川西北高寒草地沙化过程中土壤氮素变化特征

蒋双龙,胡玉福，蒲　琴,舒向阳,袁铖铭,余　倩

四川农业大学 资源环境学院，成都　611130



川西北高寒草地沙化过程中土壤氮素变化特征

蒋双龙,胡玉福*，蒲琴,舒向阳,袁铖铭,余倩

四川农业大学 资源环境学院，成都611130

1　研究区域与研究方法

1.1研究区域概况

研究区地处四川阿坝藏族羌族自治州红原县境内，境域分属长江、黄河两大水系，地势由东南向西北倾斜，地貌具有山原向丘状高原过渡的典型特征。气候属大陆性高原寒温带季风气候，春秋短促、长冬无夏。年均降雨量791.95mm，降雨主要集中在5—10月，年均气温为0.9℃，最冷月平均气温-10.3℃，最热月平均气温10.9℃，年均积雪期为76d，无绝对的无霜期。日照时间长，太阳辐射强，年均日照时间2158.7 h，太阳辐射年总量为6194MJ/m2。土地利用现状以草地为主，也有较大面积的沼泽地和沙化地分布，其中沙化土地总面积约为6915hm2，主要分布于邛溪镇和瓦切乡境内[24]。土壤类型以亚高山草甸土为主，沼泽土、沼泽化草甸土和风沙土等也均有分布[21]。植被以华扁穗草(Blysmussinocompressus)，垂穗披碱草(Elymussibiricus)，线叶嵩草(Kobresiacapillifolia)，赖草(Leymussecalinus)，淡黄香青(Anaphalisflavescens)，黑穗薹草(Carexatrata)，沙生薹草(Carexpraeclara)，木里薹草(Carexmuliensis)，细叶亚菊(Ajaniatenuifolia)等为主，植被组合以亚高山草甸为主，沼泽草甸与沼泽植被较为发达，植物群落外貌鲜艳，富有季相之变化[25]。

1.2土壤样品采集

表1　草地样方信息记录表

1.3测定方法及数据处理

数据统计、方差分析、相关分析及图表绘制在EXCEL2010和SPSS 17.0软件下进行。

2　结果分析

2.1草地沙化过程中地表植被变化特征

图1　不同沙化程度植物群落外貌特征　Fig.1　Change of community physiognomy in different desertification grasslands CTRL:未沙化样地Non-desertification grassland; LDG:轻度沙化样地Light-desertification grassland; MDG:中度沙化样地Medium-desertification grassland;HDG: 重度沙化草地Heavy-desertification grassland; SDG:严重沙化样地Severe-desertification grassland；不同小写字母代表处理间显著水平为0.05，不同大写字母代表处理间显著水平为0.01，相同字母代表处理之间者差异不显著

图2　不同程度沙化草地物种丰富度变化情况　Fig.2　Change of species richness in different desertification grasslands

不同程度沙化草地地表植物群落外貌变化极其明显，随着沙化程度的增加，群落盖度、植被平均高度和物种丰度均呈现出急剧下降的变化特征(P<0.01)(图1，图2)。统计结果表明，未沙化草地群落盖度达95%以上，而极重度沙化群落盖度不足10%，下降幅度达94.57%；未沙化草地平均株高近25cm，极重度沙化群落盖度低于7cm左右，下降幅度达71.68%；未沙化草地物种丰度达20种以上，极重度沙化则不足5种，下降幅度达83.33%。说明沙化导致草地地表植被状况逐渐变差。

2.2草地沙化过程中土壤颗粒组成变化特征

土壤颗粒组成是土壤质地和结构的重要表征，而土地沙化的核心问题是土壤颗粒的粗大化[30]。结果表明，随着草地沙化严重程度增加，0—100cm土层土壤颗粒组成变化明显，呈现出砂粒(>0.05mm)含量增加，粉粒(<0.01mm)、黏粒(0.01—0.05mm)含量减少的变化特征，其中，极重度沙化草地较未沙化草地沙粒含量增加了9.49%，粉粒和粘粒含量分别减少了78.43%和60.59%(P<0.05)(表2)；土层剖面上，0—20cm和20—40cm土层不同程度沙化草地的土壤沙粒、粉粒和粘粒含量变化明显，极重度沙化草地较未沙化草地土壤沙粒含量分别增加了28.15%和14.39%(P<0.05)，粉粒和粘粒含量分别减少了87.57%和82.96%、75.82%和65.73%(P<0.05)。随着土层深度的增加，不同程度沙化草地土壤颗粒组成之间的差异逐渐减小。

2.3草地沙化过程中土壤全氮变化特征

草地沙化导致0—100cm土层全氮大量流失，极重度沙化阶段较未沙化阶段全氮含量下降幅度达73.95%。随着沙化进程，全氮含量及降低幅度呈逐渐减少的变化特征，其中，轻度沙化阶段较未沙化草地、中度沙化阶段较轻度沙化阶段、重度沙化阶段较中度沙化阶段、极重度沙化阶段较重度沙化阶段分别下降了41.18%、33.16%、21.37%和15.74%，方差分析结果表明，不同程度沙化草地之间土壤全氮含量差异达极显著水平(P<0.01)(表3)；在土层剖面上，0—20cm土层全氮含量受草地沙化影响最为明显，其下降幅度达86.43%，其中，轻度沙化阶段减少最多，达0.51g/kg，且随着沙化严重程度增加，全氮减少量呈现逐渐降低的变化特征。随着土层深度增加，草地沙化对土壤全氮的影响程度逐渐减弱，80—100cm土层全氮含量下降幅度相对最低，为49.04%。

