe	0~10	0.94	18.51	6.61Ba	3.92	59.20
	10~20	1.18	16.46	4.88Bab	3.53	72.25
	20~30	0.37	10.01	3.44Bb	2.06	60.00
山地草甸 Mountain meadow	0~10	3.88	23.65	13.15Aa	5.61	42.68
	10~20	4.03	18.63	11.64Aa	3.92	33.66
	20~30	2.49	12.85	8.17Ab	2.55	31.20

草地类型 Grassland types	土层深度 Soil depth （cm）	最小值 Minimum （g·kg^-1）	最大值 Maximum （g·kg^-1）	平均值 Mean （g·kg^-1）	标准差 Standard deviation	变异系数 Coefficients of variation （%）
荒漠草原 Desert steppe	0~10	4.99	10.34	7.16Ba	1.87	26.10
	10~20	2.50	9.64	6.08Ca	2.39	39.28
	20~30	3.39	9.33	5.90Ca	1.98	33.46
典型草原 Typical steppe	0~10	3.14	38.58	14.64Ba	8.58	58.63
	10~20	1.23	31.23	12.17Ba	7.79	64.02
	20~30	0.92	29.46	11.05Ba	7.48	67.66
山地草甸 Mountain meadow	0~10	10.04	50.89	28.40Aa	11.63	40.96
	10~20	10.55	34.49	23.74Aab	7.44	31.35
	20~30	8.69	27.37	18.95Ab	5.87	30.97

草地类型 Grassland types	土层深度 Soil depth （cm）	最小值 Minimum （g·kg^-1）	最大值 Maximum （g·kg^-1）	平均值 Mean （g·kg^-1）	标准差 Standard deviation	变异系数 Coefficients of variation （%）
荒漠草原 Desert steppe	0~10	4.99	10.34	7.16Ba	1.87	26.10
	10~20	2.50	9.64	6.08Ca	2.39	39.28
	20~30	3.39	9.33	5.90Ca	1.98	33.46
典型草原 Typical steppe	0~10	3.14	38.58	14.64Ba	8.58	58.63
	10~20	1.23	31.23	12.17Ba	7.79	64.02
	20~30	0.92	29.46	11.05Ba	7.48	67.66
山地草甸 Mountain meadow	0~10	10.04	50.89	28.40Aa	11.63	40.96
	10~20	10.55	34.49	23.74Aab	7.44	31.35
	20~30	8.69	27.37	18.95Ab	5.87	30.97

草地类型 Grassland types	土层 Soil depth （cm）	pH	电导率 Electric conductivity （dS·m^-1）	全氮 Total nitrogen （g·kg^-1）	全磷 Total phosphorus （g·kg^-1）	速效磷 Available phosphorous （g·kg^-1）
荒漠草原 Desert steppe	0~10	7.83±0.30Aa	0.86±1.04Aa	0.22±0.05Aa	0.03±0.01Aa	12.91±3.76Aa
	10~20	7.78±0.30Ab	0.80±0.96Ab	0.17±0.03ABa	0.02±0.01Aa	9.08±1.47Aa
	20~30	7.74±0.28Ac	0.76±0.90Aa	0.14±0.02Ba	0.03±0.01Aa	7.07±1.07Aa
典型草原 Typical steppe	0~10	7.66±0.27Ab	0.38±0.23Aa	0.29±0.11Aa	0.03±0.01Aa	14.36±4.39Aa
	10~20	7.61±0.27Aa	0.36±0.23Ab	0.19±0.04ABa	0.02±0.01Aa	9.34±3.54Aa
	20~30	7.57±0.27Ab	0.35±0.22Aa	0.14±0.03Ba	0.02±0.01Aa	7.83±2.35Aa
山地草甸 Mountain meadow	0~10	7.52±0.22Aa	0.89±2.25Aa	0.33±0.14Aa	0.03±0.01Aa	26.40±29.72Aa
	10~20	7.48±0.22Ab	0.88±2.20Ab	0.24±0.12ABa	0.03±0.01Aa	18.68±21.49Aa
	20~30	7.43±0.22Ac	0.87±2.18Aa	0.15±0.04Ba	0.03±0.01Aa	13.45±17.18Aa