羅永清, 丁杰萍, 趙學(xué)勇, 李玉強(qiáng), 周 欣, 朱陽春, 岳祥飛, 張臘梅

(1.中國科學(xué)院 寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所 奈曼沙漠化研究站, 甘肅 蘭州 730000;

2.甘肅省環(huán)境科學(xué)設(shè)計(jì)研究院, 甘肅 蘭州 730020; 3.蘭州大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院, 甘肅 蘭州 730000)

科爾沁沙地半固定沙丘不同坡位土壤C，N特征

羅永清1, 丁杰萍2,3, 趙學(xué)勇1, 李玉強(qiáng)1, 周 欣1, 朱陽春1, 岳祥飛1, 張臘梅1

(1.中國科學(xué)院 寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所 奈曼沙漠化研究站, 甘肅 蘭州 730000;

2.甘肅省環(huán)境科學(xué)設(shè)計(jì)研究院, 甘肅 蘭州 730020; 3.蘭州大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院, 甘肅 蘭州 730000)

資助項(xiàng)目：國家科技支撐項(xiàng)目“沙地生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)恢復(fù)關(guān)鍵技術(shù)集成與試驗(yàn)示范”(2011BAC07B0)； 內(nèi)蒙古自治區(qū)科技重大專項(xiàng) (Y439K71001)； 中國科學(xué)院“百人計(jì)劃”項(xiàng)目 (Y451H31001)； 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31170413； 41171414)

第一作者：羅永清(1984—),男(漢族),陜西省寶雞市人,博士,助理研究員，主要從事環(huán)境生態(tài)學(xué)及植物生理生態(tài)學(xué)研究。E-mail:luoyongqing8401@sina.com。

摘要：[目的] 研究沙丘不同坡位土壤碳氮的分布特征，旨在探索沙丘不同坡位植被演替機(jī)制。[方法] 選取高于5 m的半固定沙丘，沿主要風(fēng)向于坡底、坡中、坡頂和背風(fēng)坡設(shè)置樣點(diǎn)，對(duì)土壤容重、土壤總有機(jī)碳含量和土壤總氮含量進(jìn)行測(cè)定，并計(jì)算碳氮比、碳氮密度和碳氮儲(chǔ)量。[結(jié)果] (1) 不同坡位土壤碳含量均隨深度增加顯著降低，主要變異層發(fā)生在0—40 cm層。不同坡位土壤碳含量在30—40 cm層和60—100 cm層存在差異。 (2) 氮含量與容重在不同坡位和不同深度均不存在顯著差異性，碳氮比在坡底和坡頂存在顯著的垂直差異性，背風(fēng)坡60—100 cm層土壤碳氮比顯著高于其它坡位。 (3) 各坡位土壤碳密度隨深度增加顯著下降。30—40 cm層土壤碳密度存在顯著的坡位差異，而土壤氮密度的垂直差異和坡位間差異均不顯著。 (4) 半固定沙丘土壤碳氮儲(chǔ)量分別為716.89和94.14 kg/m2，不同坡位差異性不顯著；碳儲(chǔ)量的構(gòu)成在4種坡位差異較大，而各坡位不同深度土壤氮儲(chǔ)量對(duì)總儲(chǔ)量的貢獻(xiàn)差異較小。[結(jié)論] 科爾沁沙地半固定沙丘土壤碳氮含量與密度不同坡位的差異較小，同時(shí)各坡位的碳氮均存在顯著的垂直差異性，尤其在30—40 cm層，變異程度較大，這可能與該層植物根系分布有關(guān)。

關(guān)鍵詞：科爾沁沙地； 半固定沙丘； 坡位； 土壤特征

碳在自然界的賦存關(guān)系到一系列生態(tài)問題。土壤中的碳動(dòng)態(tài)是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，土壤以及“土壤—植被”系統(tǒng)的碳轉(zhuǎn)移對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的無機(jī)環(huán)境及生物圈物質(zhì)循環(huán)有重要意義。土壤系統(tǒng)中，碳輸出與輸入一方面關(guān)系到大氣組成及相應(yīng)的溫室效應(yīng)等環(huán)境問題，另一方面土壤中碳的增加與減少對(duì)土壤微生物、土壤理化性質(zhì)及陸地生態(tài)系統(tǒng)初級(jí)生產(chǎn)有重要影響[1-3]。氮素為生物體的生命元素，對(duì)整個(gè)生物圈，尤其是初級(jí)生產(chǎn)具有重要意義。沙地生態(tài)系統(tǒng)中，植被初級(jí)生產(chǎn)的限制因子雖為土壤水分，但氮素含量對(duì)植被形態(tài)[4]、群落演替、生物多樣性[5]及土壤微生物活性[6]等有一定的影響。

