高寒山地生態修復方式對土壤顆粒碳氮分配的影響

漢光昭, 曹廣超, 曹生奎, 冶文倩, 程國

高寒山地生態修復方式對土壤顆粒碳氮分配的影響

漢光昭1, 2, 3, 曹廣超2, 3, 4, *, 曹生奎1, 2, 3, 冶文倩1, 2, 3, 程國1, 2, 3

1. 青海師范大學地理科學學院, 西寧 810008 2. 青海省自然地理與環境過程重點實驗室, 西寧 810008 3. 青藏高原地表過程與生態保育教育部重點實驗室, 西寧 810008 4. 青海省人民政府—北京師范大學高原與可持續發展研究院, 西寧 810008

通過探討草地和林地兩種修復方式下不同粒徑土壤顆粒有機碳和全氮的分配規律, 以期能夠為高寒山地生態修復措施對土壤顆粒碳氮的影響提供參考。以空間序列代替時間序列的方法, 分別選取不同恢復年限的草地和林地作為研究對象, 管理方式分別為僅在生長季封育和常年封育。對生長季野外現場采集的土壤樣品在實驗室采用離心法對土壤顆粒進行分級, 分為砂粒(2000—50 μm)、粉粒(50—2 μm)和粘粒(<2 μm), 以此分析不同粒徑土壤顆粒中有機碳和全氮的分配規律。結果顯示: 1) 不同修復年限草地和林地土壤顆粒有機碳和全氮的分配主體分別為砂粒和粉粒, 草地和林地土壤顆粒有機碳在砂粒中的分配比例分別為57.36%和46.46%, 全氮在粉粒中的分配比例分別為44.79%和42.55%。2) 兩種修復用地三種粒徑土壤顆粒碳氮分配比例均與其組分含量呈正相關關系, 砂粒的碳氮分配比例主要受地下生物量和土壤總孔隙度影響, 粘粒和粉粒碳氮分配比例主要受容重和pH的影響。本研究區植樹造林的修復方式對土壤顆粒碳氮的分配影響更為明顯。

土壤; 顆粒有機碳; 全氮; 生態修復; 高寒山地

0 前言

土壤是陸地生態系統最重要的組成部分[1], 土壤有機碳和氮素不僅是土壤養分的物質基礎[2], 因其能夠與大氣中的碳庫和氮庫相互轉換, 使其成為全球生態系統碳、氮循環的熱點和重點[3]。生態修復措施會影響植被和土壤的有機質的積累和分解, 進而影響生態系統的碳、氮循環[4]。祁連山位于青藏高原東南部, 是我國西北地區重要的生態功能區, 近些年來該區域實施了眾多生態修復工程, 現階段祁連山地區已經逐步從生態治理轉入生態恢復階段[5],盡管目前對祁連山地區土壤碳庫方面已有大量研究,但主要集中在不同植被類型碳庫大小的實證和模擬研究[6–7]。研究表明適當的生態修復方式和持續的土壤管理可以增加土壤碳匯, 抵消溫室效應[8], 但國內目前關于不同生態修復方式對土壤碳庫的影響研究主要集中在黃土高原區[9–10], 而處于氣候變化敏感帶的祁連山地區, 生態修復方式對土壤碳庫的影響研究還較為缺乏。不同的生態修復方式會影響到土壤顆粒含量的差異, 而不同粒徑土壤顆粒儲存碳氮的大小和對環境變化的響應也不相同[11]。本文以祁連山南坡兩種不同生態修復方式用地為研究對象,使用離心法將土壤分為三種粒徑的土壤顆粒, 分析不同粒徑土壤顆粒碳氮分配比例的變化規律, 以期為高寒山區生態修復方式對土壤顆粒碳氮的影響提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣地選取

