宁夏典型天然草地土壤有机碳及其活性组分变化特征

doi:10.11686/cyxb2020305

草业学报 ›› 2021, Vol. 30 ›› Issue (1): 24-35.DOI: 10.11686/cyxb2020305

宁夏典型天然草地土壤有机碳及其活性组分变化特征

季波¹^,²^,³(), 何建龙²^,³, 吴旭东²^,³, 王占军²^,³, 谢应忠¹(), 蒋齐²^,³()

^1.宁夏大学农学院，宁夏银川 750021
^2.宁夏农林科学院荒漠化治理研究所，宁夏银川 750002
^3.宁夏防沙治沙与水土保持重点实验室，宁夏银川 750002

收稿日期:2020-06-30 修回日期:2020-09-08 出版日期:2021-01-20 发布日期:2021-01-08
通讯作者: 谢应忠,蒋齐
作者简介:Corresponding author. E-mail: ycjqnx@163.com, Xieyz@nxu.edu.cn
季波（1982-），女，宁夏青铜峡人，副研究员，在读博士。E-mail: nxjibo311@163.com
基金资助:
宁夏农林科学院科技平台建设提升项目(NKYP-19-06);自治区农业科技自主创新专项全产业链创新示范项目(YES-2016-10)

Characteristics of soil organic carbon and active organic carbon in typical natural grassland in Ningxia

Bo JI¹^,²^,³(), Jian-long HE²^,³, Xu-dong WU²^,³, Zhan-jun WANG²^,³, Ying-zhong XIE¹(), Qi JIANG²^,³()

^1.College of Agriculture，Ningxia University，Yinchuan 750021，China
^2.Institute of Desert Manage，Ningxia Agriculture and Forestry Science Academy，Yinchuan 750002，China
^3.Key Laboratory of Desertification Control and Soil & Water Conservation of Ningxia，Yinchuan 750002，China

Received:2020-06-30 Revised:2020-09-08 Online:2021-01-20 Published:2021-01-08
Contact: Ying-zhong XIE,Qi JIANG

摘要/Abstract

摘要：

为探寻宁夏典型温性天然草地土壤有机碳及活性组分变异及储量特征，以宁夏4种典型的天然草地（温性草甸草原、温性草原、温性草原化荒漠和温性荒漠草原）为研究对象，采用野外调查和室内分析相结合的方法，对宁夏全区49个固定监测点，土壤有机碳及其活性有机碳组分（易氧化有机碳、微生物生物量碳和水溶性有机碳）进行采样和室内分析。结果表明：1）宁夏草甸草原、温性草原、草原化荒漠和荒漠草原4种天然草地，0~40 cm土层深度土壤有机碳含量分别为34.23、12.84、5.76和3.82 g·kg^-1；单位面积土壤有机碳储量分别为：13.43、5.75、2.58和2.29 kg·m^-2，且均表现为：草甸草原>温性草原>草原化荒漠>荒漠草原。2）4种典型天然草地土样易氧化有机碳含量为0.75~7.43 g·kg^-1，土壤微生物生物量碳含量为102.52~554.77 mg·kg^-1，土壤水溶性有机碳含量为69.66~89.61 mg·kg^-1，均表现为：草甸草原>温性草原>草原化荒漠>荒漠草原。4种草地类型土壤易氧化有机碳储量分别为2.56、1.44、0.62和0.48 kg·m^-2；土壤微生物生物量碳储量分别为：218.31、170.50、81.99和68.26 g·m^-2，均为草甸草原显著高于其他3种草地类型（P<0.05）；水溶性有机碳储量分别为34.36、35.21、37.22和43.14 g·m^-2，表现为荒漠草原显著大于其他3种草地类型（P<0.05）。3）4种典型天然草地易氧化有机碳分配比为18.42%~29.72%，温性草原最高；微生物生物量碳分配比为1.54%~3.83%，草甸草原最低；水溶性有机碳分配比为0.23%~2.01%，表现为：荒漠草原>草原化荒漠>温性草原>草甸草原，且均存在显著性差异（P<0.05）。4）土壤有机碳储量与土壤易氧化有机碳储量、微生物生物量碳储量、全氮、全磷和全钾含量呈显著（P<0.05）或极显著（P<0.01）正相关关系；与土壤水溶性有机碳储量、土壤容重及pH值呈显著（P<0.05）或极显著（P<0.01）的负相关关系。因此可见，宁夏荒漠草原土壤有机碳稳定性最差，温性草原土壤有机碳活性大，土壤有机碳碳库的生物可利用性最高，宁夏温性天然草地土壤有机碳储量大，不应被低估。

