封育对伊犁绢蒿荒漠草地土壤碳氮磷、酶活性及其化学计量特征的影响

doi:10.11686/cyxb2023310

草业学报 ›› 2024, Vol. 33 ›› Issue (7): 25-40.DOI: 10.11686/cyxb2023310

封育对伊犁绢蒿荒漠草地土壤碳氮磷、酶活性及其化学计量特征的影响

李思媛¹(), 孙宗玖¹^,²^,³(), 于冰洁¹, 周晨烨¹, 周磊¹, 郑丽¹, 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:2023-08-31 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: 孙宗玖
作者简介:E-mail： nmszj@21cn.com
李思媛（1997-），女，新疆塔城人，硕士。E-mail： breezes09@163.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(32060408);新疆维吾尔自治区重点实验室开放课题(2022D04003);新疆维吾尔自治区自然科学基金(2020D01A60)

Effect of grazing exclusion on soil carbon， nitrogen， and phosphorus contents and enzyme activity and stoichiometry in Seriphidium transiliense desertgrasslands

Si-yuan LI¹(), Zong-jiu SUN¹^,²^,³(), Bing-jie YU¹, Chen-ye ZHOU¹, Lei ZHOU¹, Li ZHENG¹, 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:2023-08-31 Revised:2023-11-09 Online:2024-07-20 Published:2024-04-08
Contact: Zong-jiu SUN

摘要/Abstract

摘要：

明确土壤酶活性及其化学计量特征在封育恢复过程中的变化特征，对揭示土壤养分可利用性随着植被恢复的变化规律及阐明生态系统养分循环机制有重要意义。本研究通过对土壤碳氮磷、酶活性及其化学计量特征的测定，初步分析了封育6年的蒿类荒漠草地对封育措施响应的特征变化。结果表明：1）封育后蒿类荒漠草地0~20 cm土层土壤有机碳、全氮、全磷、C/P、N/P及土壤亮氨酸氨基肽酶、碱性磷酸酶，酶活性C/N均无显著变化，而4月各样地β-1，4-葡萄糖苷酶活性及7月玛纳斯样地β-1，4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性较对照呈增加趋势；2）封育显著增加了7月玛纳斯样地的C/N及4月各样地酶活性C/P，降低了7月玛纳斯样地酶活性N/P值，封育后4月各样地向量长度均显著增加，且各样地封育前后向量长度均大于45°，表明研究区土壤微生物主要受碳和磷的限制；3）冗余分析表明封育后土壤碳氮磷及其计量特征解释了土壤酶活性及化学计量特征、向量特征变异的56.03%，且结构方程模型显示封育后土壤有机碳极显著影响土壤酶活性及其化学计量特征，表明土壤有机碳可能是影响蒿类荒漠草地土壤酶活性及其化学计量特征的主要因子。

关键词: 蒿类荒漠, 土壤酶活性, 化学计量特征, 封育

Abstract:

It is important to determine the changes in soil enzyme activity and enzyme stoichiometry during grazing exclusion to understand how vegetation restoration affects soil nutrient availability， and to elucidate the mechanisms of nutrient cycling in ecosystems. In this study， therefore， the responses of soil in sagebrush desert grassland to 6 years of grazing exclusion were initially analyzed by measuring soil carbon （C）， nitrogen （N） and phosphorus （P） contents， as well as soil enzyme activities and their stoichiometry. The results showed that： 1） There were no significant changes in soil organic C， total N， and total P contents， soil C/P， soil N/P， soil leucine aminopeptidase， alkaline phosphatase activities and soil enzyme C/N， in the 0-20 cm soil layer after grazing exclusion. The activities of β-1， 4-glucosidase in April and β-1， 4-N-acetylglucosaminidase in July Manasi showed an increasing trend， compared with those in the control， after grazing exclusion； 2） Grazing exclusion significantly affected the soil C/N in July Manasi， increased soil enzyme C/P in April， and decreased soil enzyme N/P values in July Manasi. In a vector analysis， the vector lengths of all samples increased significantly in April after grazing exclusion， and the vector lengths of all samples before and after grazing exclusion were greater than 45°， suggesting that the soil microorganisms in the study area were mainly limited by C and P； 3） The results of a redundancy analysis showed that soil C， N， and P contents and their stoichiometric characteristics explained 56.03% of the variance in soil enzyme activity and stoichiometric and vector characteristics after grazing exclusion. These results indicate that soil organic C content may be the main factor influencing the activity of soil enzymes and their characteristics in sagebrush desert grasslands.