2.4草地沙化过程中土壤碱解氮变化特征

草地沙化导致0—100cm土层碱解氮含量下降了7.72%。随着沙化进程，碱解氮含量呈逐渐减少的变化特征，其中，轻度沙化阶段较未沙化阶段、中度沙化阶段较轻度沙化阶段、重度沙化阶段较中度沙化阶段、极重度沙化阶段较重度沙化阶段分别降低了35.17%、33.20%、24.88%和31.53%(P<0.01)(表4)；在土层剖面上，0—20cm土层土壤碱解氮含量减少最明显，下降的幅度达83.52%。其中，轻度沙化阶段减少量最多，达8.90mg/kg。随着土层深度增加，碱解氮受草地沙化的影响程度逐渐减小，其中，80—100cm土层仅下降了49.91%。

表2　不同沙化程度草地土壤颗粒组成

不同小写字母代表处理间显著水平为0.05，不同大写字母代表处理间显著水平为0.01，相同字母代表处理之间差异不显著

表3　不同程度沙化草地土壤全氮含量/(g/kg)

表4　不同程度沙化草地土壤碱解氮含量/(mg/kg)

表5　不同程度沙化草地土壤含量/(mg/kg)

表6　不同程度沙化草地土壤含量/(mg/kg)

2.7草地沙化过程中土壤MBN变化特征

草地沙化导致0—100cm土层MBN含量下降了84.12%，其中，轻度沙化阶段较未沙化阶段、中度沙化阶段较轻度沙化阶段、重度沙化阶段较中度沙化阶段、极重度沙化阶段较重度沙化阶段分别降低了46.88%、44.22%、31.16%和22.14%(P<0.01)(表7)；在土层剖面上，0—20cm土层MBN下降幅度最明显，达91.77%，其中，轻度沙化阶段减少数量最多，达9.46mg/kg，随着沙化严重程度增加，MBN减少量呈现逐渐降低的变化特征。随着土层深度增加，草地沙化对土壤MBN的影响逐渐降低。

表7　不同程度沙化草地土壤MBN含量/(mg/kg)

2.8沙化草地土壤氮素与土壤颗粒组成相关分析

表8　相关性分析

**为极显著相关(P<0.01)

2.9草地沙化过程中土壤氮变素对地表群落盖度的响应特征

图3　群落盖度与土壤氮素相关分析Fig.3　Correlation analysis between community coverage and nitrogens

3　讨论

3.1草地沙化对土壤氮素含量的影响

以风蚀为主要特征的土地沙化是我国最严重的草地退化类型之一[31]。它能导致土壤氮素含量快速降低，引起土壤生产潜力的部分或完全损失，从而破坏草地生态系统氮素平衡[32-33]。本研究结果表明，随着沙化进程，川西北高寒草原不同程度沙化草地0—100cm土层土壤全氮、碱解氮含量呈显著降低的变化特征，降低幅度分别达73.95%和77.72%，其中，轻度沙化阶段变化最为明显，降低幅度分别为41.18%和35.17%。表明沙化对研究区草地土壤氮素含量影响显著，其中沙化前期阶段影响最为显著。0—20cm土层全氮、碱解氮含量分别降低了86.43%和83.52%，而随着土层深度增加，全氮、碱解氮含量降低幅度逐渐减小，表明草地沙化对表层土壤氮素影响更为显著。上述结果与赵哈林等[5, 34-35]、Zhou[18]和李侠等[15]关于我国干旱半干旱地区草地沙化进程中土壤氮素的变化规律相一致。说明川西北半湿润地区草地沙化过程中土壤全氮和碱解氮变化特征与我国北方半干旱地区草地相似。

3.2土壤氮素损失与草地沙化的关系

4　结论

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Changes in soil nitrogen characteristics during grassland desertification in Northwest Sichuan

JIANG Shuanglong, HU Yufu*, PU Qin, SHU Xiangyang, YUAN Chengming, YU Qian

CollegeofResourcesandEnvironment,SichuanAgriculturalUniversity,Chengdu611130,China

国家科技支撑计划项目(2008BAK51B02)；四川省科技计划项目(2013SZ0110, 2014SZ0057, 2014SZ0159)

2015- 01- 14; 网络出版日期:2015- 11- 17

Corresponding author.E-mail: 66433119@qq.com

10.5846/stxb201501140111

蒋双龙,胡玉福，蒲琴,舒向阳,袁铖铭,余倩.川西北高寒草地沙化过程中土壤氮素变化特征.生态学报,2016,36(15):4644- 4653.

Jiang S L, Hu Y F, Pu Q, Shu X Y, Yuan C M, Yu Q.Changes in soil nitrogen characteristics during grassland desertification in Northwest Sichuan.Acta Ecologica Sinica,2016,36(15):4644- 4653.