Response of soil organic phosphorus mineralization to alpine meadow degradation and temperature

doi:10.11686/cyxb2022469

Abstract

Abstract:

Clarification of the mineralization characteristics of organic phosphorus in degraded grassland soils at different temperatures can provide basic data and a theoretical framework for the scientific management of soil phosphorus nutrients during the ecological recovery of degraded grassland. In this research， an aerobic culture method at constant temperature and humidity was used to investigate the mineralization characteristics and temperature responses of organic phosphorus in non-degraded （ND） meadow， and lightly degraded （LD）， moderately degraded （MD） and heavily degraded （HD） soils on the Zoige Plateau. It was found that the mineralization rate of organic phosphorus showed no obvious change in the early stage （0-30 d）， increased rapidly in the middle stage （30-60 d）， and gradually stabilized in the late stage （60-120 d） when the four types of meadow soils were cultured at 5-15 ℃. Meadow degradation had no significant effect on soil organic phosphorus mineralization at low temperature （5-10 ℃）. However， soil organic phosphorus mineralization was significantly reduced in MD and HD soils at high temperature （≥15 ℃）. Compared with ND， the net mineralization rate of organic phosphorus in MD and HD soils decreased by 52.8% and 56.8%， respectively， at 15 ℃， and the constant B₀ of soil organic phosphorus mineralization decreased by 29.5% and 40.4%， respectively. Furthermore， the temperature sensitivity of soil organic phosphorus mineralization decreased gradually with increased severity of meadow degradation. For example， the temperature sensitivity coefficient y" of organic phosphorus mineralization in ND soil was significantly higher than that in MD and HD soils by 221.1% and 306.7%， respectively. In summary， the degradation of alpine meadow reduced the mineralization and temperature sensitivity of soil organic phosphorus， which would be predicted to result in further reduction of soil phosphorus availability， and exacerbate any problem of phosphorus limitation in degraded grassland ecosystems arising from ongoing global warming.

Key words: Zoige Plateau, meadow degradation, soil organic phosphorus mineralization, temperature sensitivity

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Figures/Tables 10

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类型 Types	植被盖度 Coverage （%）	毒杂草比例 Weed （%）	植物群落 Community	优势植物 Dominant plants	鼠洞Mouse hole （No.·100 m^-2）
ND	>90	0~10	湿生为主 Hygrophytes	西藏嵩草 Kobresia tibetica，华扁穗草 Blysmus sinocompressus，泽地早熟禾 Poa palustris	0
LD	80~90	10~30	湿生和中生 Hygrophytes and mesophytes	西藏嵩草 K. tibetica，紫穗鹅观草 Roegneria purpurascens，华扁穗草 B. sinocompressus	5~20
MD	60~80	30~50	中生为主 Mesophytes	矮生二裂委陵菜 Potentilla bifurca var. humilior，黄帚橐吾 Ligularia sibirica，火绒草 Leontopodium leontopodioides	20~50
HD	<60	>50	旱生为主 Xerophytes	蕨麻 Potentilla anserina，瑞香狼毒 Stellera chamaejasme，车前草Plantago asiatica	>50

类型 Types	植被盖度 Coverage （%）	毒杂草比例 Weed （%）	植物群落 Community	优势植物 Dominant plants	鼠洞Mouse hole （No.·100 m^-2）
ND	>90	0~10	湿生为主 Hygrophytes	西藏嵩草 Kobresia tibetica，华扁穗草 Blysmus sinocompressus，泽地早熟禾 Poa palustris	0
LD	80~90	10~30	湿生和中生 Hygrophytes and mesophytes	西藏嵩草 K. tibetica，紫穗鹅观草 Roegneria purpurascens，华扁穗草 B. sinocompressus	5~20
MD	60~80	30~50	中生为主 Mesophytes	矮生二裂委陵菜 Potentilla bifurca var. humilior，黄帚橐吾 Ligularia sibirica，火绒草 Leontopodium leontopodioides	20~50
HD	<60	>50	旱生为主 Xerophytes	蕨麻 Potentilla anserina，瑞香狼毒 Stellera chamaejasme，车前草Plantago asiatica	>50

