高寒草甸不同草地微斑块土壤团聚体分布及其与有机碳矿化的关系

doi:10.11686/cyxb2025079

草业学报 ›› 2026, Vol. 35 ›› Issue (2): 15-27.DOI: 10.11686/cyxb2025079

高寒草甸不同草地微斑块土壤团聚体分布及其与有机碳矿化的关系

王静¹^,²(), 李旭东¹, 韩天虎¹^,⁴, 牛得草¹, 白春利³, 郭丁¹()

^1.草种创新与草地农业生态系统全国重点实验室，兰州大学阿拉善荒漠-绿洲草地野外科学观测研究站，兰州大学草地农业科技学院，甘肃兰州 730020
^2.内蒙古大学生态与环境学院，内蒙古呼和浩特 010030
^3.内蒙古自治区农牧业科学院草原研究所，内蒙古呼和浩特 010031
^4.甘肃省治沙研究所，甘肃兰州 730030

收稿日期:2025-03-11 修回日期:2025-05-06 出版日期:2026-02-20 发布日期:2025-12-24
通讯作者: 郭丁
作者简介:Corresponding author. E-mail： guod@lzu.edu.cn
王静（1995-），女，内蒙古呼和浩特人，在读博士。E-mail： nmgwjing@126.com
基金资助:
甘肃省林业和草原局(QYRZ-GSLC2023-009);国家自然科学基金(31502010);青藏高原环境与生态教育部重点实验室开放基金(2018-QHS-K07);甘肃省自然科学基金重点项目(22JR5RA400)

Distribution of soil aggregates in different vegetation micro-patches in alpine meadows and the relationship with organic carbon mineralization

Jing WANG¹^,²(), Xu-dong LI¹, Tian-hu HAN¹^,⁴, De-cao NIU¹, Chun-li BAI³, Ding GUO¹()

^1.State Key Laboratory of Herbage Improvement and Grassland Agro-ecosystems，Lanzhou University Alashan Desert-Oasis Grassland Field of Scientific Observing Stations，Lanzhou University，College of Pastoral Agriculture Science and Technology，Lanzhou 730020，China
^2.Inner Mongolia University，School of Ecology and Environment，Hohhot 010030，China
^3.Inner Mongolia Academy of Agricultural & Animal Husbandry Sciences，Grassland Research Institute，Hohhot 010031，China
^4.Gansu Desert Control Research Institute，Lanzhou 730030，China

Received:2025-03-11 Revised:2025-05-06 Online:2026-02-20 Published:2025-12-24
Contact: Ding GUO

摘要/Abstract

摘要：

草地微斑块化是逆行演替中一个重要的过程，土壤团聚体受到草地植被斑块的影响产生变化，进而影响土壤有机碳矿化。本研究通过湿筛法将土壤团聚体分为大团聚体（>250 μm）、微团聚体（53~250 μm）和粘粉粒团聚体（<53 μm）3个粒径，同时采用室内培养法测定了土壤有机碳累积矿化量，分析了青藏高原草地植被斑块中土壤团聚体的分布特征和稳定性，以及土壤团聚体对土壤有机碳矿化的影响。结果表明：各植被微斑块中均为大团聚体占比最高，为55.31%~74.01%，与原生植被相比，其他植被微斑块大团聚体含量、团聚体稳定性均有不同程度的降低，但仅裸地变化显著（P<0.05），降低了25.27%。原生植被（CK）、金露梅（PF）和珠芽蓼（PV）微斑块各粒径土壤有机碳含量均显著高于黄帚橐吾（LV）和裸地（BA）。LV斑块土壤有机碳累积矿化量最高，为12.38 g·kg^-1；BA斑块最低，为8.26 g·kg^-1；而土壤有机碳累积矿化率LV和BA斑块显著高于其他斑块（P<0.05）。土壤有机碳累积矿化量与大团聚体含量和团聚体的稳定性呈显著正相关（P<0.05），累积矿化率与团聚体稳定性和团聚体碳氮比均成极显著负相关（P<0.01）。因此，研究斑块化过程中团聚体的组成、稳定性及其矿化速率可以为青藏高原草地生态系统的可持续发展和气候变化的准确预测提供科学依据。

关键词: 青藏高原, 土壤粒级分布, 土壤有机碳, 矿化速率

Abstract:

