不同恢复措施对退化荒漠草原土壤碳氮及其组分特征的影响

doi:10.11686/cyxb2020517

摘要/Abstract

摘要：

以宁夏盐池县退化荒漠草原为对象，实施深翻耕+补播（SR）、浅翻耕+补播（QR）和禁牧封育（F）恢复措施，同时以传统放牧为对照（CK），研究不同恢复措施草地 0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm和30~40 cm土层土壤总有机碳（SOC）、全氮（TN）及颗粒有机碳（POC）、易氧化有机碳（ROC）、微生物量碳（MBC）、硝态氮（NO₃^--N）、铵态氮（NH₄⁺-N）和微生物量氮（MBN）的变化特征，以探讨不同恢复措施对荒漠草原土壤碳氮及其组分的影响。结果表明：与其他处理相比，QR处理草地的土壤SOC含量（5.50~9.93 g·kg^-1）、土壤TN含量（0.17~0.23 g·kg^-1）、土壤ROC含量（0.53~0.99 g·kg^-1）及土壤MBN含量（62.82~73.20 mg·kg^-1）总体较高；土壤MBC含量（386.00~481.80 mg·kg^-1）及碳、氮各组分占SOC和TN的比例总体以F处理的草地较高；不同恢复措施草地各土层土壤POC、NH₄⁺-N和NO₃^--N含量较CK均有所下降。相关分析表明：SOC含量分别与TN、ROC含量呈极显著正相关（P<0.01），与MBC含量呈显著负相关（P<0.05）。基于土壤碳、氮固存，在所有的处理中，浅翻耕+补播是退化荒漠草原恢复较为有效的措施。

关键词: 恢复措施, 土壤有机碳, 土壤全氮, 碳氮组分

Abstract:

This research investigated the impact of three restorative measures on soil carbon and nitrogen fractions in historically overgrazed desert steppe grassland in Yanchi County， Ningxia. The restorative measures investigated were deep tillage+reseeding （SR）， shallow tillage+reseeding （QR） and grazing exclusion （i.e. enclosure）（F）. Traditional grazing was taken as the control （CK）. Measurements made included soil organic carbon （SOC）， total nitrogen （TN）， particulate organic carbon （POC）， readily oxidizable organic carbon （ROC）， microbial biomass carbon （MBC）， nitrate nitrogen （NO₃^--N）， ammonium nitrogen （NH₄⁺-N） and microbial biomass nitrogen （MBN） for the 0-10 cm， 10-20 cm， 20-30 cm and 30-40 cm soil layers. It was found that： 1） For the QR treatment， soil SOC content （5.50-9.93 g·kg^-1）， soil TN content （0.17-0.23 g·kg^-1）， soil ROC content （0.53-0.99 g·kg^-1） and soil MBN content （62.82-73.20 mg·kg^-1） were generally higher than in other treatments. 2） Soil MBC content （386.00-481.80 mg·kg^-1） and the proportions of each component of carbon and nitrogen in SOC and TN were generally higher in the F treatment. 3） Soil POC， NH₄⁺-N and NO₃^–-N contents were decreased under the various restorative treatments compared with the CK treatment. 4） The contents of POC， NH₄⁺-N and NO₃^--N in each soil horizon were also decreased under the various restorative measures， compared with the CK treatment. Correlation analysis showed that SOC content was significantly positively correlated with TN and ROC content （P<0.01）， and significantly negatively correlated with MBC content （P<0.05）. Based on soil carbon and nitrogen fixation and preservation data， shallow tillage+reseeding was the most effective restorative measure for the degraded desert steppes in this study.