土壤碳氮受植被、水分、熱量等多種因素影響，同時(shí)又對(duì)生物與環(huán)境有一定的影響，是沙地植被恢復(fù)的重要因素之一。沙地恢復(fù)過程中，土壤碳氮為植被—土壤系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，一方面，通過植被的建成與演替，及在該過程中植物個(gè)體的光合固定、死亡(包括器官脫落等)分解，無機(jī)環(huán)境中的碳氮被逐步轉(zhuǎn)化并輸入到土壤[7-9]；另一方面，土壤中的碳氮以養(yǎng)分供給等直接方式和改善土壤性質(zhì)等間接方式(土壤質(zhì)地、微生物活動(dòng)、土壤酶活性等)影響著植被的建成與個(gè)體發(fā)育[10]。因此，土壤碳氮是沙地植被恢復(fù)的關(guān)鍵。

由于土壤、水分等環(huán)境因子的差異，沙漠化(或沙漠化恢復(fù))不同階段植被與土壤均呈現(xiàn)出異質(zhì)性[11-13]。此前的研究多集中在大尺度生境差異，如流動(dòng)沙地不同恢復(fù)階段植被特征[11-12]，沙漠化不同階段“土壤—植物”系統(tǒng)生物量及碳氮特征等[13]。沙丘不同坡位的研究顯示，其植被特征及植物根系分布均有較大的異質(zhì)性，但目前對(duì)其機(jī)理尚不清楚。因此，本研究從土壤性質(zhì)方面進(jìn)行研究，通過對(duì)半固定沙丘不同坡位碳氮等指標(biāo)的分析，旨在探討各坡位土壤特征，探索沙丘不同坡位植被演替機(jī)制。

1材料與方法

1.1　研究區(qū)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東部的通遼市奈曼旗境內(nèi)(42°55′N， 120°42′E)。該區(qū)地處科爾沁沙地中南部，平均海拔340～350 m，屬溫帶大陸性半干旱氣候，降水主要集中在6—8月，年均降水量364.6 mm；年均溫為6.4 ℃，大于10 ℃年積溫為3 000～3 400 ℃；年均蒸發(fā)量1 972.8 mm；年平均風(fēng)速3.5 m/s，大風(fēng)日數(shù)20～60 d。地貌為大片沙丘地與甸子地交錯(cuò)分布。試驗(yàn)區(qū)植被主要包括灌木植物小葉錦雞兒、差巴嘎蒿及草本植物(表1)。

表1　半固定沙丘不同坡位植被特征

1.2　試驗(yàn)設(shè)計(jì)與樣品測(cè)定

試驗(yàn)區(qū)設(shè)于“西北—東南”走向的沙丘草地。該地冬春季主要為西北風(fēng)向，土壤屬風(fēng)沙土，有機(jī)質(zhì)含量低，土壤肥力低下。樣地沿冬春季風(fēng)風(fēng)向，自西北向東南定義為迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡，依次設(shè)置為坡底、坡中、坡頂及背風(fēng)坡4種坡位類型。其中迎風(fēng)坡坡向平緩延長，坡度20°～30°，坡長30～50 m，背風(fēng)坡坡向陡峭，坡度50°～60°，丘高5～10 m。該沙丘為山脈狀連續(xù)沙丘，試驗(yàn)沿與坡向垂直方向，分別于4種坡位各設(shè)置5個(gè)取樣點(diǎn)，樣點(diǎn)距離50～100 m，每個(gè)樣點(diǎn)在1 m×1 m的樣方內(nèi)用十字交叉法取5鉆土樣，充分混合后帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)定分析。同時(shí)于樣方內(nèi)用環(huán)刀(體積為100 cm3)取樣，測(cè)定土壤容重。

