封育草地與棄耕地土壤碳氮固持及固持速率動態

李建平，陳婧，謝應忠,2*

(1.寧夏大學農學院，寧夏 銀川 750021；2. 西北退化生態系統恢復與重建國家重點實驗室培育基地，寧夏 銀川 750021)

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封育草地與棄耕地土壤碳氮固持及固持速率動態

李建平1，陳婧1，謝應忠1,2*

(1.寧夏大學農學院，寧夏 銀川 750021；2. 西北退化生態系統恢復與重建國家重點實驗室培育基地，寧夏 銀川 750021)

研究植被恢復對土壤碳氮動態的影響，對了解陸地生態系統碳氮循環，應對全球溫室效應具有重要意義。本研究以黃土高原丘陵區封育草地和棄耕地為對象，分別以放牧草地和農田為參照，對比分析了封育14年草地和棄耕地0～300 cm土層土壤有機碳(SOC)和土壤全氮(STN)儲量、固持量及固持速率。結果表明，封育草地和棄耕地顯著增加SOC儲量，并且二者封育14年后SOC儲量相同；在0～200 cm土壤中，封育14年草地與棄耕地STN儲量相對于對照并無增加，0～300 cm土壤中，封育14年草地STN儲量顯著高于棄耕地(P<0.05)；棄耕地SOC固持及固持速率顯著高于封育草地，封育14年棄耕地SOC固持主要發生在0～140 cm表層土壤；0～100 cm土壤棄耕地STN固持及固持速率顯著高于封育草地，0～300 cm土壤棄耕地STN固持及固持速率顯著低于封育草地。以上結果表明，封育和棄耕均可顯著提高土壤碳儲量，并未明顯提升土壤氮儲量，棄耕地有較高的SOC固持量及固持速率。

封育草地；棄耕地；土壤有機質；土壤全氮；碳固持

全球土壤碳庫為2500 Gt，是大氣碳庫的3.3倍，是生物碳庫的4.5倍，其微小的變化可能引起大氣CO2濃度的較大波動，進而影響溫室效應和全球氣候變化[1]，植被恢復是促進土壤碳氮恢復的重要途徑[2]。自1999年以來，國家在黃土高原水土流失區實施了封山禁牧和退耕還林(草)工程措施，有效提高了土壤碳氮儲量[3-6]。封育是黃土高原較為普遍的一種植被恢復的工程措施，封育前土地利用形式差異性，決定了天然退化草地或棄耕地封育后對土壤碳氮積累不盡相同，因此系統研究天然退化草地和棄耕地兩種工程措施對土壤碳氮貢獻，有助于準確評估生態系統碳氮固持及估算草地碳氮固持潛力。

研究表明,退化草地封育不僅有利于草地植被恢復[7-8]，改變著草地土壤的物理結構[3]與養分組成[9]，同時增加了植被生物量，降低了土壤碳的輸出速率，進而提高草地碳密度，并且土壤碳密度在封育30年后仍呈增長態勢[10-12]，但是，也有研究表明封育雖然可顯著提高黃土高原半干旱區草地生態系統碳密度，過長時間的封育阻礙草地的更新和固碳潛力發揮[13]。退耕作為一種重要的土地利用變化方式，由于其在生態系統固碳等方面的優勢，已經在許多國家被廣泛采用，也成為應對全球氣候變化的重要措施之一[13-15]，農地退耕后有效提升黃土高原土壤碳、氮含量[3,6], 研究表明，我國西南喀斯特峰叢洼地[16]和河西走廊中段綠洲[17]退耕后，土壤有機質和其他養分含量均有所增加。然而很少有研究比較分析退化草地和棄耕地對土壤碳氮的影響。

本研究以黃土高原固原丘陵區典型封育草地和棄耕地為對象，分別以放牧草地和農田為參照，通過對比分析封育草地和棄耕地在長期封育過程中深層土壤碳氮固持及固持速率動態，探討封育措施對草地生態系統固碳能力的影響，以期為黃土高原地區草地資源碳氮精準評估和開發利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