关键词: 宁夏, 天然草地, 土壤有机碳, 土壤活性有机碳

Abstract:

This research explored the variation and characteristics of soil carbon components across four major types of natural grassland （meadow steppe， warm steppe， steppe desert and desert steppe） in Ningxia typical temperate natural grassland. The carbon components were investigated soil organic carbon and active organic carbon （readily oxidized organic carbon， microbial biomass carbon and dissolved organic carbon） at 49 fixed sites， using both survey and direct sampling methods. It was found that soil organic carbon contents to 40 cm soil depth were， respectively， 34.23， 12.84， 5.76 and 3.82 g·kg^-1， and the soil organic carbon storage was， respectively， 13.43， 5.75， 2.58 and 2.29 kg·m^-2 in the four natural grassland categories. For the four grassland categories， the readily oxidized organic carbon content ranged from 0.75-7.43 g·kg^-1， microbial biomass carbon content ranged from 102.52-554.77 mg·kg^-1， and dissolved organic carbon content ranged from 69.66-89.61 mg·kg^-1. The overall ranking was meadow steppe>warm steppe>steppe desert>desert steppe. The levels of readily oxidized organic carbon storage were 2.56， 1.44， 0.62 and 0.48 kg·m^-2， respectively； soil microbial biomass carbon storage was 218.31， 170.50， 81.99 and 68.26 g·m^-2， respectively， with meadow steppe significantly higher than the other grassland types （P<0.05）. The soil dissolved organic carbon storage was 34.36， 35.21， 37.22 and 43.14 g·m^-2， respectively， and the value for desert steppe was significantly larger than the other grassland types （P<0.05）. The range of values in the four grassland types for readily oxidized organic carbon was18.42%-29.72%， with the warm steppe being the highest. The range of values for microbial biomass carbon was 1.54%-3.83%， and meadow steppe grassland was the lowest. The range of values for dissolved organic carbon was 0.23%-2.01%， with ranking desert steppe>steppe desert>warm steppe>meadow steppe， and with significant differences （P<0.05） between the four grassland types. Soil organic carbon storage showed a significant （P<0.05） or extremely significant （P<0.01） positive correlation with soil readily oxidized organic carbon storage， microbial biomass carbon storage， total nitrogen， total phosphorus and total potassium， and showed significant （P<0.05） or extremely significant （P<0.01） negative correlation with soil dissolved organic carbon storage， soil bulk density and pH values. In summary， soil organic carbon stability was lowest in desert grassland， while the activity and bioavailability of the soil organic carbon pool in warm grassland was the highest. The importance of the soil organic carbon storage of natural grassland in Ningxia should not be underestimated.

Key words: Ningxia, natural grassland, soil organic carbon, soil active organic carbon

季波, 何建龙, 吴旭东, 王占军, 谢应忠, 蒋齐. 宁夏典型天然草地土壤有机碳及其活性组分变化特征[J]. 草业学报, 2021, 30(1): 24-35.