土樣經(jīng)風(fēng)干后過2 mm篩，進(jìn)一步研磨并過0.1 mm篩，采用重鉻酸鉀氧化—外加熱法測(cè)定土壤有機(jī)碳，采用開氏法測(cè)定土壤氮含量。

1.3　數(shù)據(jù)計(jì)算分析

土壤碳/氮密度及儲(chǔ)量計(jì)算公式為：

土壤碳/氮密度(mg/cm3)=土壤容重(g/cm3)×土壤碳/氮含量(g/kg)

土壤碳/氮儲(chǔ)量(g/m2)=∑土壤容重(g/cm3)×土壤碳/氮含量(g/kg)×土層厚度(m)×1 000

數(shù)據(jù)采用Excel和SPSS 13.0軟件進(jìn)行單因素方差分析，LSD法進(jìn)行多重比較。

2結(jié)果與分析

2.1　不同土層深度的土壤碳氮特征

對(duì)比沙丘不同深度土壤指標(biāo)的算數(shù)平均值發(fā)現(xiàn)，土壤容重為1.59 g/cm3，不同深度的土壤容重在0.05水平上有顯著差異性(F=2.89，p<0.05)，其中20—30 cm層略高于其它層，但整體變異程度較小，整個(gè)研究區(qū)土壤容重極差值為0.03 g/cm3(表2)。

表2　沙丘不同土層深度土壤容重、碳氮含量、碳氮比及碳氮密度的垂直特征

注：*表示不同深度土壤性質(zhì)在0.05水平上的顯著差異性，**表示不同深度土壤性質(zhì)在0.01水平上的顯著差異性，相同字母表示在0.05水平上的差異性不顯著。下同。

研究區(qū)土壤有機(jī)碳含量為0.50±0.02 g/kg，隨土壤深度增加碳含量降低，這種垂直差異存在顯著性(F=30.64，p<0.01)。此外，在0—40 cm土層深度范圍內(nèi)，隨深度增加土壤有機(jī)碳含量迅速降低，降幅超過50%，此后達(dá)到穩(wěn)定水平。土壤全氮同樣具有垂直差異性(F=2.90，p<0.05)，但與有機(jī)碳相比，這種垂直差異較小，表層土壤全氮僅比底層高出0.026 g/kg。同時(shí)，全氮含量有更大的變異，各層變異系數(shù)均高于25%，尤其在中層(30—40 cm層和40—50 cm層)，變異系數(shù)分別為49.01%和49.18%。從碳氮比來看，研究區(qū)不同土壤深度同樣具有垂直差異性(F=7.67，p<0.01)，碳氮比隨土壤深度逐漸降低(40—50 cm層低于下層，但差異性不顯著)。

研究區(qū)土壤碳氮密度同樣呈現(xiàn)出極顯著的垂直差異(p<0.01) 即隨土層深度增加碳氮密度逐漸降低，但兩種元素的降低幅度不同：從表層(0—10 cm)到底層(10—100 cm)，碳密度下降了60.33%，而氮密度降低了34.15%。

2.2　不同坡位土壤碳氮特征

2.2.1碳氮含量及容重不同坡位土壤碳含量的垂直差異不同，坡底各層土壤碳隨深度增加而降低，其中0—30 cm深度變異較大，由0.86±0.11 g/kg下降到0.44±0.06 g/kg，更深層則較為均一，碳含量范圍在0.31～0.30 g/kg之間。坡中土壤碳含量主要變異層分布在0—40 cm深度，其含量由表層的0.94±0.10 g/kg下降到0.40±0.05 g/kg，其下各層土壤碳含量相差小于0.02 g/kg。坡頂土壤碳含量同樣呈現(xiàn)逐層遞減的特征，但主要變異層出現(xiàn)在0—40 cm深度，其含量極差達(dá)到0.34 g/kg，其下層該值為0.03 g/kg。背風(fēng)坡土壤碳含量在0—30 cm層顯著減小，但與前3種坡位不同，從40 cm到100 cm深度，土壤碳含量由0.39±0.04 g/kg增加到0.44±0.02 g/kg。從坡位間差異來看，除30—40 cm和60—100 cm以外，其余各層碳含量變異較小，相對(duì)極差值均小于0.35 g/kg，而該兩層的相對(duì)極差值分別為0.61和0.42 g/kg(圖1)。