Key words: restoration measurements, soil organic carbon, soil total nitrogen, soil carbon and nitrogen fractions

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图/表 6

表1 不同恢复措施下的荒漠草原基本情况

Table 1 Basic situation of desert steppes under different restoration measurements

处理 Treatments	土壤水稳性大团聚体含量 Content of soil wet aggregates （%）	土壤容重 Soil bulk density （g·cm^-3）	土壤含水量 Soil moisture content （%）	植被盖度 Vegetation coverage （%）	地上生物量 Aboveground biomass （g·m^-2）	Shannon-Wiener指数Shannon-Wiener index
CK	16.37±0.04	1.13±0.02	3.65±0.07	42.00	55.50	1.43
SR	10.19±0.02	1.48±0.03	7.59±0.06	53.70	98.50	2.54
QR	22.41±0.02	1.41±0.02	7.89±0.04	69.00	82.40	2.61
F	11.21±0.04	1.47±0.02	2.97±0.03	59.30	87.20	1.56

表2 不同恢复措施荒漠草原土壤有机碳和全氮含量

Table 2 Contents of soil organic carbon and total nitrogen of desert steppes under different restoration measurements （g·kg-1）

项目Items	土层深度Soil depth （cm）	CK	SR	QR	F
有机碳含量Content of soil organic carbon （SOC）	0~10	3.22±0.20b	3.74±0.25b	5.50±0.82a	3.27±0.11b
	10~20	3.65±0.06b	3.61±0.21b	6.17±1.68a	3.62±0.59b
	20~30	8.45±0.65b	5.75±0.97c	9.93±2.73a	3.75±0.55d
	30~40	11.72±0.52a	7.99±0.99a	9.63±1.35a	7.40±2.79a
全氮含量Content of total nitrogen （TN）	0~10	0.09±0.00c	0.14±0.02ab	0.18±0.00a	0.11±0.01bc
	10~20	0.10±0.01b	0.11±0.00b	0.23±0.02a	0.10±0.00b
	20~30	0.21±0.03a	0.22±0.04a	0.19±0.02ab	0.11±0.01b
	30~40	0.16±0.01b	0.22±0.03a	0.17±0.02b	0.17±0.01b

图1 不同恢复措施荒漠草原土壤活性有机碳含量不同小写字母表示同一土层不同处理间差异显著（P<0.05），下同。Different lowercase letters indicate significant difference among different restoration measurements at the same soil depth （P<0.05）， the same below.

Fig.1 Soil active organic carbon content of desert steppes under different restoration measurements

图2 不同恢复措施荒漠草原土壤氮组分含量

Fig.2 Soil nitrogen components content of desert steppes under different restoration measurements

表3 不同恢复措施荒漠草原土壤碳氮组分占总有机碳及全氮的比例

Table 3 Proportion of soil carbon and nitrogen components in total organic carbon and total nitrogen of desert steppes under different restoration measurements （%）

处理 Treatments	颗粒有机碳比例POC/SOC	易氧化有机碳比例ROC/SOC	微生物量碳比例MBC/SOC	铵态氮比例 NH₄⁺-N/TN	硝态氮比例 NO₃^--N/TN	微生物量氮比例MBN/TN
CK	29.54±3.51b	8.96±0.41b	0.75±0.12b	11.23±1.50a	3.65±0.59a	43.60±5.67ab
SR	18.34±2.38c	12.85±0.73a	0.74±0.06b	6.59±0.92b	1.49±0.27b	35.65±3.90b
QR	12.54±1.53d	9.44±0.77b	0.51±0.07b	5.50±0.48b	1.48±0.24b	36.75±2.20b
F	38.65±4.52a	14.64±1.55a	1.14±0.13a	7.14±0.48b	1.34±0.20b	48.08±3.28a

图3 不同恢复措施荒漠草原土壤水稳性团聚体及碳氮组分的相关性SOC为土壤有机碳； TN为土壤全氮； POC为颗粒有机碳； ROC为易氧化有机碳； MBC为微生物量碳； NH4+-N为铵态氮； NO3--N为硝态氮； MBN为微生物量氮； WR0.25为土壤水稳性团聚体。**表示极显著相关P<0.01， *表示显著相关P<0.05。SOC is soil organic carbon； TN is soil total nitrogen； POC is particulate organic carbon； ROC is readily oxidizable organic carbon； MBC is microbial biomass carbon； NH4+-N is ammonium nitrogen； NO3--N is nitrate nitrogen； MBN is microbial biomass nitrogen； WR0.25 is wet aggregate of soil water stability； ** means significant correlation at 0.01 level， * means significant correlation at 0.05 level.

Fig.3 Correlations between WR0.25， carbon and nitrogen components of desert steppes under different restoration measurements

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