积雪增加对青藏高原高寒草甸土壤磷有效性的影响

doi:10.11686/cyxb2023328

草业学报 ›› 2024, Vol. 33 ›› Issue (7): 205-214.DOI: 10.11686/cyxb2023328

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积雪增加对青藏高原高寒草甸土壤磷有效性的影响

谭湘蛟¹^,⁴(), 董逵才², 张华³, 唐川川¹, 杨燕¹()

^1.中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所，四川成都 610299
^2.三江源国家公园管理局生态监测信息中心，青海西宁 810003
^3.青海省大通县东峡林场，青海大通 810100
^4.中国科学院大学，北京 100049

收稿日期:2023-09-06 修回日期:2023-11-09 出版日期:2024-07-20 发布日期:2024-04-08
通讯作者: 杨燕
作者简介:E-mail： yyang@imde.ac.cn
谭湘蛟（1999-），女，重庆人，在读博士。E-mail： tanxiangjiao@imde.ac.cn
基金资助:
中国科学院战略先导项目(XDA23060601);青海省“昆仑英才·高端创新创业人才”计划项目资助

Effects of snow addition on soil phosphorus availability in an alpine meadow of the Tibetan Plateau

Xiang-jiao TAN¹^,⁴(), Kui-cai DONG², Hua ZHANG³, Chuan-chuan TANG¹, Yan YANG¹()

^1.Institute of Mountain Hazards and Environment，Chinese Academy of Science，Chengdu 610299，China
^2.Sanjiangyuan National Park Administration Ecological Monitoring Information Center，Xining 810003，China
^3.Dongxia Forest Farm，Datong County，Qinghai Province，Datong 810100，China
^4.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China

Received:2023-09-06 Revised:2023-11-09 Online:2024-07-20 Published:2024-04-08
Contact: Yan YANG

摘要/Abstract

摘要：

积雪增加引起土壤水热变化，进而可能改变草地生态系统土壤磷循环过程。本研究以青藏高原多年冻土区高寒草甸为研究对象，采用积雪栅栏诱导方式模拟积雪增加，分析测试了对照和积雪增加处理下土壤表层的水热特征、土壤理化性质和磷酸酶活性、土壤磷的有效性和组分特征。结果表明：1）积雪增加提高了生长季（5-9月）浅层（0~10 cm）土壤温度和湿度；2）积雪增加在0~10 cm、10~20 cm土层显著增加了土壤中全磷、有效磷、Al-P含量，降低了有机磷和Ca₂-P含量，Ca₈-P含量在0~10 cm土层降低，在10~20 cm土层增加；3）冗余分析表明，影响土壤磷形态的关键因子为土壤全氮、有机质和土壤水热状态。积雪增加通过改变土壤全氮含量、有机质含量和水热状态等土壤理化性质和土壤磷酸酶活性，提高土壤有机磷矿化速率，促进Ca₈-P和Al-P等缓效磷源释放更多的磷，提高土壤磷有效性。

关键词: 青藏高原, 积雪增加, 高寒草甸, 磷有效性

Abstract:

Deeper snow cover in winter may change soil phosphorus cycling in alpine meadow grassland ecosystems through effects on soil temperature and moisture. A field experiment involving snow addition was conducted at an alpine meadow in the permafrost region of the Tibetan Plateau. Snow fences were used to contain snow to simulate increased depth of snow cover. The results showed： 1） Snow addition significantly increased temperature and moisture in the top 0-10 cm soil horizon in the growing season （from May to September）. 2） Snow addition significantly increased soil total phosphorus， available phosphorus and Al-P in the 0-10 cm and 10-20 cm soil horizons， but decreased soil organic phosphorus and Ca₂-P contents. The Ca₈-P content decreased in the 0-10 cm soil depth and increased in the 10-20 cm soil depth. 3） Redundancy analysis showed that the key factors affecting soil phosphorus forms were soil total nitrogen， organic matter and soil hydrothermal state. Therefore， it was confirmed that snow addition improved soil organic phosphate mineralization rate by changing soil physical and chemical properties， including total nitrogen content， organic matter content， hydrothermal state and soil phosphatase activity. Snow addition also promoted phosphorus release from slow-acting phosphorus sources such as Ca₈-P and Al-P， and improved soil phosphorus availability.