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图/表 10

表1 各草地类型群落基本特征

Table 1 Basic community characteristics of different grasslands (mean±SD)

草地类型 Grassland type	物种数 Species number	群落盖度 Community coverage （%）	丰富度指数 Richness index	多样性指数 Diversity index	均匀度指数 Evenness index	优势度指数 Predominant index
MS	27±1	94.42±1.62a	14.96±3.38a	1.92±0.19a	0.72±0.04a	0.78±0.04a
WS	22±3	83.94±9.90b	13.67±3.26a	1.79±0.22a	0.70±0.05a	0.75±0.05a
SD	10±1	57.10±9.70c	6.84±1.63b	1.11±0.29b	0.74±0.13a	0.55±0.11b
DS	12±0	56.85±11.64c	8.19±2.35b	1.27±0.27b	0.61±0.10a	0.59±0.12b

图1 研究区草地分布和样点分布

Fig.1 Distribution of grassland and sampling plots in study area

图2 典型天然草地土壤总有机碳含量差异不同小写字母表示不同草地类型相同土层深度在0.05水平上差异显著，下同。Different lowercase letters indicate significant differences among different grassland types at the same soil layers (P<0.05). The same below.

Fig.2 Soil organic carbon content in typical natural grassland

表2 宁夏典型天然草地土壤容重和养分特征

Table 2 Soil bulk density and soil nutrient of typical natural grassland in Ningxia

草地类型 Grassland type	土层深度 Soil layer （cm)	容重 Bulk density （g·cm^-3）	全氮 Total nitrogen （g·kg^-1）	全磷 Total phosphorus （g·kg^-1）	全钾 Total potassium （g·kg^-1）	pH
MS	0~10	0.94±0.08d	3.45±0.50a	0.77±0.08a	20.21±0.97a	7.92±0.34c
	10~20	0.97±0.07d	3.50±0.38a	0.76±0.07a	20.10±0.53a	7.98±0.31c
	20~40	1.04±0.08d	3.32±0.31a	0.75±0.07a	19.38±1.19a	8.05±0.26c
WS	0~10	1.16±0.09c	1.48±0.51b	0.63±0.09b	18.75±0.92b	8.24±0.22b
	10~20	1.16±0.08c	1.40±0.40b	0.62±0.11b	18.70±0.98b	8.29±0.19b
	20~40	1.29±0.05c	1.37±0.47b	0.62±0.09b	18.35±0.81ab	8.34±0.19b
SD	0~10	1.29±0.05b	0.61±0.12c	0.61±0.07b	19.50±1.12ab	8.68±0.32a
	10~20	1.32±0.12b	0.59±0.17c	0.62±0.10b	19.42±1.40ab	8.84±0.27a
	20~40	1.31±0.08b	0.58±0.19c	0.60±0.09b	19.30±1.59a	8.88±0.34a
DS	0~10	1.49±0.12a	0.40±0.21c	0.38±0.07c	17.81±0.86c	8.70±0.27a
	10~20	1.49±0.12a	0.41±0.24c	0.38±0.04c	17.46±1.11c	8.76±0.26a
	20~40	1.49±0.12a	0.39±0.19c	0.36±0.06c	17.27±1.33c	8.74±0.22a

图3 土壤活性有机碳含量特征

Fig.3 Characteristics of active organic carbon content

图4 土壤活性有机碳分配比例

Fig.4 Distribution of soil active organic carbon

图5 典型天然草地土壤有机碳储量特征

Fig.5 Characteristics of soil organic carbon storage of typical natural grassland

图6 典型天然草地不同土层深度土壤有机碳储量占比

Fig.6 The percent of soil organic carbon storage in different soil layer of typical natural grassland

图7 土壤活性有机碳储量特征

Fig.7 Characteristics of soil active organic carbon storage of typical natural grassland

图8 土壤有机碳及其活性组分与土壤容重、养分及pH值相关性

Fig.8 Correlation coefficients between soil organic carbon and active organic carbon fractions and soil bulk density, nutrients and pH value

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宁夏典型天然草地土壤有机碳及其活性组分变化特征

Characteristics of soil organic carbon and active organic carbon in typical natural grassland in Ningxia

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图/表 10

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