研究區位于祁連山南坡中段腹地, 地理位置為98°08′13″—102°38′16″ E, 37°03′17″—39°05′56″ N, 區內以山地地貌為主, 相對高差較大, 年均氣溫–5.9℃, 屬于大陸性高寒半濕潤山地氣候[12]。本研究于2020年8月, 在祁連縣默勒鎮瓦日尕村三社集體牧場, 分別選取已修復4年、5年、6年、7年、8年和9年的草地為試驗地, 試驗地未修復前為高寒草地極度退化后形成的次生裸地—黑土灘, 土壤類型為高寒草甸土, 成土母質主要為砂頁巖和石灰巖風化物[13–14], 2012年起采取人工修復措施, 修復方式為對黑土灘進行翻耕、播種、耙地、整平, 翻耕深度在20 cm左右, 前三年進行人工干預包括除鼠害, 圍欄保護, 試驗地每年一月前后進行放牧, 整個生長季禁牧。生態修復林地位于祁連縣八寶鎮牛心山北坡, 選取已修復5年、8年、15年和20年的林地為試驗地, 試驗地修復前為過度放牧形成重度退化草地, 土壤類型和成土母質與修復草地一致, 修復方式為人工補種云杉苗, 密度為2600顆/公頃, 管理方式為常年封育。

1.2 樣品采集和指標測定

在修復林地和草地以50 m×50 m設置樣地, 在樣地內以對角線原則選擇3個1 m×1 m的樣方, 每個樣方內用土鉆以0—5 cm、5—10 cm, 20 cm以下間隔10 cm取樣, 分別取3個平行樣品。所有樣品自然風干后, 使用武天云等人改進的離心法對土壤顆粒分級, 將土壤分為砂粒(50—2000 μm, Sand)、粉粒(2—50 μm, Silt)和粘粒(＜2 μm, Clay)[15], 分離流程見圖1。土壤有機碳使用重鉻酸鉀氧化還原法測定, 碳氮含量使用元素分析儀(Element, Vario isotope cube )測定。

1.3 數據分析

本文采用SPSS 20.0進行相關性分析、使用DPS17.5采用Duncan新復極差法對所測數據進行多重比較分析, 采用Execl 2010、OriginPro 2021b進行制圖, 分配比例參照文獻中的方法計算[16]。

圖1 土壤顆粒分級流程

Figure 1 Flow chart of soil particle-size fractionation

2 結果與分析

2.1 不同修復年限土壤顆粒有機碳分配特征

草地土壤顆粒有機碳分配特征顯示(圖2), 砂粒分配比例最高, 介于23.33%—81.88%, 粉粒分配比例介于13.17%—60.14%, 粘粒分配比例最低, 介于1.11%—23.67%。相同修復年限和粒徑, 不同深度土壤顆粒有機碳分配特征顯示, 砂粒分配比例在修復第6年的0—5 cm與20—40 cm土層深度差異顯著, 其余修復年限不同深度間無顯著差異; 粉粒分配比例除修復第6年的0—5 cm與20—30 cm間差異顯著外, 其余修復年限不同深度間無顯著差異; 粘粒分配比例在第4年至第7年的0—5 cm與40—50 cm土層深度分配比例差異顯著, 在修復第8年和第9年不同土層深度間無顯著差異。從相同深度和粒徑, 不同修復年限分析, 修復第7年, 砂粒分配比例顯著低于其余修復年限, 在修復第8年, 粉粒和粘粒分配比例顯著低于其余修復年限, 其余修復年份間無顯著差異。

林地土壤顆粒有機碳分配特征顯示(圖3), 砂粒分配比例最大, 介于14.68%91.19%, 粉粒分配比例次之, 介于6.03%66.43%, 粘粒分配比例最小, 介于2.36%49.79%。相同修復年限和粒徑, 不同深度土壤顆粒有機碳分配特征顯示, 砂粒分配比例隨著深度降低, 粉粒和粘粒分配比例隨深度增大, 砂粒分配比例在修復第5年、8年、15年和20年以60—70 cm、50—60 cm、10—20 cm與30—40 cm土層深度為界差異顯著, 粉粒分別以60—70 cm、30—40 cm、40—50 cm和20—30 cm土層深度為界差異顯著, 粘粒分別在40—50 cm、80—90 cm、10—20 cm和30—40 cm為界差異顯著。從相同深度和粒徑, 不同修復年限分析, 在0—10 cm土層深度, 修復第20年砂粒分配比例顯著高于其余修復用地, 粉粒分配比例顯著低于其他修復用地; 在10—20 cm土層深度, 修復第15年粉粒分配比例顯著高于其余修復年限; 在40—50 cm土層深度, 修復第8年和20年, 粉粒分配比例高于其他修復年限; 在50—60 cm土層深度, 修復第8年粘粒分配比例顯著高于其余修復年限; 在90—100 cm土層深度, 修復第8年粉粒分配比例顯著低于其余修復年限, 粘粒分配比例顯著高于其他年份, 其余相同深度和粒徑, 不同修復年限間無顯著差異。