多重比較表明，在30—40 cm層坡頂土壤碳含量顯著(p<0.01)高于其它生境，在60—100 cm層，背風(fēng)坡顯著(p<0.05)高于其它生境。氮含量在4種坡位的垂直分布雖有隨深度逐漸下降的趨勢(shì)，但由于較大的變異(各坡位變異系數(shù)均在35%以上)，這種垂直差異不存在顯著性(p>0.05)。同時(shí)，不同坡位土壤氮含量也不存在顯著差異性(p>0.05)。不同坡位土壤碳氮比表現(xiàn)出不同的特征。從垂直角度來看，坡中(F=1.90，p>0.05)和背風(fēng)坡(F=1.64，p>0.05)，各層土壤碳氮比不存在顯著性差異，而在坡底(F=3.63，p<0.01)和坡頂(F=3.27，p<0.05)的垂直差異達(dá)到顯著性水平。與碳氮含量類似，這兩種生境表層土壤碳氮比高于底層：坡底0—10 cm層顯著(p<0.05)高于亞表層(10—20 cm)以外的其余各層，坡頂表層(0—10 cm)和亞表層(10—20 cm)顯著(p<0.05)高于底層(60—100 cm)。此外，除60—100 cm層背風(fēng)坡土壤碳氮比顯著高于其它生境外，其余各層不存在坡位間差異性。

研究區(qū)4種坡位土壤容重差異性較小，不同坡位各層土壤容重的相對(duì)極差均小于0.03。從垂直角度來看，4種坡位不存在顯著的垂直差異性(p>0.05)，其變異系數(shù)均小于3%。

圖1　半固定沙丘不同坡位土壤碳含量、氮含量容重及碳氮比垂直分布

2.2.2碳密度與氮密度研究區(qū)不同坡位土壤碳密度均具有顯著的垂直差異性(表3)。在坡底和坡中生境，土壤碳密度隨深度增加而減小，表層(0—10 cm)土壤碳密度顯著高于其下各層，且隨深度增加碳密度下降幅度較大，表層(0—10 cm)碳密度分別為底層(60—100 cm)的2.92和2.80倍。坡頂?shù)奶济芏却怪碧卣髋c坡底和坡中一致，隨深度增加碳密度減小，但降低幅度更大，且該坡位土壤表層(0—10 cm)和亞表層(10—20 cm)的含量均在一個(gè)較高的水平，分別為底層(60—100 cm)的3.01和2.40倍。與其它3種坡位不同，背風(fēng)坡碳密度最小值出現(xiàn)在中層(30—40 cm)，其垂直特征表現(xiàn)為上層(0—40 cm)隨深度增加土壤碳密度逐漸減小，然后緩慢增加的趨勢(shì)，但30—100 cm各層差異性不顯著。從各層的坡位間差異來看，除30—40 cm層以外(F=5.20，p<0.05)，其余各層的差異不顯著(表3)。

氮密度在4種生境中雖有表層高于底層的特點(diǎn)，但各生境的垂直差異均未達(dá)到顯著性水平。此外，各層土壤氮密度的坡位間差異性也不顯著。

2.2.3碳儲(chǔ)量與氮儲(chǔ)量研究區(qū)土壤的碳儲(chǔ)量為716.88±31.59 g/m2，大小順序?yàn)椋浩碌?坡中<坡頂<背風(fēng)坡(圖2)，但差異不顯著(F=0.93，p>0.05)，最小儲(chǔ)量和最大儲(chǔ)量分別為641.35±61.43 g/m2和787.12±39.61 g/m2。從各層土壤碳儲(chǔ)量占總碳儲(chǔ)量的比例來看，4種坡位各具特點(diǎn)(圖3)：表層碳儲(chǔ)量在坡底和坡中生境中占較大的比例(分別為21.51%和21.23%)，而背風(fēng)坡表層該比例僅為15.25%。在10—20 cm層和20—30 cm層，4種坡位碳儲(chǔ)量所占總碳儲(chǔ)量的比例基本一致，該值分別為12.28%～15.36%和10.52%～12.36%。而在30—40 cm層，4種坡位碳儲(chǔ)量占總碳儲(chǔ)量的比例差異較大，其中坡頂該值為12.32%，高于坡底(7.75%)、坡中(9.12%)和背風(fēng)坡(7.94%)。40—50 cm層和50—60 cm層該比例在4種坡位中基本一致，最高比例和最低比例之差均小于2%。不同坡位底層(60—100 cm)土壤碳儲(chǔ)量占總碳儲(chǔ)量的比例差異較大，背風(fēng)坡比例最高，占總碳儲(chǔ)量的35.64%，依次為坡中(30.36%)、坡底(29.45%)和坡頂(25.55%)。