試驗樣地位于寧夏固原東北部45 km 處的云霧山草原，處于黃土高原腹地溫帶半干旱氣候區，具有典型的半干旱氣候特征，植被類型為典型草原。地理范圍為106°21′-106°27′ E，36°10′-36°17′ N，海拔1700～2148 m，年平均氣溫 7 ℃，年平均降水量425 mm(1980-2014年平均值)，60%～75%的降水集中分布于7-9月，土壤類型以山地灰褐土和黑壚土為主，水資源補給主要來源于大氣降水。主要優勢植物有長芒草(Stipabungeana)、大針茅(Stipagrandis)、百里香(Thymusmongolicus)、鐵桿蒿(Artemisiasacrorum)、星毛委陵菜(Potentillaacaulis)等[18-19]。自20世紀80年代至今，實行了數批嚴格的封山禁牧措施，具有典型的封育年限梯度，為本研究提供了良好的條件。

1.2 試驗方法

1.2.1 野外采樣 本研究于2014年7月在云霧山自然保護區緩沖區和實驗區分別選取封育14年放牧草地(FG 14a)、封育14年棄耕地(FAL 14a)、放牧草地和種植苜蓿耕地各3塊，其中放牧草地作為封育草地對照(CK1)，苜蓿耕地作為棄耕地對照樣地(CK2)。首先，每塊樣地間隔10 m設置一個1 m×1 m樣方(每個樣地共3個樣方)，每個樣方土壤樣品采樣深度均為0～300 cm，每個樣方中重復3次取樣，每20 cm土壤取樣1次，將取好的樣品按層分裝在自封袋中，并用標簽寫好樣地號，帶回實驗室備用。其次，去除混入的凋落物和根系后，將土樣風干后過2 mm篩備用。最后，將每個樣地對應土層土壤樣品混合，構成1個土壤樣品，即不同封育年限土壤樣品重復3次，進行土壤有機碳(soil organic carbon，SOC)、土壤全氮(soil total nitrogen,STN)等土壤理化性質測定。土壤容重采用根鉆(直徑6 cm)和“環刀鉆”交替使用的方式采集。SOC含量采用重鉻酸鉀容量法測量，STN采用半微量凱氏蒸餾法測量[20]。

1.2.2 數據分析與處理 SOC儲量可以根據一定土壤厚度中的SOC含量和土壤容重計算。通常，去除所采土壤中直徑>2 mm 的土壤顆粒后，測定土壤容重和SOC含量，然后，通過以下公式計算土壤碳儲量(Cs)[21]：

(1)

式中：Cs為土壤有機碳儲量(Mg/hm2)；BD為土壤容重(g/cm3)；SOC為土壤有機碳含量(g/kg)；D為土層厚度(cm)，由于樣地土壤中幾乎無礫石，所以公式中略去礫石含量參數?？傮w土壤碳儲量，將各層碳儲量累加。

SOC固持速率的估算根據不同封育年限土壤SOC儲量的變化量(SOC固持)進行估算。本研究把過度放牧(封育0年)SOC儲量作為基準值來計算封育后SOC儲量的變化率；把苜蓿耕地作為基準來計算棄耕地封育后SOC儲量的變化率。首先計算封育后土壤SOC儲量(Mg/hm2)：

ΔCs=CXyear-C0

(2)

式中：CXyear為草地封育后各階段的土壤SOC儲量(Mg/hm2)；C0為初始土壤有機碳儲量，即過度放牧草地或苜蓿耕地土壤有機碳儲量(Mg/hm2)，以ΔCs為因變量，以封育年限為自變量，建立一元線性模型：

ΔCs=f(ΔAge)=y0+kxΔAge

(3)

式中：k為土壤固定有機碳速率(Mg/hm2·yr);ΔAge為恢復年限;y0為常數;ΔCs對ΔAge求一階導數，可求出k值：

(4)