注: 圖中誤差棒為標準誤差, 小寫字母表示相同粒徑土壤顆粒, 不同深度含量達到顯著性水平(p<0.05), 大寫字母表示相同深度, 不同修復年限達到顯著性水平(p<0.05), 圖中a—f代表已修復4—9年, 下同。

Figure 2 Allocation of soil POC in grasslands with different restoration years

注: 圖中a—d代表修復第5年、第8年、第15年和第20年, 下同。

Figure 3 Allocation of soil POC in woodlands with different restoration years

2.2 不同修復年限草地和林地土壤顆粒全氮分配特征

草地土壤顆粒全氮分配特征顯示(圖4), 粉粒分配比例最高, 介于17.04%—66.44%, 砂粒分配比例次之, 介于7.50%—77.82%, 粘粒分配比例最小, 介于5.33%—42.46%。相同修復年限和粒徑, 不同深度土壤顆粒全氮分配特征顯示, 砂粒和粉粒在0—5 cm與30—50 cm土層深度差異顯著, 其余深度差異不顯著; 粘粒隨深度增加, 在修復第4年至第6年, 在0—5 cm與40—50 cm土層深度差異顯著, 在修復第7年至第9年, 分別以20—30 cm、10—20 cm和30—40 cm為界差異顯著。從相同深度和粒徑, 不同修復年限分析, 在0—5 cm土層深度, 修復第4年和第5年粉粒分配比例顯著低于其余修復年限, 在5—10 cm和10—20 cm土層深度, 修復第6年的粘粒分配比例顯著高于其余修復年限, 在20—30 cm和30—40 cm土層深度修復第6年的粘粒和粉粒分配比例顯著高于其余修復年限, 砂粒分配比例顯著低于其余年限, 在40—50 cm土層深度, 修復第4至第6年顯著低于第7至9年砂粒分配比例, 第4和第6年的粘粒分配比例修復顯著高于其余年限。

林地土壤顆粒全氮分配特征顯示(圖5), 粉粒的分配比例最高, 介于12.96%—55.88%, 砂粒的分配比例次之, 介于4.21%—83.49%, 粘粒對TN的分配比例最小, 介于3.02%—51.48%。相同修復年限和粒徑, 不同深度土壤顆粒全氮分配特征顯示, 砂粒隨著深度增加分配比例降低, 粉粒和粘粒隨著深度增加分配比例升高。從相同深度和粒徑, 不同修復年限分析, 在0—5 cm土層深度, 修復第5年、第8年的砂粒分配比例顯著低于修復第15年和第20年而粉粒分配比例高于修復第15和第20年; 在5—10 cm和10—20 cm土層深度, 修復第20年砂粒分配比例顯著高于其他修復年限; 在20—30 cm土層深度, 修復第20年粘粒分配比例顯著低于其它年限; 在30—40 cm土層深度, 修復第15年砂粒分配比例顯著低于其它修復年限, 在40—50 cm土層深度, 修復第5年和20年粘粒分配比例顯著低于其它修復年限, 修復第15年粉粒分配比例顯著高于其他年限, 其余相同深度和粒徑, 不同修復年限間無顯著差異。

圖4 不同修復年限草地土壤顆粒全氮分配比例

Figure 4 Allocation of soil particles TN in e grasslands with different restoration years

Figure 5 Allocation of soil particles TN in woodlands with different restoration years