表3　不同坡位土壤碳密度與氮密度

圖2　半固定沙丘不同坡位土壤碳氮儲(chǔ)量

與碳儲(chǔ)量類似，在4種坡位0—100 cm土壤的氮儲(chǔ)量不存在顯著差異性(F=0.11，p>0.05)。最大氮儲(chǔ)量和最小氮儲(chǔ)量分別出現(xiàn)在坡中(99.12±17.47 g/m2)和坡底(90.31±3.42 g/m2)。但與碳不同，氮儲(chǔ)量的分配格局中，上層(0—30 cm)各坡位土壤氮儲(chǔ)量占總氮儲(chǔ)量的比例基本一致，0—10 cm，10—20 cm及20—30 cm層的4種坡位間該比例的差值均小于2%。而在30—40 cm層，4種坡位該比例的差異較大，其中坡中最大，為11.43%，依次為坡頂(10.09%)和背風(fēng)坡(9.57%)，坡底最小，僅為7.12%。同樣，40—50 cm層該比例在4種坡位的差異較大，最大比例和最小比例的差值分別為12.86%(背風(fēng)坡)和8.96%(坡底)。在50—60 cm和60—100 cm土層，各坡位氮儲(chǔ)量占總氮儲(chǔ)量的比例基本一致(圖3)。

圖3　半固定沙丘不同坡位各層土壤碳氮儲(chǔ)量對(duì)總儲(chǔ)量的貢獻(xiàn)率

3討 論

沙丘不同坡位土壤水分[14]、輻射[15]以及干沙層厚度等[16]均存在較大的異質(zhì)性，這些因素對(duì)植被生存生產(chǎn)、凋落物分解[17]及微生物活動(dòng)[18]等產(chǎn)生一定的影響，而植物活動(dòng)、凋落物分解[17]和微生物活動(dòng)是沙地生境土壤養(yǎng)分的重要來源，所以不同坡位土壤特征存在差異性。如以氮素為對(duì)象的研究[17]表明，迎風(fēng)坡總氮和硝態(tài)氮含量較高，而銨態(tài)氮在背風(fēng)坡含量較高。有研究[19]表明，科爾沁沙地不同生境土壤碳含量存在顯著差異，這可能是由于生境間植被初級(jí)生產(chǎn)所導(dǎo)致，包括地上與地下生物量、凋落物與立枯物產(chǎn)量等。本研究發(fā)現(xiàn)，4種不同坡位條件，土壤碳含量存在顯著的垂直差異性，土壤碳含量隨深度遞減。土壤碳的垂直差異性主要發(fā)生在淺層(0—30 cm或0—40 cm)，碳含量與碳密度均在淺層隨深度迅速下降，并達(dá)到平衡狀態(tài)。造成這一現(xiàn)象的原因可能是地表凋落物，一方面，同一類型沙丘不同坡位在初級(jí)生產(chǎn)及凋落物產(chǎn)生方面均有差異性，如王新源[20]的研究發(fā)現(xiàn)，坡底凋落物與立枯物的產(chǎn)量顯著高于坡頂。另一方面，植被對(duì)由風(fēng)力運(yùn)移的凋落物有一定的截獲作用[20-21]，研究區(qū)為半固定沙丘，地表植被蓋度較高，因此對(duì)由風(fēng)力運(yùn)移的凋落物有截獲作用，不同坡位對(duì)凋落物的截獲量不同[20]。此外，不同坡位土壤溫度和水分含量有差異，此二者為凋落物分解的關(guān)鍵因子[22]，沙丘頂雖有相對(duì)較大的凋落物截獲，坡底(丘間地)與迎風(fēng)坡坡中土壤溫度與水分則高于坡頂和背風(fēng)坡[20]，這可能是造成迎風(fēng)坡坡底與坡中表層土壤碳密度高于坡頂和背風(fēng)坡的主要原因，但除30—40 cm層和60—100 cm層外，不同坡位生境間不存在差異性。因此，在大尺度上，土壤碳存在生境間差異，但在同一沙丘不同坡位，這種差異不顯著。