指标 Indices	ND	LD	MD	HD
植被盖度Vegetation coverage （VC， %）	95.67±2.35a	84.00±1.35b	75.67±2.92b	55.00±2.33c
地上生物量Aboveground biomass （AB， g·m^-2）	645.08±57.03a	499.55±89.15b	218.61±37.68b	138.49±31.66c
地下生物量Underground biomass （UB， g·m^-2）	2143.28±29.22a	1170.30±464.67b	1016.32±364.31b	104.10±32.33c
容重Bulk density （BD， g·cm^-3）	0.43±0.10b	0.85±0.04a	0.95±0.18a	1.04±0.12a
pH	7.44±0.01a	7.44±0.22a	7.57±0.11a	7.63±0.26a
有机质Organic matter （OM， g·kg^-1）	344.52±30.17a	235.81±32.51b	216.65±40.90bc	157.78±15.29c
全氮Total nitrogen （TN， g·kg^-1）	14.00±2.24a	6.12±0.64b	5.30±0.05b	5.74±1.06b
全磷Total phosphorus （TP， g·kg^-1）	1.13±0.16a	0.83±0.04b	0.82±0.06b	0.83±0.06b
全钾Total potassium （TK， g·kg^-1）	14.84±0.98b	17.52±1.12ab	18.11±0.72a	18.06±1.78a
碱解氮Alkaline nitrogen （AN， mg·kg^-1）	952.02±208.09a	435.56±42.24b	396.27±35.97b	357.98±47.58b
有效磷Available phosphorus （AP， mg·kg^-1）	33.81±6.32a	17.89±7.32b	13.29±5.39b	12.21±2.94b
有效钾Available potassium （AK， mg·kg^-1）	125.75±22.06b	228.36±197.44ab	288.20±78.84a	249.37±133.07ab

指标 Indices	ND	LD	MD	HD
植被盖度Vegetation coverage （VC， %）	95.67±2.35a	84.00±1.35b	75.67±2.92b	55.00±2.33c
地上生物量Aboveground biomass （AB， g·m^-2）	645.08±57.03a	499.55±89.15b	218.61±37.68b	138.49±31.66c
地下生物量Underground biomass （UB， g·m^-2）	2143.28±29.22a	1170.30±464.67b	1016.32±364.31b	104.10±32.33c
容重Bulk density （BD， g·cm^-3）	0.43±0.10b	0.85±0.04a	0.95±0.18a	1.04±0.12a
pH	7.44±0.01a	7.44±0.22a	7.57±0.11a	7.63±0.26a
有机质Organic matter （OM， g·kg^-1）	344.52±30.17a	235.81±32.51b	216.65±40.90bc	157.78±15.29c
全氮Total nitrogen （TN， g·kg^-1）	14.00±2.24a	6.12±0.64b	5.30±0.05b	5.74±1.06b
全磷Total phosphorus （TP， g·kg^-1）	1.13±0.16a	0.83±0.04b	0.82±0.06b	0.83±0.06b
全钾Total potassium （TK， g·kg^-1）	14.84±0.98b	17.52±1.12ab	18.11±0.72a	18.06±1.78a
碱解氮Alkaline nitrogen （AN， mg·kg^-1）	952.02±208.09a	435.56±42.24b	396.27±35.97b	357.98±47.58b
有效磷Available phosphorus （AP， mg·kg^-1）	33.81±6.32a	17.89±7.32b	13.29±5.39b	12.21±2.94b
有效钾Available potassium （AK， mg·kg^-1）	125.75±22.06b	228.36±197.44ab	288.20±78.84a	249.37±133.07ab

培养时间 Time （d）	ND		LD		MD		HD
培养时间 Time （d）	F	P	F	P	F	P	F	P
0~1	4.998	<0.05*	1.197	0.365	0.710	0.529	20.945	<0.05*
1~3	5.084	<0.05*	0.036	0.965	0.273	0.770	35.139	<0.001**
3~7	24.846	<0.05*	34.178	<0.05*	7.214	<0.05*	22.583	<0.05*
7~14	11.976	<0.05*	23.350	<0.05*	3.708	0.089	3.602	0.094
14~30	0.375	0.703	7.008	<0.05*	2.218	0.190	24.322	<0.05*
30~60	1.537	0.289	3.612	0.093	2.774	0.140	11.414	<0.05*
60~90	6.942	<0.05*	8.421	<0.05*	0.787	0.497	2.462	0.166
90~120	6.455	<0.05*	1.903	0.229	0.995	0.424	1.065	0.402
0~120	20.696	<0.05*	406.369	<0.001**	10.881	<0.05*	35.229	<0.001**