陳秋捷, 張楠楠, 仲波, 陳冬明, 孫庚,*, 劉琳

若爾蓋高寒草地退化沙化過程中土壤養(yǎng)分與團聚體結(jié)構(gòu)的變化特征

陳秋捷1,2, 張楠楠2, 仲波2, 陳冬明3, 孫庚2,*, 劉琳1,*

1. 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動科院草學(xué)系, 成都 611130 2. 中國科學(xué)院山地生態(tài)恢復(fù)與生物資源利用重點實驗室, 生態(tài)恢復(fù)與生物多樣性保育四川省重點實驗室, 中國科學(xué)院成都生物研究所, 成都 610041 3. 四川省甘孜藏族自治州畜牧業(yè)科學(xué)研究所, 康定 626000

若爾蓋地處青藏高原東緣, 是黃河上游重要的水源涵養(yǎng)地。近來受過度放牧、鼠蟲害等影響, 若爾蓋高寒草地出現(xiàn)嚴重退化, 部分草地已完全沙化。草地沙化已成為若爾蓋高寒草地生態(tài)安全所面臨的重大問題。研究以若爾蓋典型的沙化地區(qū)麥溪鄉(xiāng)為研究對象, 以植被覆蓋率為沙化梯度劃分標準, 分別劃分未退化、輕度退化、中度退化、重度退化和極度退化5種不同退化階段草地, 探究退化沙化過程中草地土壤養(yǎng)分與團聚體結(jié)構(gòu)變化特征。結(jié)果表明: (1)退化沙化過程中, 土壤養(yǎng)分含量總體隨著草地沙化程度的加劇而顯著下降(<0.05)。(2)退化沙化過程中土壤團聚體結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化, 團聚體平均重量直徑(MWD)、幾何平均直徑(GWD)隨著沙化程度的加劇而顯著降低(<0.05); 各粒級團聚體百分比僅5—2 mm粒級團聚體在重度退化階段發(fā)生顯著降低變化(<0.05), 其他粒級并未表現(xiàn)出明顯的變化趨勢。(3)團聚體MWD與微生物生物量、有機質(zhì)、全氮、硝態(tài)氮、有機碳均呈顯著或極顯著正相關(guān), 與pH呈極顯著負相關(guān)(<0.01)。在整個草地退化沙化過程中, 土壤養(yǎng)分含量顯著下降, 土壤結(jié)構(gòu)受到嚴重破壞, 二者之間變化關(guān)系緊密。草地沙化治理與防護過程中, 要兼顧土壤結(jié)構(gòu)修復(fù)與養(yǎng)分輸入, 處理好土壤團聚體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與養(yǎng)分轉(zhuǎn)化間的交互關(guān)系。

若爾蓋; 草地沙化; 土壤養(yǎng)分; 土壤團聚體

0 前言

若爾蓋高寒草地地處青藏高原東緣, 是我國重要牧區(qū), 也是長江、黃河流域重要的水源涵養(yǎng)及生物多樣性集中區(qū), 具有重要的生態(tài)地位[1]。近年來受人為及自然因素影響, 若爾蓋高寒草地嚴重退化, 大量沙化地出現(xiàn)。調(diào)查表明, 1994—2009年, 若爾蓋沙化草地面積增加了28.1 %, 2009年沙化草地面積達到82.19×104hm2, 占川西北幅員面積25.85×106hm2的3.18 %[2]。草地沙化對高寒草地生態(tài)有著嚴重的影響。草地退化沙化過程中, 土壤養(yǎng)分嚴重流失, 團聚結(jié)構(gòu)遭到嚴重破壞, 土壤砂粒含量增加, 直接影響著草地植物生長[3], 而草地植物生長受阻又將影響著土壤恢復(fù)[4]。在高寒草地草地生態(tài)系統(tǒng)退化沙化過程中, 土壤退化往往滯后于植物退化, 其退化后恢復(fù)時間要遠遠長于草地植物的恢復(fù)時間[5], 這將嚴重影響高寒草地生態(tài)系統(tǒng)健康與平衡, 給草地生態(tài)可持續(xù)發(fā)展帶來極大阻礙[6]。