Micro-vegetation patchification is a critical process during the retrogressive succession of grasslands. This study explored how vegetation patches influence soil aggregate distribution and stability， and the subsequent effects on soil organic carbon （SOC） mineralization in the Qinghai-Tibet Plateau. Soil aggregates were fractionated using the wet-sieving method into three size classes： macro-aggregates （>250 μm）， micro-aggregates （53-250 μm）， and silt-clay fractions （<53 μm）. SOC mineralization was quantified through indoor incubation experiments. It was found that macro-aggregates dominated all vegetation patches （55.31%-74.01%）， but their content and aggregate stability significantly decreased in non-native patches compared to the native vegetation （CK）. Notably， macro-aggregate loss was as high as 25.27% in bare areas （BA）（P<0.05）. SOC content in macro-， micro-， and silt-clay fractions was highest in CK， Potentilla fruticosa， and Polygonum viviparum patches， followed by Ligularia virgaurea （LV） and BA. SOC cumulative mineralization quantity peaked in LV patches （12.38 g·kg?1） and was lowest in BA （8.26 g·kg?1）. Additionally， cumulative mineralization rate was significantly higher in LV and BA than in other patches （P<0.05）. Positive correlations were observed between SOC cumulative mineralization quantity and macro-aggregate content as well as aggregate stability （P<0.05）. Conversely， cumulative mineralization rate was negatively correlated with aggregate stability and C/N ratio （P<0.01）. These findings suggest that analyzing aggregate composition， stability， and mineralization dynamics during patchification processes can provide scientific insights for sustainable grassland management and accurate climate change assessments in the Qinghai-Tibet Plateau.

Key words: Qinghai-Tibet Plateau, soil particle size distribution, soil organic carbon （SOC）, mineralization rate

王静, 李旭东, 韩天虎, 牛得草, 白春利, 郭丁. 高寒草甸不同草地微斑块土壤团聚体分布及其与有机碳矿化的关系[J]. 草业学报, 2026, 35(2): 15-27.

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图/表 11

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[63]	Chen J， Zhou X， Wang J， et al. Grazing exclusion reduced soil respiration but increased its temperature sensitivity in a meadow grassland on the Tibetan Plateau. Ecology and Evolution， 2016， 6（3）： 675-687.

样地 Site	地下生物量 Underground biomass	地上生物量 Aboveground biomass
原生植被Native vegetation （CK）	2841.68±498.94ab	401.80±13.61b
金露梅P. fruticosa （PF）	3422.30±214.85a	10085.97±469.62a
珠芽蓼P. viviparum （PV）	2394.29±379.01b	650.36±159.00b
黄帚橐吾L. virgaurea （LV）	2312.15±499.89b	465.53±26.65b
裸地Bare area （BA）	563.36±31.36c

样地 Site	地下生物量 Underground biomass	地上生物量 Aboveground biomass
原生植被Native vegetation （CK）	2841.68±498.94ab	401.80±13.61b
金露梅P. fruticosa （PF）	3422.30±214.85a	10085.97±469.62a
珠芽蓼P. viviparum （PV）	2394.29±379.01b	650.36±159.00b
黄帚橐吾L. virgaurea （LV）	2312.15±499.89b	465.53±26.65b
裸地Bare area （BA）	563.36±31.36c

样地 Site	土壤含水量 Soil water content （SWC，%）	砂粒含量 Sand content （%）	粉粒含量 Silt content （%）	粘粒含量 Clay content （%）	pH	土壤有机碳 Soil organic carbon （SOC，g·kg^-1）	土壤全氮 Total nitrogen （TN，g·kg^-1）	碳氮比 C∶N
CK	83.36±2.53a	20.92±2.15c	69.56±2.44a	9.52±0.48a	6.87±0.18ab	142.20±10.34a	9.42±0.43a	15.09±0.77a
PF	76.82±2.18a	24.05±2.86c	67.17±2.76a	8.78±0.22ab	6.60±0.13b	141.75±8.70a	9.54±0.03a	14.86±0.92a
PV	84.41±5.75a	19.41±0.70c	71.57±0.65a	9.02±0.13a	6.80±0.38ab	124.16±4.09b	9.08±0.83a	13.73±0.99a
LV	56.66±8.66b	33.75±0.86b	58.11±1.29b	8.14±0.51bc	6.67±0.48b	81.39±6.21c	7.41±1.19b	11.30±2.65b
BA	60.44±4.61b	43.39±3.85a	49.24±4.10c	7.37±0.33c	7.44±0.16a	56.75±3.26d	7.11±0.62b	8.04±1.05c