土壤氮含量則不同，在不同生境和不同深度均變異較大，不存在垂直差異性，這可能與氮素的特殊性有關(guān)。首先，氮素為植物體內(nèi)易轉(zhuǎn)移再利用的元素[23]，當(dāng)植物體死亡或器官脫落之前氮素向其它器官的轉(zhuǎn)移導(dǎo)致凋(脫)落物本身的氮素含量有較大的差異性，進(jìn)而在其分解過程中向土壤的釋放量變化較大；另一方面，氮素多以水溶性狀態(tài)存在于土壤中，易受降水淋溶影響，所以淺層土壤氮素隨降水向底層的轉(zhuǎn)移可能是導(dǎo)致其垂直差異較小的原因之一[24-25]；此外，存在于土壤中的氮素，尤其是硝態(tài)氮和銨態(tài)氮，為植物生長的必需元素[23]，其被植物根系的吸收利用可能是導(dǎo)致其淺層含量減小的原因之一。

碳素與氮素在土壤垂直尺度的賦存差異導(dǎo)致碳氮的非一致性分布，即碳素具有明顯的由大到小的垂直差異而氮素沒有，所以各層的碳氮比理論上應(yīng)該為逐漸下降的特征，但本研究中，30—40 cm層為異常層，該層有機(jī)碳含量在該層存在生境差異，氮素在該層變異系數(shù)最大，碳氮比在該層高于其相鄰上下層，容重同樣有最大的變異。這可能與植物根系分布與活動(dòng)有關(guān)。已有的研究[26-28]表明，科爾沁沙地植物，尤其是草本和小灌木，根系主要分布在0—30 cm層，由此推斷，30—40 cm層可能為植物根系存在與否的界限層，根系本身的活動(dòng)，如死亡分解、分泌物產(chǎn)生以及元素吸收等[4]，以及根系與環(huán)境的共同作用，如水分再分配、水力提升等[29-31]，導(dǎo)致該層為土壤的“活躍層”。這一現(xiàn)象在李玉強(qiáng)等[19]的研究中有所驗(yàn)證。通過對(duì)該研究的數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，不同沙漠化階段的土壤碳氮比同樣在30—40 cm層高于相鄰上下層，且有較大的變異系數(shù)，尤其是在潛在沙漠化、輕度和中度沙漠化土壤，其變異系數(shù)均在前2位。

4結(jié) 論

科爾沁沙地半固定沙丘土壤碳氮含量、密度、及碳氮比均存在顯著的垂直差異性，碳氮含量及密度均表現(xiàn)為隨土壤深度增加而逐漸減小的特征。不同坡位土壤容重、氮含量、氮密度、氮儲(chǔ)量等指標(biāo)的異質(zhì)性較小，但30—40 cm層為活躍層，該層各指標(biāo)變異程度較大，且碳含量與碳密度存在顯著的坡位差異。各坡位土壤碳氮儲(chǔ)量分別為716.89和94.14 g/m2，且不同坡位不存在顯著差異性，但碳儲(chǔ)量的構(gòu)成在4種坡位差異較大，而各坡位不同深度土壤氮儲(chǔ)量對(duì)總儲(chǔ)量的貢獻(xiàn)差異較小。

[參考文獻(xiàn)]

[1]Cathy N. Impacts of crop residue management on soil organic matter stocks: A modelling study[J]. Ecological Modelling, 2011,222(15):2751-2760.

[2]Mambelli S, Bird J A, Gleixner G, et al. Relative contribution of foliar and fine root pine litter to the molecular composition of soil organic matter after in situ degradation[J]. Organic Geochemistry, 2011,42(9):1099-1108.

[3]Georgia R K, Paul W H, Gareth E J, et al. Estimating the component of soil respiration not dependent on living plant roots: Comparison of the indirecty-intercept regression approach and direct bare plot approach[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2010,42(10):1835-1841.