2.3 不同修復年限草地和林地土壤顆粒碳氮比特征

草地三種粒徑土壤顆粒C/N比值結果顯示(圖6 a、c), 砂粒、粉粒和粘粒C/N均值分別為2.57, 1.13和0.94, 不同修復年限結果顯示, C/N比均值從大到小依次為5年>6年>4年>9年>7年>8年, 不同深度結果顯示, 砂粒和粘粒C/N比值, 隨深度增加變大,粉粒C/N比值在不同深度間無明顯差異。林地C/N比結果(圖6 b、d), 砂粒、粉粒和粘粒C/N值分別為2.54, 1.58和1.41, 不同修復年限間, C/N比均值依次為5年>15年>8年>20年, 不同深度結果顯示, 砂粒和粘粒C/N比值, 隨深度增加變大, 粉粒C/N比值在不同深度間無明顯差異, 在50 cm以下三種土壤顆粒C/N比值隨深度增加明顯增大。

3 討論

有研究表明在植被恢復過中, 各粒徑土壤顆粒有機碳含量均會明顯上升, 恢復初期粒徑較大的土壤顆粒有機碳含量升高, 隨著持續恢復較小粒徑的土壤顆粒含量也得到提升[17], 這主要是因為不同粒徑土壤顆粒存儲和保護有機碳的能力各不相同[18–20]。本文結果顯示在植被修復過程中大粒徑土壤顆粒為碳氮分配的主體, 且隨著修復年限的增加, 粉粒和粘粒的分配比例有上升的趨勢。因為砂粒等大粒徑土壤顆粒主要以包裹的形式儲存有機質[20], 這部分有機質主要是由有機殘體和半分解有機質組成, 直接來源于植被修復后凋落物和根系的貢獻[21], 而粘粒中的有機質主是有機質最終分解的產物, 主要來源于大粒徑土壤顆粒包裹的有機質[22–23]。其次, 本研究區為高寒地區, 土壤主要受到風蝕和凍融侵蝕, 風蝕會將細顆粒物質帶走而留下相對較粗的顆粒, 形成粗質土壤, 降低土壤肥力[24], 植被的修復會增強土壤抗風蝕能力, 有利于細土壤顆粒的積累, 增加有機碳氮的含量, 進而影響土壤顆粒碳氮的分配。綜上, 說明兩種修復措施下砂粒為碳氮分配的主體, 隨著修復年限增加粉粒和粘粒的分配比例有增加的趨勢。

研究表明C/N比會隨著土壤顆粒粒徑減小而降低[25], C/N越小越有利于氮礦化及養分釋放[26], 從而促進植被對氮素的吸收, 本文C/N比結果顯示, 不同修復年限草地C/N值波動變化大而林地波動幅度較小, 這反映了修復草地隨著修復年限的增加, 土壤碳氮在積累和消耗的過程中相對不穩定。C/N的升高對土壤微生物的活動能力有一定的限制作用,使有機質和有機氮的分解礦化速度減慢, 土壤固定有機碳能力提高[27], 修復林地在50 cm以下土壤顆粒C/N均有明顯的升高, 表明修復林地有助于有機碳的積累, 以上結果表明兩種修復方式, 補播樹種的方式碳氮積累和消耗相對穩定。

圖6 草地、林地不同土壤顆粒C/N比

Figure 6 C/N rate of different soil particles in grasslands and woodlands

利用Pearson相關分析法對三種粒徑土壤顆粒碳氮分配比例與土壤理化性質等進行相關分析。砂粒碳氮分配比例相關性結果顯示, 除草地砂粒有機碳分配比例與地下生物量和土壤總孔隙度正相關關系不顯著外(>0.05), 砂粒碳氮分配比例與地下生物量、土壤總孔隙度和恢復年限呈顯著(<0.05)或極顯著(<0.01)正相關關系, 與容重和pH呈顯著(<0.05)或極顯著(<0.01)負相關關系。粉粒碳氮分配比例相關性結果顯示, 除草地粉粒全氮分配比例與恢復年限, 粉粒有機碳分配比例與地下生物量、土壤總孔隙度和pH值無顯著關系外(>0.05), 粉粒碳氮分配比例與地下生物量、土壤總孔隙度和恢復年限呈顯著(<0.05)或極顯著(<0.01)負相關關系, 與容重和pH呈顯著(<0.05)或極顯著(<0.01)正相關關系。粘粒碳氮分配比例相關性結果顯示, 除草地粘粒有機碳分配比例與土壤總孔隙度負相關關系不顯著(>0.05), 林地粘粒碳氮分配比例與恢復年限間負相關關系不顯著外(>0.05), 粘粒碳氮分配比例與地下生物量、土壤總孔隙度和恢復年限呈顯著(<0.05)或極顯著(<0.01)負相關關系, 粘粒與容重和pH呈顯著(<0.05)或極顯著(<0.01)正相關關系(圖7)。