草地沙化將直接影響草地生產(chǎn)力, 探究土壤養(yǎng)分含量在草地退化沙化過程中變化規(guī)律, 對沙化草地的恢復(fù)與管理有著重要的理論意義[7-8]。土壤團聚體作為土壤結(jié)構(gòu)的基本單元, 影響著土壤的孔隙性、持水能力, 透氣性等, 其穩(wěn)定性是反應(yīng)土壤結(jié)構(gòu)狀況的重要指標之一[9]。目前對川西北若爾蓋高寒草地研究主要集中在退化現(xiàn)狀及其驅(qū)動力等方面, 對于土壤化學(xué)和微生物肥力與土壤物理結(jié)構(gòu)間的變化及相互影響關(guān)系的研究較少[8]。因此, 了解掌握若爾蓋高寒草地退化沙化過程中, 土壤養(yǎng)分及土壤團聚體變化特征及其相互關(guān)系是極其必要的。

本研究以若爾蓋沙化草地為研究對象, 探究高寒草地退化沙化過程中, 不同沙化程度草地土壤養(yǎng)分、土壤團聚體結(jié)構(gòu)的變化特征, 以期了解若爾蓋高寒草地的退化沙化過程中土壤自身養(yǎng)分與結(jié)構(gòu)間的內(nèi)在變化關(guān)系, 為若爾蓋沙化草地恢復(fù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究地點

本研究試驗點位于四川省北部的若爾蓋縣麥溪鄉(xiāng)(102°11′—102°18′E、33°56′—33°58′N), 平均海拔3430 m, 屬典型高原寒溫帶濕潤季風(fēng)氣候。年均氣溫1.3 ℃, 年降水量615 mm, 年蒸發(fā)量1352.4 mm, 無絕對無霜期。該地降雨多集中于5月下旬至7月中旬, 年降雨量656.8 mm, 年均相對濕度69 %。每年10月初土地開始凍結(jié), 5月中旬完全解凍。沙化草地主要出現(xiàn)冬季放牧集中的地區(qū), 包括某些古河道。該地區(qū)草地沙化較輕的地段, 植物組成與原生植被組成相似; 嚴重沙化的地段, 植物組成相對簡單, 并出現(xiàn)沙生苔草(spp)、賴草(()Tzvel.)等沙生植物。未經(jīng)管理沙化草地將最終演變?yōu)榇笮偷牧鲃由城? 無任何植被類型。

1.2 研究方法

于2016年8月, 在麥溪鄉(xiāng)境內(nèi)隨機選擇大型裸露沙丘, 以沙丘中心為起點向外圍草地擴散取樣。以植被覆蓋率為沙化梯度劃分標準[10], 將植被覆蓋率為70%—100 %、50%—70 %、30%—50 %、10%—30 %、0%—10 %分別劃分為潛在沙化草地(未沙化地)、輕度沙化草地、中度沙化草地、重度沙化草地、極度沙化草地5個梯度[11-13]。每個處理內(nèi)隨機設(shè)置4個1×1 m的樣方, 采用直徑5 cm的土鉆, 在樣方內(nèi)按對角線取樣法隨機取3鉆0—20 cm土層土壤, 3鉆混合放入自封袋中, 帶回實驗室過2 mm篩, 4℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 分析方法

土壤可溶性有機碳、氮用土壤浸提液直接在TOC分析儀上測定[14]; 微生物生物量碳(microbial biomass carbon, MBC)采用氯仿熏蒸—K2SO4浸提法測定, 轉(zhuǎn)換系數(shù)K取0.38, 微生物生物量氮(microbial biomass nitrogen, MBN)采用氯仿熏蒸—K2SO4提取測定, 轉(zhuǎn)換系數(shù)K取0.45[15]; 有機質(zhì)采用重鉻酸鉀—濃硫酸油浴法[16]; 土壤pH值采用1 : 2.5土水比進行混合后, 土壤懸浮液用pH測量儀(PHB—4)進行測定; 硝態(tài)氮用酚二磺酸分光光度法(GB7480—87)測定; 銨態(tài)氮用納氏試劑比色法(GB7479—87)測定[14]。