Key words: sagebrush desert, soil enzyme activities, stoichiometric characteristics, grazing exclusion

李思媛, 孙宗玖, 于冰洁, 周晨烨, 周磊, 郑丽, 刘慧霞, 冶华薇. 封育对伊犁绢蒿荒漠草地土壤碳氮磷、酶活性及其化学计量特征的影响[J]. 草业学报, 2024, 33(7): 25-40.

Si-yuan LI, Zong-jiu SUN, Bing-jie YU, Chen-ye ZHOU, Lei ZHOU, Li ZHENG, Hui-xia LIU, Hua-wei YE. Effect of grazing exclusion on soil carbon， nitrogen， and phosphorus contents and enzyme activity and stoichiometry in Seriphidium transiliense desertgrasslands[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2024, 33(7): 25-40.

图/表 13

图1 封育对蒿类荒漠草地土壤有机碳含量的影响HTB：呼图壁县； MNS：玛纳斯县。不同大写字母表示同一样地封育与对照处理间差异显著（P<0.05），不同小写字母表示同一样地不同月份间差异显著（P<0.05），图中小图均为0~20 cm土层结果，下同。HTB： Hutubi County； MNS： Manasi County. Different capital letters indicate significant differences between grazing exclusion and control treatments at the same site （P<0.05）， and different lowercase letters indicate significant differences between different months at the same site （P<0.05）， the small plots in the figure are all 0-20 cm soil layer results， the same below.

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

图2 封育对蒿类荒漠草地土壤全氮的影响

Fig.2 Effect of grazing exclusion on soil total nitrogen in sagebrush desert grassland

图3 封育对蒿类荒漠草地土壤全磷的影响

Fig.3 Effect of grazing exclusion on soil total phosphorus in sagebrush desert grassland

图4 封育对蒿类荒漠草地土壤碳氮磷比值的影响

Fig.4 Effect of grazing exclusion on soil carbon， nitrogen and phosphorus ratio in sagebrush desert grassland

图5 封育对蒿类荒漠草地土壤β-1，4-葡萄糖苷酶的影响

Fig.5 Effect of grazing exclusion on soil β-1，4-glucosidase in sagebrush desert grassland

图6 封育对蒿类荒漠草地β-1，4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶的影响

Fig.6 Effect of grazing exclusion on soil β-1，4-N-acetylglucosaminidase in sagebrush desert grassland

图7 封育对蒿类荒漠草地土壤亮氨酸氨基肽酶的影响

Fig.7 Effect of grazing exclusion on soil leucine aminopeptidase in sagebrush desert grassland

图8 封育对蒿类荒漠草地土壤碱性磷酸酶的影响

Fig.8 Effect of grazing exclusion on soil alkaline phosphatase in sagebrush desert grassland

图9 封育对蒿类荒漠草地土壤酶活性化学计量比的影响

Fig.9 Effect of grazing exclusion on soil enzyme activity stoichiometry ratio in sagebrush desert grassland

图10 封育对蒿类荒漠草地土壤酶化学计量的向量长度和角度

Fig.10 Effect of grazing exclusion on soil enzyme stoichiometry vector length and angle in sagebrush desert grassland

表1 土壤碳氮磷与酶活性及其化学计量特征的相关系数

Table 1 Correlation coefficient of soil carbon， nitrogen and phosphorus with enzyme activities and their stoichiometry