注: *表示0.05水平下顯著相關, **表示0.01水平下顯著相關, 圖中橢圓面積越小, 表示相關性越強。D-Sand、D-Silt和D-Clay分別表示砂粒、粉粒和粘粒中全氮和有機碳分配比例, C-Sand、C-Silt和C-Clay分別為砂粒含量、粉粒含量和粘粒含量, Bb為地下生物量、BD為容重、Pt為土壤總孔隙度、pH為土壤酸堿度、Year為修復年限。

Figure 7 Correlation matrix of carbon and nitrogen distribution characteristics and physicochemical properties of grassland and woodland

總體來看, 砂粒有機碳的分配比例與地下生物量和總孔隙度呈正相關關系, 這是因為隨著修復年限的增加, 植被根系的發育對土壤進行分隔、積壓穿插等作用促進了大粒徑土壤顆粒的形成[28], 大粒徑土壤顆粒對改善土壤結構、增加土壤總孔隙度均有積極地作用, 而適宜的土壤總孔隙度使得土壤具有良好的保水和保肥性能, 同時促進碳氮的積累。粉粒和粘粒碳氮分配比例與容重呈正相關關系, 這是因為粉粒和粘粒含量的增加, 會導致小粒徑土壤顆粒會填滿由大土壤顆粒形成的孔隙, 此時會出現高的土壤容重值[29], 粉粒和粘粒含量增加導致二者含有的碳氮總量增加, 進而使得碳氮分配比例升高。本文結果顯示pH值與砂粒呈負相關關系, 與粉粒和粘粒呈正向相關關系, 這可能與不同粒徑土壤顆粒中包含的腐殖質含量有關, 砂粒中包裹的腐殖質含量較高, 正處于較為活躍的分解階段, 而粉粒和粘粒包裹的腐殖質為經過分解后較為穩定的部分, 有研究表明在腐殖質分解過程中會產生各種有機酸, 會顯著的降低pH值[30–31], 三種粒徑土壤顆粒包含的腐殖質處于不同的分解階段導致與pH值關系出現差異。上述分析結果表明, 砂粒的碳氮分配比例受地下生物量和土壤總孔隙度影響, 粘粒和粉粒碳氮分配比例主要受容重和pH的影響。對比兩種類型修復用地相關性分析結果, 發現土壤理化性質對修復林地碳氮分配的影響明顯高于修復草地。

4 結論

本文結果表明, 林地和草地兩種修復方式均能對三種粒徑土壤顆粒的碳氮分配產生影響, 砂粒和粉粒為土壤顆粒碳氮分配的主體, 粘粒碳氮的分配比例隨著恢復年限增加而升高; 土壤理化性質對修復林地碳氮分配的影響明顯高于修復草地; 土壤顆粒碳氮的積累和消耗在修復林地中更為穩定。綜上, 補種樹種且常年封育的林地對土壤顆粒碳氮分配影響強于補播草種僅生長季封育的草地。

[1] 汪業勖, 趙士洞, 牛棟. 陸地土壤碳循環的研究動態[J]. 生態學雜志, 1999, 18(5): 29–35.

[2] 楊紅, 扶勝蘭, 劉合滿, 等. 藏東南色季拉山不同海拔森林土壤碳氮分布特征[J]. 西北農林科技大學學報(自然科學版), 2018, 46(10): 15–23.

[3] 顏送寶, 王麗云, 鄒璐, 等. 青藏高原草地不同利用方式下土壤碳氮與土壤性狀的關系[J]. 生態科學, 2019, 38(2): 105–111.

[4] 王文穎, 王啟基, 王剛. 高寒草甸土地退化及其恢復重建對土壤碳氮含量的影響[J]. 生態環境, 2006, 15(2): 362–366.

[5] 李新, 勾曉華, 王寧練, 等. 祁連山綠色發展: 從生態治理到生態修復[J]. 科學通報, 2019, 64(27): 2928–2937.