SOC固持計算，封育14年SOC固持為封育14年草地SOC儲量與放牧草地SOC儲量之差，棄耕地封育14年SOC固持為棄耕地封育14年與苜蓿耕地SOC儲量之差。

土壤全氮儲量Ns(Mg/hm2)參照公式(1)，將SOC變為STN(g/kg)即可，土壤氮固持速率kn參照公式(2，3，4)，將Cs變為Ns(Mg/hm2)即可。采用SAS 9.1.3軟件對數據進行差異性分析，利用Origin 9.0作圖。

2 結果與分析

2.1 SOC儲量

由表1可知，不同土地管理方式下，SOC儲量差異明顯。封育14年草地與棄耕地t測驗表明，封育14年后0～120 cm土壤每20 cm土層SOC儲量無差異(P>0.05)，而120～180 cm土壤中棄耕地SOC儲量顯著高于封育14年草地(P<0.05)，180～240 cm 封育草地與棄耕地SOC儲量無統計學差異，240～300 cm土層棄耕地SOC儲量顯著高于封育草地。放牧草地和苜蓿地各土層SOC儲量進行t測驗，結果顯示0～60 cm土層放牧草地SOC儲量顯著高于苜蓿地(P<0.05)，60～80 cm土層SOC儲量無差異，80～300 cm各土層土壤SOC儲量苜蓿地顯著高于放牧草地。通過對不同土地管理方式下同一土層差異性分析可以看出，在0～300 cm土層封育草地SOC儲量顯著高于放牧草地，0～160 cm土層棄耕地SOC儲量顯著高于對照苜蓿地，180～300 cm土層棄耕地與對照苜蓿地SOC儲量無統計學差異。

封育14年草地和棄耕地0～100 cm土層SOC儲量分別為(264±21)和(278±14) Mg/hm2，對照放牧草地和苜蓿地SOC儲量分別顯著低于封育和棄耕地(P<0.05)，其SOC儲量分別為(145±9)和(94±8) Mg/hm2，對照放牧草地SOC儲量顯著高于對照苜蓿地(P<0.05)；0～200 cm土層和0～300 cm土層封育草地與棄耕地SOC儲量無差異，放牧對照與苜蓿地對照之間SOC儲量也無顯著統計學差異(圖1)。同時，由圖1可以看出，封育14年草地和棄耕地土壤碳積累主要發生在0～100 cm土層，相對于0～200 cm土層，0～300 cm土層SOC積累較少。

表1 不同土地管理形式不同土層SOC碳儲量

Table 1 Soil organic carbon storage of different soil layers in diversification of land manage forms

土層Soillayers(cm)土壤有機碳儲量SOCstorage(Mg/hm2)FG14aFAL14aT-testCK1CK2T-test0～2073.12±4.43a76.96±5.12aP>0.0550.64±2.28b21.74±1.32cP<0.0520～4064.82±8.06a63.35±0.84aP>0.0539.76±2.77b18.25±0.90cP<0.0540～6053.63±2.22a53.35±1.92aP>0.0528.72±2.36b20.65±2.39cP<0.0560～8041.90±3.14b47.39±5.04aP>0.0517.25±1.37c16.82±1.84cP>0.0580～10030.12±3.48a34.56±1.06aP>0.058.33±0.74c16.17±1.49bP<0.05100～12026.13±3.77a24.18±4.06aP>0.057.00±0.94c18.43±0.33bP<0.05120～14013.52±2.26b17.20±4.87aP<0.054.73±0.88c13.54±0.63bP<0.05140～16013.00±1.49b17.14±3.69aP<0.054.30±0.36c12.98±0.94bP<0.05160～18011.65±2.53b15.35±1.56aP<0.055.33±0.21c12.19±2.20abP<0.05180～20010.31±2.51b13.58±0.83aP>0.054.98±0.09c11.43±1.22abP<0.05200～2208.58±1.77b9.68±1.75abP>0.055.27±0.69c10.78±1.33aP<0.05220～2408.32±2.45b10.14±2.02aP>0.053.77±0.18c9.68±2.01abP<0.05240～2605.13±1.92b9.93±1.03aP<0.052.40±0.10c9.43±1.49aP<0.05260～2806.50±1.57b8.22±0.79aP<0.053.22±0.31c7.83±0.39abP<0.05280～3005.20±0.15b7.69±1.39aP<0.053.21±0.22c7.19±0.30aP<0.05

