川西北高寒草地沙化過程中土壤氮素變化特征

蔣雙龍,胡玉福，蒲　琴,舒向陽,袁鋮銘,余　倩

四川農(nóng)業(yè)大學 資源環(huán)境學院，成都　611130

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川西北高寒草地沙化過程中土壤氮素變化特征

蔣雙龍,胡玉福*，蒲琴,舒向陽,袁鋮銘,余倩

四川農(nóng)業(yè)大學 資源環(huán)境學院，成都611130

1　研究區(qū)域與研究方法

1.1研究區(qū)域概況

研究區(qū)地處四川阿壩藏族羌族自治州紅原縣境內(nèi)，境域分屬長江、黃河兩大水系，地勢由東南向西北傾斜，地貌具有山原向丘狀高原過渡的典型特征。氣候屬大陸性高原寒溫帶季風氣候，春秋短促、長冬無夏。年均降雨量791.95mm，降雨主要集中在5—10月，年均氣溫為0.9℃，最冷月平均氣溫-10.3℃，最熱月平均氣溫10.9℃，年均積雪期為76d，無絕對的無霜期。日照時間長，太陽輻射強，年均日照時間2158.7 h，太陽輻射年總量為6194MJ/m2。土地利用現(xiàn)狀以草地為主，也有較大面積的沼澤地和沙化地分布，其中沙化土地總面積約為6915hm2，主要分布于邛溪鎮(zhèn)和瓦切鄉(xiāng)境內(nèi)[24]。土壤類型以亞高山草甸土為主，沼澤土、沼澤化草甸土和風沙土等也均有分布[21]。植被以華扁穗草(Blysmussinocompressus)，垂穗披堿草(Elymussibiricus)，線葉嵩草(Kobresiacapillifolia)，賴草(Leymussecalinus)，淡黃香青(Anaphalisflavescens)，黑穗薹草(Carexatrata)，沙生薹草(Carexpraeclara)，木里薹草(Carexmuliensis)，細葉亞菊(Ajaniatenuifolia)等為主，植被組合以亞高山草甸為主，沼澤草甸與沼澤植被較為發(fā)達，植物群落外貌鮮艷，富有季相之變化[25]。

1.2土壤樣品采集

表1　草地樣方信息記錄表

1.3測定方法及數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計、方差分析、相關分析及圖表繪制在EXCEL2010和SPSS 17.0軟件下進行。

2　結果分析

2.1草地沙化過程中地表植被變化特征

圖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:未沙化樣地Non-desertification grassland; LDG:輕度沙化樣地Light-desertification grassland; MDG:中度沙化樣地Medium-desertification grassland;HDG: 重度沙化草地Heavy-desertification grassland; SDG:嚴重沙化樣地Severe-desertification grassland；不同小寫字母代表處理間顯著水平為0.05，不同大寫字母代表處理間顯著水平為0.01，相同字母代表處理之間者差異不顯著

圖2　不同程度沙化草地物種豐富度變化情況　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變化極其明顯，隨著沙化程度的增加，群落蓋度、植被平均高度和物種豐度均呈現(xiàn)出急劇下降的變化特征(P<0.01)(圖1，圖2)。統(tǒng)計結果表明，未沙化草地群落蓋度達95%以上，而極重度沙化群落蓋度不足10%，下降幅度達94.57%；未沙化草地平均株高近25cm，極重度沙化群落蓋度低于7cm左右，下降幅度達71.68%；未沙化草地物種豐度達20種以上，極重度沙化則不足5種，下降幅度達83.33%。說明沙化導致草地地表植被狀況逐漸變差。

2.2草地沙化過程中土壤顆粒組成變化特征

土壤顆粒組成是土壤質(zhì)地和結構的重要表征，而土地沙化的核心問題是土壤顆粒的粗大化[30]。結果表明，隨著草地沙化嚴重程度增加，0—100cm土層土壤顆粒組成變化明顯，呈現(xiàn)出砂粒(>0.05mm)含量增加，粉粒(<0.01mm)、黏粒(0.01—0.05mm)含量減少的變化特征，其中，極重度沙化草地較未沙化草地沙粒含量增加了9.49%，粉粒和粘粒含量分別減少了78.43%和60.59%(P<0.05)(表2)；土層剖面上，0—20cm和20—40cm土層不同程度沙化草地的土壤沙粒、粉粒和粘粒含量變化明顯，極重度沙化草地較未沙化草地土壤沙粒含量分別增加了28.15%和14.39%(P<0.05)，粉粒和粘粒含量分別減少了87.57%和82.96%、75.82%和65.73%(P<0.05)。隨著土層深度的增加，不同程度沙化草地土壤顆粒組成之間的差異逐漸減小。