[6] LI Huiwen, WU Yiping, CHEN Ji, et al. Responses of soil organic carbon to climate change in the Qilian mountains and its future projection[J]. Journal of Hydrology, 2021, 596(156): 126110.

[7] ZHU Meng, FENG Qi, QIN Yanyan, et al. Soil organic carbon as functions of slope aspects and soil depths in a semiarid alpine region of northwest China[J]. Catena, 2017, 152: 94–102.

[8] 高磊. 植樹造林地的土壤有機碳分布特征及其影響因素研究[D]. 呼和浩特: 內蒙古大學, 2020.

[9] SUN Caili, LIU Guobin, XUE Sha. Natural succession of grassland on the Loess Plateau of China affects multifractal characteristics of soil particle-size distribution and soil nutrients[J]. Ecological research, 2016, 31(6): 1–12.

[10] 周世璇, 李鵬, 張祎, 等. 黃土高原小流域不同生態建設措施下土壤水穩性團聚體及其全氮分布特征[J]. 水土保持學報, 2021, 35(3): 119–126.

[11] 李燕燕, 劉亮英, 張志堅, 等. 亞熱帶紅壤區自然修復草地轉換為人工林后對土壤團聚體有機碳周轉的影響[J]. 水土保持學報, 2019, 33(1): 80–85.

[12] 楊榮榮, 曹廣超, 曹生奎, 等. 祁連山南坡表層土壤有機質含量反演[J]. 生態科學, 2020, 39(5): 57–63.

[13] 景美玲, 馬玉壽, 李世雄, 等. 大通河上游16種多年生禾草引種試驗研究[J]. 草業學報, 2017, 26(6): 76–88.

[14] 北京大學. 地理數據平臺[Z]. https: //geodata.pku.edu.cn/ index.php.

[15] 武天云, JEFF S, 李鳳民, 等. 利用離心法進行土壤顆粒分級[J]. 應用生態學報, 2004, 15(3): 477–481.

[16] 周方亮. 紫云英和秸稈還田下團聚體穩定性及有機碳的分布特征[D]. 武漢: 華中農業大學, 2019.

[17] 王娜. 亞熱帶植被修復對不同粒徑土壤顆粒有機碳、酶活性的影響[D]. 長沙: 中南林業科技大學, 2019.

[18] 檀文炳, 周力平, 劉克新. 基于土壤團聚體組分的14C分析及其在不同林齡土壤有機碳周轉研究中的應用[J]. 科學通報, 2013, 58(14): 1354–1366.

[19] 何淑勤, 鄭子成. 不同土地利用方式下土壤團聚體的分布及其有機碳含量的變化[J]. 水土保持通報, 2010, 30(1): 7–10.

[20] 趙世偉, 蘇靜, 吳金水, 等. 子午嶺植被修復過程中土壤團聚體有機碳含量的變化[J]. 水土保持學報, 2006, 20(3): 114–117.

[21] 佟小剛, 韓新輝, 李嬌, 等. 黃土丘陵區不同退耕還林地土壤顆粒結合態碳庫分異特征[J]. 農業工程學報, 2016, 32(21): 170–176.

[22] 劉滿強, 胡鋒, 陳小云. 土壤有機碳穩定機制研究進展[J]. 生態學報, 2007, 27(6): 2642–2650.

[23] 唐光木, 徐萬里, 盛建東, 等. 新疆綠洲農田不同開墾年限土壤有機碳及不同粒徑土壤顆粒有機碳變化[J]. 土壤學報, 2010, 47(2): 279–285.

[24] 魏茂宏, 林慧龍. 江河源區高寒草甸退化序列土壤粒徑分布及其分形維數[J]. 應用生態學報, 2014, 25(3): 679–686.

[25] 彭新華, 張斌, 趙其國. 土壤有機碳庫與土壤結構穩定性關系的研究進展[J]. 土壤學報, 2004, 41(4): 618–623.

[26] 蔣臘梅, 楊曉東, 楊建軍, 等. 不同管理模式對干旱區草地土壤有機碳氮庫的影響及其影響因素探究[J]. 草業學報, 2018, 27(12): 22–33.

[27] 雷利國, 江長勝, 郝慶菊. 縉云山土地利用方式對土壤輕組及顆粒態有機碳氮的影響[J]. 環境科學, 2015, 36(7): 2669–2677.