Key words: Qinghai-Tibet Plateau, snow addition, alpine meadow, phosphorus availability

谭湘蛟, 董逵才, 张华, 唐川川, 杨燕. 积雪增加对青藏高原高寒草甸土壤磷有效性的影响[J]. 草业学报, 2024, 33(7): 205-214.

Xiang-jiao TAN, Kui-cai DONG, Hua ZHANG, Chuan-chuan TANG, Yan YANG. Effects of snow addition on soil phosphorus availability in an alpine meadow of the Tibetan Plateau[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2024, 33(7): 205-214.

图/表 6

图1 积雪栅栏诱导积雪梯度效果和试验样地［14］a：积雪梯度效果Snow gradient effect； b：试验样地示意图Experiment plot diagram.

Fig.1 Snow depth distribution induced by snow fence and sampling plots［14］

图2 积雪增加对土壤温湿度的影响所有数据来自2019年10月-2020年9月。Data is from October in 2019 to September in 2020.

Fig.2 Effects of snow addition on soil temperature and moisture

图3 积雪增加对土壤不同磷形态的影响**： P<0.01； *： P<0.05. 下同The same below.

Fig.3 Effects of snow addition on different forms of phosphorus

图4 积雪增加对土壤全氮、碱解氮、有机质、磷酸酶活性、pH值的影响

Fig.4 Effects of snow addition on soil total nitrogen， alkali nitrogen， soil organic matter， soil phosphatase activity and pH

图5 积雪增加对土壤不同形态磷影响的冗余分析1~6：积雪处理Snow addition； 7~12：对照Control；全磷： Total phosphorus；有机磷： Organic phosphorus；有效磷： Available phosphorus；水分： Water content；温度： Temperature；磷酸酶活性： Soil phosphatase activity；有机质： Soil organic matter；全氮： Total nitrogen；碱解氮： Alkali nitrogen。图左下角表示环境因子对土壤磷变化的相应解释比例The lower left corner of the figure indicates the corresponding interpretation ratio of environmental factors to soil phosphorus changes.

Fig.5 Redundancy analysis of different forms of phosphorus under snow addition

表1 土壤理化性质及磷酸酶活性与土壤不同形态磷的相关性分析

Table 1 Correlations between soil physicochemical properties and soil phosphatase activity and different forms of phosphorus in soil

环境因子 Environmental factors	有效磷 Available phosphorus	全磷 Total phosphorus	有机磷 Organic phosphorus	Ca₂-P	Ca₈-P	Al-P	Fe-P	O-P	Ca₁₀-P
温度Temperature	0.033	0.218	-0.621*	0.575	-0.735**	0.401	0.136	0.564	0.371
水分Water content	0.167	-0.085	-0.143	-0.405	-0.002	-0.336	0.090	0.083	0.276
磷酸酶活性Soil phosphatase activity	0.025	0.076	-0.418	0.560	-0.842**	0.360	0.361	0.633*	0.491
有机质Soil organic matter	0.143	0.248	-0.378	0.483	-0.727**	0.536	0.855**	0.802**	0.564
全氮Total nitrogen	0.190	0.263	-0.391	0.441	-0.713**	0.547	0.861**	0.822**	0.595*
碱解氮Alkali nitrogen	0.352	-0.040	-0.249	0.041	-0.521	0.227	0.749**	0.628*	0.609*

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积雪增加对青藏高原高寒草甸土壤磷有效性的影响

Effects of snow addition on soil phosphorus availability in an alpine meadow of the Tibetan Plateau

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图/表 6

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