2.3草地沙化過程中土壤全氮變化特征

草地沙化導致0—100cm土層全氮大量流失，極重度沙化階段較未沙化階段全氮含量下降幅度達73.95%。隨著沙化進程，全氮含量及降低幅度呈逐漸減少的變化特征，其中，輕度沙化階段較未沙化草地、中度沙化階段較輕度沙化階段、重度沙化階段較中度沙化階段、極重度沙化階段較重度沙化階段分別下降了41.18%、33.16%、21.37%和15.74%，方差分析結果表明，不同程度沙化草地之間土壤全氮含量差異達極顯著水平(P<0.01)(表3)；在土層剖面上，0—20cm土層全氮含量受草地沙化影響最為明顯，其下降幅度達86.43%，其中，輕度沙化階段減少最多，達0.51g/kg，且隨著沙化嚴重程度增加，全氮減少量呈現(xiàn)逐漸降低的變化特征。隨著土層深度增加，草地沙化對土壤全氮的影響程度逐漸減弱，80—100cm土層全氮含量下降幅度相對最低，為49.04%。

2.4草地沙化過程中土壤堿解氮變化特征

草地沙化導致0—100cm土層堿解氮含量下降了7.72%。隨著沙化進程，堿解氮含量呈逐漸減少的變化特征，其中，輕度沙化階段較未沙化階段、中度沙化階段較輕度沙化階段、重度沙化階段較中度沙化階段、極重度沙化階段較重度沙化階段分別降低了35.17%、33.20%、24.88%和31.53%(P<0.01)(表4)；在土層剖面上，0—20cm土層土壤堿解氮含量減少最明顯，下降的幅度達83.52%。其中，輕度沙化階段減少量最多，達8.90mg/kg。隨著土層深度增加，堿解氮受草地沙化的影響程度逐漸減小，其中，80—100cm土層僅下降了49.91%。

表2　不同沙化程度草地土壤顆粒組成

不同小寫字母代表處理間顯著水平為0.05，不同大寫字母代表處理間顯著水平為0.01，相同字母代表處理之間差異不顯著

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堿解氮含量/(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草地沙化過程中土壤MBN變化特征

草地沙化導致0—100cm土層MBN含量下降了84.12%，其中，輕度沙化階段較未沙化階段、中度沙化階段較輕度沙化階段、重度沙化階段較中度沙化階段、極重度沙化階段較重度沙化階段分別降低了46.88%、44.22%、31.16%和22.14%(P<0.01)(表7)；在土層剖面上，0—20cm土層MBN下降幅度最明顯，達91.77%，其中，輕度沙化階段減少數(shù)量最多，達9.46mg/kg，隨著沙化嚴重程度增加，MBN減少量呈現(xiàn)逐漸降低的變化特征。隨著土層深度增加，草地沙化對土壤MBN的影響逐漸降低。

表7　不同程度沙化草地土壤MBN含量/(mg/kg)

2.8沙化草地土壤氮素與土壤顆粒組成相關分析

表8　相關性分析

**為極顯著相關(P<0.01)

2.9草地沙化過程中土壤氮變素對地表群落蓋度的響應特征

圖3　群落蓋度與土壤氮素相關分析Fig.3　Correlation analysis between community coverage and nitrogens

3　討論

3.1草地沙化對土壤氮素含量的影響

以風蝕為主要特征的土地沙化是我國最嚴重的草地退化類型之一[31]。它能導致土壤氮素含量快速降低，引起土壤生產(chǎn)潛力的部分或完全損失，從而破壞草地生態(tài)系統(tǒng)氮素平衡[32-33]。本研究結果表明，隨著沙化進程，川西北高寒草原不同程度沙化草地0—100cm土層土壤全氮、堿解氮含量呈顯著降低的變化特征，降低幅度分別達73.95%和77.72%，其中，輕度沙化階段變化最為明顯，降低幅度分別為41.18%和35.17%。表明沙化對研究區(qū)草地土壤氮素含量影響顯著，其中沙化前期階段影響最為顯著。0—20cm土層全氮、堿解氮含量分別降低了86.43%和83.52%，而隨著土層深度增加，全氮、堿解氮含量降低幅度逐漸減小，表明草地沙化對表層土壤氮素影響更為顯著。上述結果與趙哈林等[5, 34-35]、Zhou[18]和李俠等[15]關于我國干旱半干旱地區(qū)草地沙化進程中土壤氮素的變化規(guī)律相一致。說明川西北半濕潤地區(qū)草地沙化過程中土壤全氮和堿解氮變化特征與我國北方半干旱地區(qū)草地相似。

3.2土壤氮素損失與草地沙化的關系

4　結論

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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

國家科技支撐計劃項目(2008BAK51B02)；四川省科技計劃項目(2013SZ0110, 2014SZ0057, 2014SZ0159)

2015- 01- 14; 網(wǎng)絡出版日期:2015- 11- 17

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

10.5846/stxb201501140111

蔣雙龍,胡玉福，蒲琴,舒向陽,袁鋮銘,余倩.川西北高寒草地沙化過程中土壤氮素變化特征.生態(tài)學報,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.