注：FG 14a代表封育14年放牧草地，FAL 14a代表封育14年棄耕地，CK1代表放牧草地，CK2代表苜蓿地，t-test 代表t測驗顯著水平，數據為SOC儲量±標準誤, 不同字母表示在0.05水平差異顯著，下同。
Note:FG 14a is fencing grassland for 14 years, FAL 14a is fencing abandoned lands for 14 years, CK1is pastured farmland, CK2is alfalfa farmland，t-test isttest for variance at different level, the values are mean of SOC storage±SE, different letters mean significant difference at the 0.05 level, the same below.

2.2 STN儲量

圖1 不同土地利用形式不同土壤深度SOC儲量Fig.1 SOC storage of different soil depth in diversification of land manages forms不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。The different letters mean significant differences at the 0.05 level, the same below.

成對數據t測驗可知(表2)，封育14年草地0～120 cm土壤每20 cm土層STN儲量與棄耕地無差異，在120～200 cm土壤中，封育草地STN儲量顯著高于棄耕地，200～300 cm土層中封育與棄耕地STN儲量并無差異。同時，0～80 cm土壤每20 cm土層STN儲量放牧草地顯著高于苜蓿地，80～180 cm土壤每20 cm土層STN儲量不盡相同，大體表現為放牧草地STN儲量大于等于苜蓿草地，180～200 cm土層苜蓿地STN儲量顯著大于放牧草地(P<0.05), 200～300 cm土層STN儲量苜蓿地與放牧草地無顯著差異。從方差分析可以得出，0～160 cm土壤每20 cm土層封育14年草地與對照放牧草STN儲量并無差異，160～180 cm和180～200 cm土層STN儲量封育14年草地顯著大于對照放牧草地，200～300 cm土層STN儲量封育14年草地與其對照放牧草地相等。而0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm土層棄耕地STN儲量顯著高于對照苜蓿地；除了180～200 cm土層對照苜蓿地STN儲量大于棄耕地外，60～300 cm各土層，棄耕地STN儲量與對照苜蓿STN儲量相等。

表2 不同土地管理形式土壤全氮儲量

Table 2 STN storage of different layers in diversification of land manages forms

土層Soillayers(cm)土壤全氮儲量STNstorage(Mg/hm2)FG14aFAL14aT-testCK1CK2T-test0～205.59±0.97a5.50±0.55aP>0.055.68±0.22a3.37±0.23bP<0.0520～406.54±0.38a5.52±0.46aP>0.055.64±0.20a3.34±0.30bP<0.0540～605.39±0.78a4.34±0.26aP>0.054.99±0.35a2.96±0.05bP<0.0560～805.52±0.82a3.47±0.43bP>0.054.18±0.60ab3.20±0.26bP<0.0580～1004.06±0.85a2.93±0.33aP>0.053.71±0.35a3.28±0.23aP>0.05100～1204.23±0.79a2.31±0.29aP>0.053.60±0.12a2.69±0.21aP>0.05120～1404.19±0.68a2.18±0.17cP<0.053.71±0.28ab2.71±0.13bcP<0.05140～1603.91±0.71a2.12±0.22bP<0.052.84±0.19ab2.62±0.07bP>0.05160～1803.75±0.51a1.81±0.20bP<0.051.95±0.14b2.96±0.19bP>0.05180～2003.60±0.41a1.74±0.13cP<0.051.96±0.12c2.77±0.15bP<0.05200～2203.23±0.89a1.83±0.12aP>0.052.29±0.18a2.18±0.25aP>0.05220～2402.68±0.29a1.73±0.10aP>0.052.23±0.12a2.46±0.28aP>0.05240～2602.66±0.49a1.91±0.10aP>0.052.08±0.15a2.13±0.35aP>0.05260～2802.56±0.21a1.81±0.26bP>0.052.00±0.18ab2.08±0.16abP>0.05280～3002.65±0.38a1.98±0.21aP>0.052.06±0.26a2.33±0.39aP>0.05

