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

doi:10.11686/cyxb2025079

Abstract

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

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Figures/Tables 11

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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