样地 Site	土壤含水量 Soil water content （SWC，%）	砂粒含量 Sand content （%）	粉粒含量 Silt content （%）	粘粒含量 Clay content （%）	pH	土壤有机碳 Soil organic carbon （SOC，g·kg^-1）	土壤全氮 Total nitrogen （TN，g·kg^-1）	碳氮比 C∶N
CK	83.36±2.53a	20.92±2.15c	69.56±2.44a	9.52±0.48a	6.87±0.18ab	142.20±10.34a	9.42±0.43a	15.09±0.77a
PF	76.82±2.18a	24.05±2.86c	67.17±2.76a	8.78±0.22ab	6.60±0.13b	141.75±8.70a	9.54±0.03a	14.86±0.92a
PV	84.41±5.75a	19.41±0.70c	71.57±0.65a	9.02±0.13a	6.80±0.38ab	124.16±4.09b	9.08±0.83a	13.73±0.99a
LV	56.66±8.66b	33.75±0.86b	58.11±1.29b	8.14±0.51bc	6.67±0.48b	81.39±6.21c	7.41±1.19b	11.30±2.65b
BA	60.44±4.61b	43.39±3.85a	49.24±4.10c	7.37±0.33c	7.44±0.16a	56.75±3.26d	7.11±0.62b	8.04±1.05c

样地 Site	平均重量直径Mean weight diameter， MWD	几何平均直径Geometric mean diameter，GMD
CK	0.87±0.00a	0.82±0.01a
PF	0.86±0.01a	0.81±0.01a
PV	0.85±0.01a	0.80±0.00a
LV	0.83±0.01a	0.79±0.01a
BA	0.67±0.05b	0.63±0.03b

高寒草甸不同草地微斑块土壤团聚体分布及其与有机碳矿化的关系

Distribution of soil aggregates in different vegetation micro-patches in alpine meadows and the relationship with organic carbon mineralization

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图/表 11

参考文献 63

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Metrics

样地 Site	团聚体碳贡献率Percentage of soil C in each aggregate size （%）			碳氮比 C∶N
样地 Site	>250 μm	53~250 μm	<53 μm	>250 μm	53~250 μm	<53 μm
CK	66.84±3.42a	16.31±1.44bc	3.37±0.65b	17.21±2.36b	14.95±2.02a	12.24±1.30a
PF	66.61±3.58a	13.30±1.49bc	2.63±0.50b	21.50±0.80a	12.36±1.26ab	9.26±0.25b
PV	70.22±7.23a	12.00±0.56c	3.36±0.38b	17.52±1.36b	9.82±0.42bc	8.29±0.74bc
LV	66.19±10.98a	16.74±3.15b	3.14±0.55b	12.58±2.79c	9.14±1.45c	8.02±1.86bc
BA	51.48±4.45b	24.47±2.66a	13.12±1.33a	9.10±0.77c	9.01±0.86c	6.19±0.67c

项目 Item	有机碳累积矿化量 Cumulation CO₂-C released	有机碳累积矿化量率 Cumulation CO₂-C released rate
大团聚体含量Macro content	0.509*	-0.564**
微团聚体含量Micro content	-0.325	0.480*
粘粉粒团聚体含量S&C content	-0.563**	0.536*
平均重量直径Mean weight diameter （MWD）	0.516*	-0.565**
几何平均直径Geometric mean diameter （GMD）	0.527*	-0.577**
大团聚体碳含量Carbon content in macro	0.137	-0.873**
微团聚体碳含量Carbon content in micro	-0.143	-0.703**
粘粉粒团聚体碳含量Carbon content in S&C	-0.679**	0.171
大团聚体碳贡献率Percentage of soil C in macro	0.394	-0.345
微团聚体碳贡献率Percentage of soil C in micro	-0.404	0.605**
粘粉粒团聚体碳贡献率Percentage of soil C in S&C	-0.549*	0.554*
大团聚体碳氮比C∶N with macro	0.036	-0.799**
微团聚体碳氮比C∶N with micro	-0.047	-0.606**
粘粉粒团聚体碳氮比C∶N with S&C	0.195	-0.599**
有机碳含量Soil organic carbon content	0.083	-0.916**

[1]	冉健民, 宋小艳, 王丹, 王长庭. 退化高寒草甸土壤有机碳组分变化与增汇潜力研究[J]. 草业学报, 2025, 34(9): 38-52.
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[3]	王玉霞, 杜灵通, 易志远, 罗霄, 苏丽, 乔成龙, 薛斌. 宁夏贺兰山东麓葡萄产区土壤有机碳库空间变异及影响因素[J]. 草业学报, 2025, 34(7): 41-53.
[4]	秦文利, 张静, 肖广敏, 崔素倩, 叶建勋, 智健飞, 张立锋, 谢楠, 冯伟, 刘振宇, 潘璇, 代云霞, 刘忠宽. 绿肥部分替代化肥氮对土壤物理性状的影响[J]. 草业学报, 2025, 34(6): 27-45.
[5]	闫储淇, 黄建强. 基于YOLOv5和改进DeeplabV3+的青藏高原植被提取算法[J]. 草业学报, 2025, 34(1): 41-54.
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