如圖2所示，在0～100 cm土壤中， 封育14年草地與對照放牧草地STN儲量無統計學差異，數值分別為(27±3.8)和(24±1.7) Mg/hm2，棄耕地與其對照苜蓿地STN儲量無差異，分別為(22±2.0)和(16±1.1) Mg/hm2，但是封育14年草地及放牧草地STN儲量顯著高于苜蓿地(P<0.05)。0～200 cm土壤中封育14年草地STN儲量為(47±6.9) Mg/hm2,顯著高于棄耕地及兩個對照。與0～200 cm相同，0～300 cm土壤中，封育14年草地STN儲量為(61±9.2) Mg/hm2,顯著高于封育14年棄耕地、對照放牧草地和苜蓿地，棄耕地、放牧草地和苜蓿地0～200 cm和0～300 cm 土層中STN儲量無差異。

圖2 不同土地管理形式不同土壤深度STN儲量Fig.2 STN storage of different soil depth in diversification of land manages forms

2.3 STN與SOC固持及固持速率

長期封育狀態下，溫帶草地可固持大量SOC(表3)。0～40 cm土壤，封育14年草地SOC固持量為(47.5±8.0) Mg/hm2，平均SOC固持速率為(3.66±0.62) Mg/(hm2·年)，棄耕地SOC固持為(100.32±5.31) Mg/hm2,顯著高于封育14年草地(P<0.05)，棄耕地SOC固持速率為(7.72±0.41) Mg/(hm2·年)。在0～100 cm土層中，封育14年草地SOC固持及固持速率分別為(118.9±3.6) Mg/hm2和(9.14±0.28) Mg/(hm2·年)，顯著低于棄耕地SOC固持及固持速率。在0～200 cm土壤中棄耕地SOC固持與固持速率顯著高于封育草地，數值分別為(200.87±16.03) Mg/hm2和(15.45±1.23) Mg/(hm2·年)，但是0～300 cm土壤中封育草地和棄耕地SOC固持量及固持速率并無顯著差異(P>0.05)，說明200～300 cm土層中封育草地積累了大量SOC。通過縱向比較可以看出，封育14年草地各土層對SOC固持及固持速率都有貢獻，而棄耕地200～300 cm土壤對于SOC固持量及固持速率貢獻甚微。

表3 封育草地與棄耕地SOC固持與固持速率

Table 3 SOC quantity and its speed in soil of FG14 and FAL14a

土層Soillayers(cm)FG14aSOC固持量Quantity(Mg/hm2)SOC固持速率Speed[Mg/(hm2·yr)]FAL14aSOC固持量Quantity(Mg/hm2)SOC固持速率Speed[Mg/(hm2·yr)]0～4047.5±8.03.66±0.62100.32±5.317.72±0.410～100118.9±3.69.14±0.28181.98±6.3514.00±0.490～140146.8±3.711.29±0.29191.39±14.4714.72±1.110～200167.2±2.512.86±0.19200.87±16.0315.45±1.230～240175.0±6.513.46±0.50200.22±16.3015.40±1.250～300183.0±9.714.08±0.75201.61±18.4015.51±1.42

表4可以看出，封育對于退化草地能夠顯著提升STN固持，而對于棄耕地STN固持提升相對較少。0～40 cm土壤，封育14年棄耕地STN固持及固持速率顯著高于封育14年草地，分別為(4.31±1.30) Mg/hm2和(0.33±0.10) Mg/(hm2·年)；0～140 cm土壤中封育草地和棄耕地STN固持及固持速率基本相同，0～200 cm土層中封育14年草地STN固持量及固持速率顯著高于封育14年棄耕地，數值分別為(8.52±6.74) Mg/hm2和(0.66±0.52) Mg/(hm2·年)，0～300 cm土壤STN固持量及固持速率封育草地顯著高于棄耕地。另外，封育14年草地STN固持隨著土層的增加而增加，相反封育14年棄耕地STN固持隨著土層深度增加而降低，從分析結果可以看出,土層深度大于100 cm時，棄耕地STN固持開始降低，表明100～300 cm土層在封育過程中處于STN流失狀態。

