封育对蒿类荒漠草地土壤微生物碳源利用特征的影响

doi:10.11686/cyxb2024071

草业学报 ›› 2025, Vol. 34 ›› Issue (1): 29-40.DOI: 10.11686/cyxb2024071

封育对蒿类荒漠草地土壤微生物碳源利用特征的影响

阿斯太肯·居力海提null¹(), 孙宗玖¹^,²^,³(), 于冰洁¹, 迪达尔·比苏力旦null¹, 李美莎¹, 敬一胜¹

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

收稿日期:2024-03-05 修回日期:2024-04-17 出版日期:2025-01-20 发布日期:2024-11-04
通讯作者: 孙宗玖
作者简介:E-mail： nmszj@21cn.com
阿斯太肯·居力海提（1997-），男，维吾尔族，新疆伊犁人，在读博士。E-mail： astekin77@163.com
基金资助:
新疆维吾尔自治区重点实验室开放课题(2022D04003);国家自然科学基金项目(32060408);高校基本科研业务费(XJEDU2022J006)

Effects of enclosure on soil microbial carbon source utilization characteristics of sagebrush desert grassland

ASITAIKEN·Julihaiti¹(), Zong-jiu SUN¹^,²^,³(), Bing-jie YU¹, DIDAER·Bisulidan¹, Mei-sha LI¹, Yi-sheng JING¹

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

Received:2024-03-05 Revised:2024-04-17 Online:2025-01-20 Published:2024-11-04
Contact: Zong-jiu SUN

摘要/Abstract

摘要：

为探究蒿类荒漠草地土壤微生物碳源利用特征对封育的响应规律，以新疆昌吉回族自治州呼图壁县和玛纳斯县蒿类荒漠草地为对象，采取野外实地调查及室内分析相结合的方法，对封育内外土壤微生物碳源利用特征进行测定，并结合植被特征、土壤理化性质对其驱动因素进行分析。结果表明：1）封育后蒿类荒漠草地地上生物量及凋落物生物量分别显著增加142.53%~250.05%和135.68%~259.84%（P<0.05），0~10 cm、30~50 cm土层土壤有机碳、全氮和全磷含量分别增加4.88%~35.33%、10.48%~46.58%和4.48%~21.88%，其中全氮和全磷含量部分变化显著（P<0.05）；2）封育后蒿类荒漠草地土壤微生物群落对6类碳源利用程度均明显增加，且两个土层表现一致（P>0.05）；3）封育后微生物群落功能多样性除呼图壁样地0~10 cm土层外，其余土层McIntosh指数和Shannon-Wiener指数分别增加14.72%~47.01%和36.29%~74.76%，而Simpson指数降低1.09%~7.53%（P>0.05）。封育提高了蒿类荒漠草地微生物多样性；4）通过冗余分析，发现封育下蒿类荒漠草地0~10 cm土层微生物碳源主要驱动因子为土壤有机碳和凋落物，而30~50 cm土层则为土壤全磷和地上生物量。综上所述，封育加强了蒿类荒漠草地土壤微生物的代谢活性，推动了蒿类荒漠草地生态系统的养分循环和转化（有机碳、全氮和全磷），提高了蒿类荒漠草地微生物多样性，促进了蒿类荒漠退化草地的恢复。

关键词: 封育, 蒿类荒漠草地, 碳源代谢活性, 微生物碳源多样性, Biolog-ECO法

Abstract:

This study was conducted in Hutubi and Manas Counties of Changji Hui Autonomous Prefecture in Xinjiang Uygur Autonomous Region， and investigated how soil microbial carbon source utilization patterns in sagebrush desert grassland changed in response to fencing enclosure. Field investigation and laboratory analyses were combined to measure and analyze the characteristics of soil microbial carbon source utilization both inside and outside the enclosure. Factors driving responses were examined based on vegetation characteristics and physicochemical properties of the soil. The results showed： 1） After fencing enclosure， the aboveground biomass （AGB） and litter biomass （LB） of sagebrush desert grassland were significantly increased by 142.53%-250.05% and 135.68%-259.84% （P<0.05）， respectively. The contents of soil organic carbon （SOC）， total nitrogen （TN） and total phosphorus （TP） in 0-10 cm and 30-50 cm soil layers were increased by 4.88%-35.33%， 10.48%-46.58% and 4.48%-21.88%， respectively， and the contents of total nitrogen and total phosphorus also showed significant changes （P<0.05）. 2） The utilization by soil microbial communities of six categories of carbon source increased significantly after enclosure， and the behavior of surface and deeper soil layers was consistent （P>0.05）. 3） After enclosure， the McIntosh index and Shannon-Wiener index increased by 14.72%-47.01% and 36.29%-74.76%， respectively， while the Simpson index decreased by 1.09%-7.53% （P>0.05）， except in the 0-10 cm soil horizon in Hutubi County. Enclosure improved the microbial diversity of sagebrush desert grassland. 4） Through redundancy analysis， it was found that the main driving factors of microbial carbon source in the 0-10 cm soil layer were SOC and litter biomass， while the driving factors in the 30-50 cm soil layer were soil TP and aboveground biomass. In conclusion， the enclosure by fencing in sagebrush desert grassland was found to enhance the metabolic activity of soil microorganisms， thereby fostering nutrient cycling and transformation within the ecosystem， specifically in terms of SOC， TN and TP. Furthermore， this practice led to an improvement in microbial diversity， ultimately promoting the restoration of degraded grassland and enhancing the overall health and resilience of the sagebrush desert grassland ecosystem.

Key words: enclosure, sagebrush desert grassland, metabolic activity of carbon sources, microbial carbon source diversity, Biolog-ECO

阿斯太肯·居力海提null, 孙宗玖, 于冰洁, 迪达尔·比苏力旦null, 李美莎, 敬一胜. 封育对蒿类荒漠草地土壤微生物碳源利用特征的影响[J]. 草业学报, 2025, 34(1): 29-40.

ASITAIKEN·Julihaiti, Zong-jiu SUN, Bing-jie YU, DIDAER·Bisulidan, Mei-sha LI, Yi-sheng JING. Effects of enclosure on soil microbial carbon source utilization characteristics of sagebrush desert grassland[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2025, 34(1): 29-40.

图/表 7

表1 封育对蒿类荒漠草地生物量及土壤理化性质的影响

Table 1 Effects of enclosure on biomass and soil physicochemical properties of sagebrush desert grassland

项目 Item	指标 Index	土层 Soil layer （cm）	呼图壁Hutubi		玛纳斯Manas
项目 Item	指标 Index	土层 Soil layer （cm）	放牧Freely grazing	封育Grazing exclusion	放牧Freely grazing	封育Grazing exclusion
生物量 Biomass （g·m^-2）	地上Aboveground	-	82.29±10.08b	199.58±14.62a	64.30±10.66b	225.08±19.20a
	凋落物Litter	-	9.91±3.06b	35.66±3.62a	9.39±1.54b	22.13±1.90a
	地下Belowground	0~10	164.45±72.15a	206.50±30.95a	253.42±149.84a	107.00±54.22a
	地下Belowground	30~50	22.40±5.54b	98.25±29.03a	54.17±6.50a	23.83±10.13a
土壤理化性质 Soil physicochemical properties	酸碱度pH	0~10	7.96±0.04a	7.91±0.10a	8.39±0.01a	8.32±0.09a
	酸碱度pH	30~50	8.28±0.16a	8.27±0.16a	8.39±0.10a	8.59±0.16a
	容重Bulk density （g·cm^-3）	0~10	1.31±0.02a	1.31±0.03a	1.16±0.03a	1.24±0.04a
	容重Bulk density （g·cm^-3）	30~50	1.40±0.09a	1.42±0.04a	1.25±0.09a	1.29±0.03a
	含水量Water content （%）	0~10	4.62±1.05a	3.08±1.08a	1.97±0.50a	2.95±0.60a
	含水量Water content （%）	30~50	8.23±2.09a	5.66±0.93a	6.31±1.18a	5.13±0.95a
	有机碳Organic carbon （g·kg^-1）	0~10	15.78±1.01a	16.55±1.45a	12.34±2.60a	16.70±1.47a
	有机碳Organic carbon （g·kg^-1）	30~50	8.05±0.58a	9.31±1.48a	6.59±1.06a	7.85±0.71a
	全氮Total nitrogen （g·kg^-1）	0~10	2.76±0.07b	3.15±0.07a	2.34±0.09b	3.43±0.13a
	全氮Total nitrogen （g·kg^-1）	30~50	2.23±0.08b	2.60±0.09a	2.10±0.20a	2.32±0.23a
	全磷Total phosphorus （g·kg^-1）	0~10	0.73±0.02a	0.78±0.03a	0.77±0.01b	0.87±0.03a
	全磷Total phosphorus （g·kg^-1）	30~50	0.67±0.03a	0.70±0.03a	0.64±0.08a	0.78±0.02a

图1 封育对蒿类荒漠草地不同土层土壤微生物群落代谢活性的影响HTB：呼图壁县Hutubi County； MNS：玛纳斯县Manas County； GE：封育区Grazing exclusion plots； FG：放牧区Freely grazing. 下同The same below.