[4]蔣德明,周全來,阿拉木薩,等.科爾沁沙地植被生產(chǎn)力對(duì)模擬增加降水和氮沉降的響應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)雜志,2011,30(6):1070-1074.

[5]李祿軍,曾德慧,于占源,等.氮素添加對(duì)科爾沁沙質(zhì)草地物種多樣性和生產(chǎn)力的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2009,20(8):1838-1844.

[6]林貴剛,趙瓊,趙蕾,等.林下植被去除與氮添加對(duì)樟子松人工林土壤化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2012,23(5):1188-1194.

[7]Thomas K, Martin A B, Olof A, et al. Roots contribute more to refractory soil organic matter than above-ground crop residues, as revealed by a long-term field experiment[J]. Agriculture, Ecosystems and Environment, 2011,141(1/2):184-192.

[8]Archna S, Singh K P, Pushpa S, et al. Carbon input, loss and storage in sub-tropical Indian Inceptisol under multi-ratooning sugarcane[J]. Soil and Tillage Research, 2009,104(2):221-226.

[9]Fabio S, Rattan L, Michael H E, et al. Changes in soil carbon and nutrient pools along a chronosequence of poplar plantations in the Columbia Plateau, Oregon, USA[J]. Agriculture, Ecosystems and Environment, 2007,122(3):325-339.

[10]Huang Shan, Peng Xianxian, Huang Qianru, et al. Soil aggregation and organic carbon fractions affected by long-term fertilization in a red soil of subtropical China[J]. Geoderma, 2010,154(3/4):364-369.

[11]Zuo Xiaoan, Zhao Xueyong, Zhao Halin, et al. Scale dependent effects of environmental factors on vegetation pattern and composition in Horqin Sandy Land, Northern China[J]. Geoderma, 2012,173(3/4):1-9.

[12]Zuo Xiaoan, Zhao Xueyong, Zhao Halin, et al. Spatial heterogeneity of soil properties and vegetation-soil relationships following vegetation restoration of mobile dunes in Horqin Sandy Land, Northern China[J]. Plant and Soil, 2009,318(1/2):153-167.

[13]Li Yuqiang, Zhao Halin, Zhao Xueyong, et al. Biomass energy, carbon and nitrogen stores in different habitats along a desertification gradient in the semiarid Horqin sandy land[J]. Arid Land Research and Management, 2006,20(1):43-60.

[14]趙文智.科爾沁沙地人工植被對(duì)土壤水分異質(zhì)性的影響[J].土壤學(xué)報(bào),2002,39(1):113-119.

[15]朱勁偉,金銘德,朱廷耀,等.論烏蘭敖都地區(qū)沙丘坡面直射光的分布[J].生態(tài)學(xué)雜志,1989,8(4):5-12.

[16]宗芹,阿拉木薩,駱永明,等.科爾沁沙地沙丘迎風(fēng)坡面干沙層的空間分布[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2012,23(4):875-880.

[17]董錫文,張曉珂,姜思維,等.科爾沁沙地固定沙丘土壤氮素空間分布特征研究[J].土壤，2010,42(1):76-81.

[18]張曉珂,董錫文,梁文舉,等.科爾沁沙地流動(dòng)沙丘土壤線蟲群落組成與多樣性研究[J].土壤,2009,41(54):749-756.

[19]李玉強(qiáng),趙哈林,趙學(xué)勇,等.科爾沁沙地沙漠化過程中土壤碳氮特征分析[J].水土保持學(xué)報(bào),2005,19(5):73-76.

[20]王新源.科爾沁沙地不同沙丘各生境梯度下凋落物物質(zhì)周轉(zhuǎn)與氮素再分配[D].北京：中國科學(xué)院大學(xué)，2013.

[21]趙哈林,蘇永中,張華,等.灌叢對(duì)流動(dòng)沙地土壤特性和草本植物的影響[J].中國沙漠,2007,27(3):385-390.

[22]Olof A ， Thomas K. The ICBM family of analytically solved models of soil carbon, nitrogen and microbial biomass dynamics-descriptions and application examples[J]. Ecological Modelling, 2001,136(2):191-207.

[23]潘瑞熾.植物生理學(xué) [M].5版.北京:高等教育出版社，2004.