表4 封育草地與棄耕地STN固持與固持速率

Table 4 STN quantity and its speed in soil of FG14 and FAL14a

土層Soillayers(cm)FG14aSTN固持量Quantity(Mg/hm2)STN固持速率Speed[Mg/(hm2·yr)]FAL14aSTN固持量Quantity(Mg/hm2)STN固持速率Speed[Mg/(hm2·yr)]0～400.80±1.570.06±0.124.31±1.300.33±0.100～1002.90±4.650.22±0.365.62±1.400.43±0.110～1404.01±6.420.31±0.494.71±1.430.36±0.110～2008.52±6.740.66±0.522.03±1.650.16±0.130～2409.90±6.430.76±0.490.96±2.110.07±0.160～30011.63±5.780.89±0.440.12±3.190.01±0.25

3 結論與討論

研究表明封育14年草地和棄耕地顯著提升SOC儲量。封育草地和棄耕地相對于放牧草地和苜蓿耕地，SOC儲量顯著增加，這與前人研究結果相符合[21-22]。由圖1可以看出，相對于CK1和CK2，封育14年草地和棄耕地0～100 cm土壤中SOC儲量分別增加了54.1%和66.2%，0～200 cm土壤增加了44.1%和55.4%，表明封育對于表層土壤有機碳的貢獻量非?？捎^。從不同土層SOC儲量來看，封育草地0～300 cm每20 cm土層中SOC儲量均高于放牧草地CK1，意味著封育草地SOC積累發生在0～300 cm的所有土層，相反封育14年棄耕地在0～160 cm地各土層SOC儲量顯著高于對照CK2苜蓿地，但在160～300 cm土層中封育耕地相對于CK2并無差異，說明棄耕地封育14年過程中，SOC積累主要發生在0～160 cm土層中，深層土壤變化較小，原因是植被恢復過程中植物根系和枝葉凋落物對于SOC貢獻從表層土壤開始，地上和地下部分生物量，進而增加植物向土壤碳的輸送[22]，植被恢復與土壤碳儲量緊密相關[23-25]。此外，通過比較CK1和CK2在0～100 cm土層SOC儲量可以發現，CK1顯著高于CK2，耕地相對于放牧草地消耗大量SOC。

由表2和圖2對比可以看出，封育14年草地0～100 cm和0～200 cm土層STN儲量相對于CK1放牧草地并無顯著積累，但是0～300 cm土層中封育14年草地STN儲量顯著高于CK1，表明相對于放牧草地，封育草地STN積累發生在200～300 cm土層，而0～200 cm土層STN積累和消耗相抵消，處于氮交換平衡狀態。相反，對于封育14年棄耕地0～100 cm土層STN儲量顯著高于苜蓿地CK2，而0～200 cm和0～300 cm二者之間無差異，說明封育14年棄耕地STN積累發生在表層，由表3可以看出，STN積累主要發生在0～60 cm的表層土壤，這與前人研究結果[23,26]有差異。

封育14年草地和棄耕地SOC儲量在0～100 cm、0～200 cm和0～300 cm土層均無顯著差異(圖1)，造成二者在SOC固持上無差異的假象。由于CK2遠遠小于CK1土壤有機碳儲量，因此，封育14年棄耕地SOC固持及其固持速率遠高于封育14年草地。所以棄耕地封育14年后SOC儲量與封育草地相同的主要原因是其SOC固持速率高，因此可以斷定，封育14年草地和耕地SOC儲量達到一個相對持平的狀態，但是在封育14年后，SOC儲量、SOC固持及固持速率如何變化，需要進一步的研究。通過縱向比較可以看出，封育14年草地各土層對SOC固持及固持速率都有貢獻，而棄耕地200～300 cm土壤對于SOC固持量及固持速率貢獻甚微，意味著棄耕地SOC積累主要發生在0～200 cm土壤中。