Fig.1 Effects of enclosure on the metabolic activity of soil microbial communities in different soil layers of sagebrush desert grassland

图2 封育背景下蒿类荒漠草地碳源相对利用率变化

Fig.2 Changes in the relative utilization rate of carbon sources in sagebrush desert grassland under the background of enclosure

图3 封育背景下蒿类荒漠草地土壤微生物碳源利用程度*： P<0.05； ns： P>0.05. A：氨基酸类 Amino acid； B：胺类 Amine； C：多聚物类Polymer； D：酚酸类 Phenolic acid； E：羧酸类 Carboxylic acid； F：糖类Carbohydrate. 下同The same below.

Fig.3 Soil microbial carbon source utilization in sagebrush desert grassland under the background of enclosure

图4 封育对蒿类荒漠草地土壤微生物碳源利用多样性指数的影响

Fig.4 Effects of enclosure on soil microbial carbon source utilization diversity index of sagebrush desert grassland

图5 蒿类荒漠草地生物量、土壤理化性质及土壤微生物碳源的RDA分析AGB：地上生物量Aboveground biomass； LB：凋落物生物量Litter biomass； BGB：地下生物量Belowground biomass； SWC：土壤含水量Soil water content； BD：土壤容重Bulk density； pH：土壤酸碱度Pondus hydrogenii； SOC：土壤有机碳Soil organic carbon； TN：全氮Total nitrogen； TP：全磷Total phosphorus； Amino acid：氨基酸类； Carbohydrate：糖类； Carboxylic acid：羧酸类； Polymer：多聚体； Phenolic acid：酚酸类； Amine：胺类. H： Shannon-Wiener多样性指数Shannon-Wiener index； D： Simpson优势度指数Simpson index； U： McIntosh均匀度指数McIntosh index.

Fig.5 Redundancy analysis （RDA） of biomass， soil physicochemical properties and soil microbial carbon sources of sagebrush desert grassland

表2 影响蒿类荒漠草地土壤微生物碳源的环境变量解释率及显著性

Table 2 Explanatory rates and significance of environmental variables affecting soil microbial carbon sources of sagebrush desert grassland

项目 Item	指标 Index	土层 Soil layer （cm）	解释率Explanation rate （%）		显著性Significance （P）
项目 Item	指标 Index	土层 Soil layer （cm）	放牧 Freely grazing	封育 Grazing exclusion	放牧 Freely grazing	封育 Grazing exclusion
生物量 Biomass	地上Aboveground	0~10	17.0	22.1	0.254	0.168
	地上Aboveground	30~50	8.2	14.0	0.686	0.356
	凋落物Litter	0~10	12.1	20.5	0.592	0.204
	凋落物Litter	30~50	8.2	2.7	0.556	0.954
	地下Belowground	0~10	22.1	2.6	0.208	0.996
	地下Belowground	30~50	11.9	6.3	0.456	0.740
土壤理化性质 Soil physicochemical properties	酸碱度pH	0~10	6.2	27.4	0.908	0.070
	酸碱度pH	30~50	10.4	6.5	0.548	0.714
	容重Bulk density	0~10	8.2	18.3	0.816	0.250
	容重Bulk density	30~50	32.0	8.9	0.062	0.656
	含水量Water content	0~10	18.0	9.0	0.272	0.716
	含水量Water content	30~50	3.2	3.8	0.972	0.910
	有机碳Organic carbon	0~10	17.5	16.4	0.256	0.296
	有机碳Organic carbon	30~50	4.6	7.1	0.908	0.710
	全氮Total nitrogen	0~10	9.0	10.5	0.746	0.678
	全氮Total nitrogen	30~50	13.2	8.2	0.424	0.652
	全磷Total phosphorus	0~10	11.6	15.7	0.588	0.398
	全磷Total phosphorus	30~50	13.3	25.6	0.446	0.182

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封育对蒿类荒漠草地土壤微生物碳源利用特征的影响

Effects of enclosure on soil microbial carbon source utilization characteristics of sagebrush desert grassland

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图/表 7

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