Variations in soil inorganic nitrogen content under canopies of two shrubs in the Junggar Desert

doi:10.11686/cyxb2023232

Abstract

Abstract:

As a direct nitrogen source for plant absorption and utilization， the soil inorganic nitrogen content （SINC） reflects the nitrogen-supply capacity of soil. Many studies have revealed that in desert ecosystems， SINC is significantly affected by the shrub species， but also by the position of the sampling site. However， there is still limited knowledge about the impact of sampling direction on SINC. In this study， we selected two dominant shrubs （Haloxylon ammodendron and Kalidium caspicum） that are widely distributed in the Junggar Desert， and collected soil samples at 0-10 cm and 10-20 cm soil depths under plants in four size classes （large， medium， small， and very small） at four spatial positions （shrub center， shrub middle， shrub edge， and shrub outside） and for four sampling directions （east， south， west and north）. We then measured the nitrate nitrogen content （NNC） and ammonium nitrogen content （ANC） in the soil samples， and calculated the ratio of ammonium nitrogen content （RAN） to nitrate nitrogen. These analyses allowed us to determine the main and interactive effects of shrub size， spatial position， and sampling direction on SINC. It was found that： 1） Shrub size significantly affected SINC. In particular， NNC was higher under canopies of large individuals than under canopies of smaller individuals of both H. ammodendron and K. caspicum. However， ANC and RAN were lowest under canopies of large individuals of H. ammodendron but highest under canopies of large individuals of K. caspicum， suggesting that the variation in SINC was dependent on shrub size. 2） NNC and ANC were significantly higher in the 0-10 cm soil depth than in the 10-20 cm soil depth under canopies of H. ammodendron and K. caspicum， indicating that shrubs had a stronger effect on SINC in the topsoil layer. 3） SINC under canopies of H. ammodendron was affected by interactive effects between shrub size and sampling direction， and a SINC enrichment phenomenon was observed at the east and south directions under canopies of H. ammodendron. 4） SINC under canopies of K. caspicum was influenced by the interactive effect between spatial position and sampling direction. SINC was generally higher at the shrub center that at the other three positions at the east and south directions. These findings demonstrate that in desert ecosystems， SINC under shrub canopies varies among shrub species and is affected by shrub size， spatial position， and sampling direction.

Key words: soil inorganic nitrogen, individual sizes of shrubs, spatial positions, sampling direction, desert ecosystem

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Figures/Tables 9

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物种Species	大个体Large individual	中个体Middle individual	小个体Small individual	较小个体Smaller individual
梭梭H. ammodendron	5.60~17.28	1.66~5.50	0.50~1.65	0.21~0.49
里海盐爪爪K. caspicum	1.06~12.69	0.63~1.05	0.33~0.62	0.05~0.32

物种Species	大个体Large individual	中个体Middle individual	小个体Small individual	较小个体Smaller individual
梭梭H. ammodendron	5.60~17.28	1.66~5.50	0.50~1.65	0.21~0.49
里海盐爪爪K. caspicum	1.06~12.69	0.63~1.05	0.33~0.62	0.05~0.32

物种 Species	影响因素 Influencing factors	df	硝态氮 log₁₀ NO₃^--N （mg·g^-1）		铵态氮 log₁₀ NH₄⁺-N （mg·g^-1）		铵态氮/硝态氮 log₁₀（NH₄⁺-N/NO₃^--N）
物种 Species	影响因素 Influencing factors	df	F	P	F	P	F	P
梭梭 H. ammodendron	个体大小Individual sizes （I）	3	68.95	<0.001	47.81	<0.001	76.06	<0.001
	空间位置Spatial positions （P）	3	-	-	3.80	0.010	2.93	0.034
	采样方向Sampling directions （D）	3	4.26	0.006	0.91	0.435	-	-
	土层深度Soil depths （S）	1	23.72	<0.001	27.85	<0.001	7.88	0.005
	I×D	9	2.87	0.003	1.84	0.060	-	-
	I×S	3	-	-	3.69	0.012	-	-
里海盐爪爪 K. caspicum	I	3	106.29	<0.001	105.35	<0.001	75.49	<0.001
	P	3	11.19	<0.001	11.09	<0.001	7.97	<0.001
	D	3	2.09	0.101	2.10	0.100	2.36	0.071
	S	1	168.66	<0.001	167.41	<0.001	126.42	<0.001
	D×P	9	2.87	0.003	2.11	0.029	2.26	0.018
	I×S	3	5.62	0.001	5.45	0.001	2.44	0.064
	D×S	3	2.40	0.068	2.40	0.068	-	-

物种 Species	影响因素 Influencing factors	df	硝态氮 log₁₀ NO₃^--N （mg·g^-1）		铵态氮 log₁₀ NH₄⁺-N （mg·g^-1）		铵态氮/硝态氮 log₁₀（NH₄⁺-N/NO₃^--N）
物种 Species	影响因素 Influencing factors	df	F	P	F	P	F	P
梭梭 H. ammodendron	个体大小Individual sizes （I）	3	68.95	<0.001	47.81	<0.001	76.06	<0.001
	空间位置Spatial positions （P）	3	-	-	3.80	0.010	2.93	0.034
	采样方向Sampling directions （D）	3	4.26	0.006	0.91	0.435	-	-
	土层深度Soil depths （S）	1	23.72	<0.001	27.85	<0.001	7.88	0.005
	I×D	9	2.87	0.003	1.84	0.060	-	-
	I×S	3	-	-	3.69	0.012	-	-
里海盐爪爪 K. caspicum	I	3	106.29	<0.001	105.35	<0.001	75.49	<0.001
	P	3	11.19	<0.001	11.09	<0.001	7.97	<0.001
	D	3	2.09	0.101	2.10	0.100	2.36	0.071
	S	1	168.66	<0.001	167.41	<0.001	126.42	<0.001
	D×P	9	2.87	0.003	2.11	0.029	2.26	0.018
	I×S	3	5.62	0.001	5.45	0.001	2.44	0.064
	D×S	3	2.40	0.068	2.40	0.068	-	-

物种 Species	无机氮组分 Inorganic nitrogen components	大个体 Large individual	中个体 Middle individual	小个体 Small individual	较小个体 Smaller individual
梭梭 H. ammodendron	硝态氮log₁₀ NO₃^--N （mg·g^-1）	1.71±0.01a	1.55±0.02b	1.54±0.01b	1.48±0.01c
	铵态氮log₁₀ NH₄⁺-N （mg·g^-1）	0.47±0.04c	0.82±0.03b	0.90±0.04a	0.84±0.02b
	铵态氮/硝态氮log₁₀（NH₄⁺-N/NO₃^--N）	-1.24±0.03b	-0.73±0.04a	-0.65±0.04a	-0.66±0.02a
里海盐爪爪 K. caspicum	硝态氮log₁₀ NO₃^--N （mg·g^-1）	1.75±0.01a	1.69±0.01b	1.65±0.01c	1.60±0.01d
	铵态氮log₁₀ NH₄⁺-N （mg·g^-1）	0.74±0.01a	0.68±0.01b	0.63±0.01c	0.59±0.01d
	铵态氮/硝态氮log₁₀（NH₄⁺-N/NO₃^--N）	-1.01±0.01a	-1.02±0.01a	-1.02±0.01a	-1.02±0.01a