封育14年棄耕地STN固持甚微，封育草地STN固持量可觀。由于耕地在生產過程中，會人為施入大量氮素，加上CK2苜蓿地為多年生豆科植物，具有一定的固氮能力，因此，封育14年棄耕地在0～300 cm土層STN固持僅為0.12 Mg/hm2。由表4可以看出，草地封育增加深層土壤STN固持，棄耕增加表層土壤STN固持，隨著封育土壤深度增加而減小[27-28]，從分析結果可以看出土層深度大于100 cm時，棄耕地STN固持開始降低，表明100 cm以下土層在封育過程中出去STN流失狀態。

因此，封育草地和棄耕地顯著提高SOC儲量，并且在封育14年后，封育草地和棄耕地SOC儲量基本相同；但是在封育14年后，0～200 cm土層封育草地和退耕STN儲量無差異，而0～300 cm土層STN儲量封育草地顯著高于棄耕地；棄耕地封育后SOC固持量及固持速率顯著高于封育草地，且SOC累積發生在表層(0～140 cm)；封育草地STN固持及固持速率在土壤表層(0～140 cm)低于棄耕地，而在深層(140～300 cm)高于棄耕地。

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Dynamics of soil carbon and nitrogen sequestration and sequestration rate following long-term fencing of grasslands and abandoned farmlands

LI Jian-Ping1, CHEN Jing1, XIE Ying-Zhong1,2*

1.SchoolofAgriculture,NingxiaUniversity,Yinchuan750021,China; 2.BreedingBaseofStateKeyLaboratoryforPreventingLandDegradationandEcologicalRestoration,NingxiaUniversity,Yinchuan750021,China

Determining the effects of different vegetation restoration measures on soil organic carbon (SOC) and total soil nitrogen (TSN) can increase our understanding of carbon and nitrogen cycling in terrestrial ecosystems, which play important roles in moderating the global greenhouse effect. In this study, we evaluated carbon and nitrogen cycling in fenced grassland and abandoned farmland on the Loess Plateau, using grazed grassland and alfalfa farmland as the control and reference sites, respectively. We analyzed SOC storage, TSN storage, SOC sequestration, TSN sequestration, and their sequestration rates in grassland that had been fenced for 14 years and in abandoned farmland (0-300 cm soil depth). The results showed that SOC storage was significantly increased in 14-year-fenced grassland and abandoned farmland, compared with the reference and control sites. The mean values of SOC storage were similar in 14-year-fenced grassland and abandoned farmland; at 0-200 cm depth soil, STN storage in 14-year-fenced grassland was not significantly higher than that in grazed grassland, but at 0-300 cm soil depth, the STN storage was significantly higher in the 14-year-fenced grassland than in abandoned farmland (P<0.05). The amount of SOC sequestration and its rate were significantly higher in abandoned farmland than in fenced grassland. The SOC sequestration in abandoned farmland was almost completely limited to the 0-140 cm depth soil. At 0-100 cm soil depth, the amount of STN sequestration and its rate were significantly higher in abandoned farmland than in fenced grassland, but at 0-300 cm soil depth, the amount of STN sequestration and its rate were significantly lower in abandoned farmland than in fenced grassland. Therefore, 14 years of fencing of grassland and abandoned farmland could significantly increase SOC, but not TSN storage. Compared with fenced grassland, abandoned farmland had a higher SOC sequestration capacity and sequestration rate.

fencing grassland; abandoned farmland; soil organic carbon; soil total nitrogen; carbon sequestration

10.11686/cyxb2016231

http://cyxb.lzu.edu.cn

2016-05-31；改回日期：2016-08-05

中國博士后科學基金面上項目(2015M580896)資助。

李建平(1982-)，男，陜西延安人，講師，博士。 E-mail:lijianpingsas@163.com*通信作者Corresponding author. E-mail：xieyz@nxu.edu.cn

李建平, 陳婧, 謝應忠. 封育草地與棄耕地土壤碳氮固持及固持速率動態. 草業學報, 2016, 25(12): 44-52.

LI Jian-Ping, CHEN Jing, XIE Ying-Zhong. Dynamics of soil carbon and nitrogen sequestration and sequestration rate following long-term fencing of grasslands and abandoned farmlands. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(12): 44-52.