[24]賈曉紅,李新榮,肖洪浪.沙坡頭地區(qū)農(nóng)田灌溉和施肥對(duì)氮淋溶量影響的研究[J].中國沙漠,2005,25(2):223-227.

[25]范丙全,胡春芳,平建立.灌溉施肥對(duì)壤質(zhì)潮土硝態(tài)氮淋溶的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),1998,4(1):16-21.

[26]黃剛,趙學(xué)勇,張銅會(huì),等.科爾沁沙地3種灌木根際土壤pH值及其養(yǎng)分狀況[J].林業(yè)科學(xué),2007,43(8):138-142.

[27]李凱鋒,羅于洋,張海龍,等.科爾沁差巴嘎蒿根系分布規(guī)律與土壤水分關(guān)系的研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2012(8):167-171.

[28]Hansson A C, Aifen Z, Andrén O. Fine-root production in degraded vegetation in Horqin sandy rangeland in Inner Mongolia, China[J]. Arid Soil Research and Rehabilitation, 1995,9(1):1-13.

[29]劉新平,張銅會(huì),何玉惠,等.科爾沁沙地三種常見喬木根—土界面水分再分配初探[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2009,18(6):2360-2365.

[30]阿拉木薩,周麗芳.科爾沁沙地21種植物水分提升作用的實(shí)證檢驗(yàn)[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2011，33(1):70-77.

[31]趙瑋,張銅會(huì),劉新平,等.差巴嘎蒿灌叢土壤和根系含水量對(duì)降雨的響應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)雜志,2008,27(2):151-156.

Soil Carbon and Nitrogen Characteristics of Different Positions of Semi-fixed Dune in Horqin Sandy Land

LUO Yongqing1, DING Jieping2,3, ZHAO Xueyong1, LI Yuqiang1,

ZHOU Xin1, ZHU Yangchun1, YUE Xiangfei1, ZHANG Lamei1

(1.NaimanDesertificationResearchStationofColdandAridRegionsEnvironmentalandEngineeringResearchInstitute,ChineseAcademyofSciences,Lanzhou，Gansu730000,China; 2.GansuAcademyofEnvironmentalSciences,Lanzhou，Gansu730020,China;3.CollegeofEarthandEnvironmentalSciences,LanzhouUniversity,Lanzhou，Gansu730000,China)

Abstract：[Objective] To investigate the distribution of soil organic carbon(SOC) and total nitrogen(TN) in different positions of semi-fixed dune in Horqin sandy land, for exploring the vegetation succession mechanism of different dune slope positions. [Methods] Soil samples were collected from the bottom of windward slope, mid-slope, top and leeward of semi-fixed dunes with 5 m height, along the direction of prevailing wind. Soil bulk density, SOC and TN contents were measured and then the ratio of carbon/nitrogen(C/N), densities and stocks of SOC and TN were calculated. [Results] (1) SOC contents in all 4 positions of the semi-fixed dune were decreased with soil depth and the obvious variation occurred in depth of 0—40 cm, and there were position differences (p<0.05) of SOC contents at depth of 30—40 cm and 60—100 cm; (2) TN contents and bulk density were all insignificantly different among different depths and slope positions. Ratio of C/N showed significant differences between the bottom and top of semi-fixed dunes. The ratio at the depth in leeward from 60 to 100 cm had significantly higher values than others; (3) SOC density decreased significantly with soil depth in all slope positions, and there existed significant differences of SOC density at depth of 30—40 cm among slope positions. No significant differences of nitrogen density were found among dune positions and profile depths; (4) Stocks of SOC and TN were 716.89 and 94.14 kg/m2in semi-fixed dune, respectively. The differences among slope positions were insignificant. However, contribution in each layer of SOC stock to the total stock was different between slope positions while TN was similar in each layer to the total. [Conclusion] There were insignificant differences in both contents and densities of SOC and soil nitrogen in semi-fixed dune of Horqin sandy land among dune position, however, contents of SOC and soil nitrogen differed significantly among soil depth in all dune positions, especially at the depth of 30—40 cm, which changed intensely, and this may due to plant root distribution of this depth.

Keywords:Horqin sandy land； semi-fixed dune； slope position； soil property

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-288X(2015)02-0094-07

中圖分類號(hào)：S151, X171.1

收稿日期：2014-02-27修回日期：2014-04-10