封育对蒿类荒漠草地土壤有机碳及土壤微生物生物量生态化学计量特征的影响

doi:10.11686/cyxb2022267

草业学报 ›› 2023, Vol. 32 ›› Issue (6): 58-70.DOI: 10.11686/cyxb2022267

封育对蒿类荒漠草地土壤有机碳及土壤微生物生物量生态化学计量特征的影响

李思媛¹(), 崔雨萱¹, 孙宗玖¹^,²^,³(), 刘慧霞¹, 冶华薇¹

^1.新疆农业大学草业学院，新疆乌鲁木齐 830052
^2.西部干旱区草地资源与生态教育部重点实验室，新疆乌鲁木齐 830052
^3.新疆草地资源与生态自治区重点实验室，新疆乌鲁木齐 830052

收稿日期:2022-06-20 修回日期:2022-09-21 出版日期:2023-06-20 发布日期:2023-04-21
通讯作者: 孙宗玖
作者简介:Corresponding author. E-mail： nmszj@21cn.com
李思媛（1997-），女，新疆塔城人，在读硕士。E-mail： breezes09@163.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(32060408);新疆维吾尔自治区自然科学基金(2020D01A60)

Effect of grazing exclusion on soil organic carbon and stoichiometry characteristics of soil microbial biomass in sagebrush desert

Si-yuan LI¹(), Yu-xuan CUI¹, Zong-jiu SUN¹^,²^,³(), Hui-xia LIU¹, Hua-wei YE¹

^1.College of Grassland Science，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，China
^2.Key Laboratory of Grassland Resources and Ecology of Western Arid Region，Ministry of Education，Urumqi 830052，China
^3.Xinjiang Key Laboratory of Grassland Resources and Ecology，Urumqi 830052，China

Received:2022-06-20 Revised:2022-09-21 Online:2023-06-20 Published:2023-04-21
Contact: Zong-jiu SUN

摘要/Abstract

摘要：

为了厘清封育过程中退化荒漠草地土壤微生物生物量生态化学计量学特征、土壤有机碳积累特征及其关系，对天山北坡新源县、博乐市、玛纳斯县、呼图壁县、奇台县封育4~7年的蒿类荒漠草地0~50 cm土层土壤有机碳（SOC）、土壤微生物生物量碳（MBC）、氮（MBN）、磷（MBP）含量及其化学计量比进行了分析，并用结构方程模型解析了SOC与土壤MBC、MBN、MBP及其化学计量比间的关系。结果表明：1）封育后0~50 cm土层蒿类荒漠草地SOC含量较对照显著降低15.52%（P<0.05），而土壤MBC、MBN、MBP、MBC/MBN、MBC/MBP、MBN/MBP总体变化不显著。2）SOC与MBC、MBN、MBP均呈显著正相关（P<0.01），与MBC/MBN、MBC/MBP呈负相关，且封育后SOC与MBN/MBP间的关系由显著正相关转为负相关（P<0.01）。3）结构方程分析表明，土壤MBC、MBN、MBP及其计量比对SOC积累的直接解释率为46%，且MBN对土壤有机碳的作用效应最强（P<0.001），封育降低了土壤MBC、MBN对土壤有机碳积累的影响，增加了土壤MBP的直接影响。总之，封育4~7年对蒿类荒漠草地土壤微生物生物量生态化学计量特征影响不显著，且MBN是影响土壤有机碳积累的主要因素。

关键词: 蒿类荒漠, 土壤有机碳, 土壤微生物生物量, 化学计量特征, 封育

Abstract:

This research aimed to clarify soil microbial biomass eco-stoichiometry characteristics in desert montane grassland in the years following grazing exclusion. Soil organic carbon accumulation and its relationship in degraded desert grassland to soil organic carbon （SOC）， soil microbial biomass carbon （MBC）， nitrogen （MBN）， phosphorus （MBP）and their stoichiometric ratios were analyzed in the 0-50 cm soil layer of sagebrush desert grasslands from Xinyuan， Bole， Manasi， Hutubi and Qitai counties on the northern slopes of the Tianshan Mountains for 4-7 years following grazing exclusion. The relationships between soil organic carbon （SOC）， soil MBC， MBN， MBP and their stoichiometric ratios were analyzed by structural equation modeling （SEM）. It was found that the SOC content of sagebrush desert grassland in the 0-50 cm soil horizon after grazing exclusion was significantly reduced by 15.52% compared with the control （P<0.05）， while the overall changes of soil MBC， MBN， MBP， MBC∶MBN， MBC∶MBP and MBN∶MBP were not significant. SOC was significantly positively correlated with MBC， MBN， and MBP （P<0.01）， and negatively correlated with MBC∶MBN and MBC∶MBP， and the relationship between SOC and MBN∶MBP changed from significantly positive to negative after grazing exclusion （P<0.01）. SEM showed that soil MBC， MBN， MBP and their stoichiometric ratios data directly explained 46% of data variation for SOC accumulation， and MBN had the strongest effect on soil organic carbon （P<0.001）， while grazing exclusion reduced the effect of soil MBC and MBN on soil organic carbon accumulation and increased the direct effect of soil MBP. In conclusion， the effects of 4-7 years of grazing exclusion on soil microbial biomass eco-stoichiometry characteristics of sagebrush desert grassland were not significant， and MBN was the most influential determining factor for soil organic carbon accumulation.

Key words: sagebrush desert, soil organic carbon, soil microbial biomass, stoichiometric characteristics, grazing exclusion

李思媛, 崔雨萱, 孙宗玖, 刘慧霞, 冶华薇. 封育对蒿类荒漠草地土壤有机碳及土壤微生物生物量生态化学计量特征的影响[J]. 草业学报, 2023, 32(6): 58-70.