[28] [28] 王冰, 周揚, 張秋良. 興安落葉松林齡對土壤團聚體分布及其有機碳含量的影響[J]. 生態學雜志, 2021, 40(6): 1618–1628.

[29] 柴華, 何念鵬. 中國土壤容重特征及其對區域碳貯量估算的意義[J]. 生態學報, 2016, 36(13): 3903–3910.

[30] 歐延升, 汪霞, 李佳, 等. 不同修復年限人工草地土壤碳氮磷含量及其生態化學計量特征[J]. 應用與環境生物學報, 2019, 25(1): 38–45.

[31] 魏孝榮, 邵明安. 黃土高原小流域土壤pH、陽離子交換量和有機質分布特征[J]. 應用生態學報, 2009, 20(11): 2710–2715.

Effects of ecological restoration patterns on soil particulate organic carbon and total nitrogen distribution in alpine mountain

HAH Guangzhao1, 2, 3, CAO Guangchao2, 3, 4, *, CAO Shengkui1, 2, 3, yE Wenqian1, 2, 3, chen Guo1, 2, 3

1. School of Geographical Science, Qinghai Normal University, Xining 810008, China 2. Qinghai Province Key Laboratory of Physical Gegraphy and Environment Process, Xining 810008, China 3. MOE Key Laboratory of Tibetan Plateau Land Surface Process and Ecological Conservation, Xining 810008, China 4. Academy of Platea Science and Sustainbility People’s Government of Qinghai Province & Beijing Normal University,Xining 810008, China

This study explored the impact of two different ecological restoration approaches on allocations of soil particulate organic carbon and total nitrogen, expecting to provide theoretical references for research on the effects of ecological restoration on the soil carbon and nitrogen pools in alpine mountain regions. By the method of space replacing time, grassland and woodland with different restoration years were selected as research subjects, and the management types were only in the growth season and perennial sealing, respectively. Soil samples collected in the field during the growing season were graded for soil particles by centrifugation in the laboratory, and the soil grain size were classified into sand (50-2000 μm), silt (2-50 μm), and clay (< 2 μm) to analyze the distribution of organic carbon and total nitrogen in soil particles. The results showed as follows. Firstly, the main subjects of soil particulate organic carbon (POC) and total nitrogen (TN) in grassland and woodland for different restoration years were sand and silt particles, respectively. Soil organic carbon in sand particle in grassland and woodland accounted for 57.36% and 46.46%, respectively; and total nitrogen (TN) in silt particle in grassland and woodland took up 44.79%, and 42.55%, respectively. Second, the percentages of POC and TN in different soil particles all existed significantly positive correlations with their component contents.The allocation of POC and TN in sand was mainly affected by belowground biomass and soil porosity, while the allocation of POC and TN in clay and silt was mainly affected by bulk density and pH. Those results indicated that influences of the afforestation on allocations of the POC and TN in soil different particles were more obvious.

soil; particulate organic carbon; total nitrogen; ecological restoration; alpine mountain

10.14108/j.cnki.1008-8873.2024.01.002

K903

A

1008-8873(2024)01-010-09

2021-09 -02;

2021-10-10

國家重點研發計劃項目(2017YFC0404304); 青海省自然科學資助項目(2018-ZJ-903); 青海省創新平臺建設專項青海省自然地理與環境過程重點實驗室(2020-ZJ-Y06)

漢光昭(1990—), 男, 甘肅榆中人, 博士, 講師, 研究方向為地表環境過程與生態響應, E-mail: guangzhaohan@163.com

通信作者:曹廣超, 男, 博士, 教授, 主要從青藏高原地區環境變化與地理信息系統應用研究, E-mail: caoguangchao@126.com

漢光昭, 曹廣超, 曹生奎, 等. 高寒山地生態修復方式對土壤顆粒碳氮分配的影響[J]. 生態科學, 2024, 43(1): 10–18.

HAH Guangzhao, CAO Guangchao, CAO Shengkui, et al. Effects of ecological restoration patterns on soil particulate organic carbon and total nitrogen distribution in alpine mountain[J]. Ecological Science, 2024, 43(1): 10–18.