项目Items	C	N	P	C/N	C/P	N/P	βG	NAG	LAP	ALP	酶C/N	酶C/P	酶N/P	VL	VA
C	1.000	0.024	0.102	0.662*	0.844**	0.000	-0.092	-0.202	-0.506	0.248	0.022	-0.237	-0.337	-0.281	0.340
N	-0.284	1.000	0.074	-0.722**	-0.023	0.877**	0.238	-0.227	-0.198	0.292	0.293	0.074	-0.363	-0.017	0.291
P	0.280	-0.675*	1.000	-0.071	-0.447	-0.413	0.157	-0.095	-0.326	0.192	0.191	-0.003	-0.265	-0.077	0.163
C/N	0.723**	-0.852**	0.694*	1.000	0.637*	-0.608*	-0.272	0.074	-0.171	-0.075	-0.244	-0.228	0.081	-0.181	-0.022
C/P	0.940**	-0.064	-0.062	0.513	1.000	0.219	-0.156	-0.132	-0.270	0.118	-0.074	-0.200	-0.158	-0.201	0.216
N/P	-0.301	0.988**	-0.777**	-0.862**	-0.044	1.000	0.153	-0.181	-0.028	0.179	0.191	0.078	-0.214	0.028	0.200
βG	0.146	0.235	-0.329	-0.160	0.249	0.242	1.000	-0.279	-0.032	0.327	0.977**	0.792**	-0.354	0.600*	0.359
NAG	-0.309	-0.187	0.532	-0.021	-0.523	-0.280	-0.265	1.000	-0.252	-0.314	-0.453	-0.073	0.537	-0.016	-0.593*
LAP	-0.275	-0.205	0.150	-0.010	-0.347	-0.212	-0.215	0.419	1.000	-0.320	-0.073	0.179	0.340	0.251	-0.307
ALP	-0.084	-0.048	0.086	0.079	-0.102	-0.033	-0.109	-0.450	-0.516	1.000	0.407	-0.313	-0.956**	-0.556	0.925**
酶C/N	0.333	0.217	-0.446	-0.042	0.498	0.261	0.879**	-0.630*	-0.526	0.134	1.000	0.718**	-0.482	0.520	0.498
酶C/P	0.225	0.121	-0.273	-0.080	0.311	0.126	0.744**	0.066	0.173	-0.725**	0.542	1.000	0.262	0.961**	-0.232
酶N/P	-0.100	-0.065	0.140	-0.067	-0.169	-0.107	-0.037	0.694*	0.708**	-0.927**	-0.385	0.565	1.000	0.487	-0.979**
VL	0.132	0.150	-0.227	-0.144	0.196	0.140	0.602*	0.232	0.330	-0.857**	0.336	0.966**	0.735**	1.000	-0.446
VA	0.178	0.126	-0.226	0.049	0.282	0.174	0.140	-0.781**	-0.746**	0.854**	0.510	-0.432	-0.977**	-0.621*	1.000

图11 蒿类荒漠草地土壤碳氮磷、酶活性及其化学计量特征的冗余分析及偏冗余分析a：总体（0~20 cm土层） Total （0-20 cm soil layer）； b：封育Grazing exclusion； c：对照The control. 下同The same below.

Fig.11 RDA and pRDA analysis of sagebrush desert grassland soil carbon， nitrogen， phosphorus， enzyme activities and their stoichiometry

图12 蒿类荒漠草地土壤碳氮磷、酶活性及其化学计量特征拟合的结构方程模型实线路径表示正效应，虚线路线表示负效应Solid line paths show positive effects and dashed line paths show negative effects， *P<0.05， **P<0.01， ***P<0.001.

Fig.12 SEM fitted to connections among soil carbon， nitrogen， phosphorus， enzyme activities and their stoichiometry feature fitting in sagebrush desert grassland

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封育对伊犁绢蒿荒漠草地土壤碳氮磷、酶活性及其化学计量特征的影响

Effect of grazing exclusion on soil carbon， nitrogen， and phosphorus contents and enzyme activity and stoichiometry in Seriphidium transiliense desertgrasslands

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图/表 13

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