Si-yuan LI, Yu-xuan CUI, Zong-jiu SUN, Hui-xia LIU, Hua-wei YE. Effect of grazing exclusion on soil organic carbon and stoichiometry characteristics of soil microbial biomass in sagebrush desert[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2023, 32(6): 58-70.

图/表 10

表1 试验样地基本信息［12］

Table 1 The basic condition of experiment site

样地 Site	新源县 Xinyuan （XY）	博乐市 Bole （BL）	玛纳斯县 Manasi （MNS）	呼图壁县 Hutubi （HTB）	奇台县 Qitai （QT）
地理位置 Geographical position	43°22′ N，82°36′ E	44°50′ N，81°39′ E	44°01′ N，86°09′ E	43°58′ N，86°32′ E	43°47′ N，89°25′ E
年均降水量 Mean annual precipitation （mm）	204	200	172	224	160
年均气温 Mean annual temperature （℃）	7.13	6.10	8.18	6.79	7.17
海拔 Altitude （m）	887	1110	1033	978	1227
封育开始时间Start time of grazing exclusion （Year/month）	2012/6	2014/7	2015/7	2015/7	2012/6
土壤基质 Soil texture	土质 Soil	砾石质 Gravelly	土质 Soil	土质 Soil	土质 Soil
优势种 Dominant species	伊犁绢蒿S. transiliense	博洛塔绢蒿，木地肤S. borotalalense，K. prostrata	伊犁绢蒿，叉毛蓬S. transiliense，P. sibirica	伊犁绢蒿，叉毛蓬S. transiliense，P. sibirica	伊犁绢蒿，木地肤，短柱苔草S. transiliense，K. prostrata，C. turkestanica

图1 封育对蒿类荒漠草地土壤有机碳含量的影响*P<0.05，**P<0.01；a：0~50 cm土层；b：新源样地；c：博乐样地；d：玛纳斯样地；e：呼图壁样地；f：奇台样地；图a右上角为封育对5个样地的总体影响。下同。*P<0.05， **P<0.01. a： 0-50 cm soil layer. b： Xinyuan site. c： Bole site. d： Manasi site. e： Hutubi site. f： Qitai site. The total effect of grazing exclusion on the five sites is shown in the top-right corner of Figure a. The same below.

Fig.1 Effect of grazing exclusion on soil organic carbon in sagebrush desert

图2 封育对蒿类荒漠草地土壤微生物生物量碳的影响

Fig.2 Effect of grazing exclusion on soil microbial biomass carbon in sagebrush desert

图3 封育对蒿类荒漠草地土壤微生物生物量氮的影响

Fig.3 Effect of grazing exclusion on soil microbial biomass nitrogen in sagebrush desert

图4 封育对蒿类荒漠草地土壤微生物生物量磷的影响

Fig.4 Effect of grazing exclusion on soil microbial biomass phosphorus in sagebrush desert

图5 封育对蒿类荒漠草地土壤微生物生物量碳氮比的影响

Fig.5 Effect of grazing exclusion on soil MBC/MBN ratio in sagebrush desert

图6 封育对蒿类荒漠草地土壤微生物生物量碳磷比的影响

Fig.6 Effect of grazing exclusion on soil MBC/MBP ratio in sagebrush desert

图7 封育对蒿类荒漠草地土壤微生物生物量氮磷比的影响

Fig.7 Effect of grazing exclusion on soil MBN/MBP ratio in sagebrush desert

表2 封育对荒漠草地土壤有机碳与MBC、MBN、MBP及其化学计量特征的皮尔逊相关性分析

Table 2 Pearson correlation analysis of soil organic carbon （SOC） with soil microbial biomass carbon （MBC）， nitrogen （MBN）， phosphorus （MBP） and their stoichiometric characteristics in grazing exclusion sagebrush desert grassland

封育 Grazing exclusion	对照Control
封育 Grazing exclusion	SOC	MBC	MBN	MBP	MBC/MBN	MBC/MBP	MBN/MBP
SOC	1.000	0.628**	0.745**	0.647**	-0.182*	-0.135	0.206**
MBC	0.428**	1.000	0.838**	0.746**	-0.217**	-0.068	0.187*
MBN	0.572**	0.798**	1.000	0.871**	-0.392**	-0.182*	0.283**
MBP	0.553**	0.730**	0.847**	1.000	-0.319**	-0.305**	0.017
MBC/MBN	-0.274**	-0.259**	-0.408**	-0.348**	1.000	0.279**	-0.449**
MBC/MBP	-0.245**	-0.181*	-0.237**	-0.291**	0.793**	1.000	0.442**
MBN/MBP	-0.102	-0.021	0.067	-0.151	-0.073	0.415**	1.000

图8 土壤微生物生物量及其化学计量比与有机碳拟合的结构方程模型a：总体；b：封育；c：对照。红色路径表示正效应，蓝色路线表示负效应。箭头的宽度表示因果效应的强度。*P<0.05、**P<0.01、***P<0.001。a： Total； b： Grazing exclusion； c： Control. Red paths show positive effects and blue paths show negative effects. The width of arrows indicates the strength of the causal effect. * P<0.05， ** P<0.01， *** P<0.001.

Fig.8 SEM fitting soil microbial biomass and its stoichiometric ratio with soil organic carbon

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封育对蒿类荒漠草地土壤有机碳及土壤微生物生物量生态化学计量特征的影响

Effect of grazing exclusion on soil organic carbon and stoichiometry characteristics of soil microbial biomass in sagebrush desert

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