土壤團聚體分析采用濕篩法: 將土壤樣品過8 mm的篩子, 稱取60 g土壤樣品(干重), 小心放入土壤團聚體濕篩測定儀的套篩(>2000 um)進行團聚體分級, 篩套從上至下分別為(2000 um, 250 um, 53 um),土壤完全浸入去離子水中(套篩不完全浸入水中), 靜置5分鐘, 開啟團聚體分析儀 (振幅3 cm, 25 Hz, 2 min), 小心分離不同粒級套篩上的土壤, 用于土壤團聚體比例測定[17-19]。

團聚體的平均重量直徑(MWD)和幾何平均直徑(GWD)計算采用公式[20]:

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 17.0軟件進行統(tǒng)計分析, 通過單因素方差分析(One—way ANOVA)和LSD多重比較法進行差異顯著性檢驗, 檢驗不同草地退化程度下若爾蓋沙化草地土壤養(yǎng)分含量及土壤團聚體的變化。文中數(shù)據(jù)均為平均值(mean)±標準誤(SE), 文中所有圖在Origin(version 8.0)中繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 退化沙化過程土壤化學(xué)特征變化

由表1可看出, 銨態(tài)氮總體變化較為波動, 未出現(xiàn)明顯的規(guī)律變化, 與未退化處理相比, 僅中度退化與極度退化處理階段有顯著的下降(<0.05), 分別下降了30.07 %和28.85 %。硝態(tài)氮呈現(xiàn)出隨沙化程度加深而顯著降低(<0.05), 較未退化處理相比較, 極度退化減少了83.67 %; 可溶性全氮變化趨勢與硝態(tài)氮相近, 與未退化相比較, 其輕度退化與極度退化處理階段分別減少了41.4 %和73.38 %。可溶性有機氮與可溶性有機碳都僅在退化初期(未退化至輕度退化)顯著下降(<0.05), 分別下降了56.97 %、51.72 %。土壤pH表現(xiàn)出隨沙化程度的加深而顯著上升趨勢<0.05), 在極度退化階段達到最大值(8.16±0.02)。較未退化樣地, 極度退化樣地pH值上升了7.11 %。

圖1可知, 隨著沙化程度愈深, 土壤有機質(zhì)及全氮均表現(xiàn)出顯著下降趨勢(<0.05)。其變化區(qū)間分別在(3.15±0.22—11.09±2.43) g·kg–1(圖1a)和(0.2±0.01—0.64±0.10) g·kg–1(圖1b)之間, 最大值均出現(xiàn)在未退化處理階段。與未退化階段相比較, 各退化沙化處理階段有機質(zhì)含量分別下降了41.66 %、55.73 %、57.17 %、71.6 %; 全氮含量分別下降26.56 %、45.31 %、50 %、68.75 %?？梢娪袡C質(zhì)、全氮均在極度退化階段下降百分比最為突出。

2.2 退化沙化過程土壤微生物生物量碳、氮含量的變化

由圖2可知, 不同退化沙化階段土壤微生物碳、氮均表現(xiàn)出顯著下降(<0.05)。MBC在輕度退化處理階段開始出現(xiàn)顯著下降(<0.05), 相比未退化處理下降了57.63 %, 但并未在其余退化處理階段繼續(xù)出現(xiàn)顯著下降變化()。相較未退化處理, MBN在輕度退化處理階段開始出現(xiàn)顯著下降, 并在極度退化處理階段再次出現(xiàn)顯著下降, 下降幅度分別為64.09 %和89.65 %。

2.3 退化沙化過程中土壤團聚體的百分比變化

表2可知, 在整個退化沙化過程中, 2—0.250 mm、0.250—0.053 mm粒級始終顯著高于5—2 mm、0.053—0 mm粒級(<0.05), 而5—2 mm及0.053—0 mm粒級之間并未出現(xiàn)顯著的變化(＞0.05)。同時, 隨著沙化程度愈深, 0.250—0.053 mm粒級在中度退化處理階段開始表現(xiàn)出顯著高于2—0.250 mm粒級的變化趨勢(<0.05)。與未退化處理相比較, 退化沙化過程中2—0.250 mm、 0.250—0.053 mm及0.053—0 mm粒級并未發(fā)生明顯的增減變化(P＞0.05), 但5—2 mm粒級在重度退化處理階段出現(xiàn)了顯著的降低變化(< 0.05), 下降了67.65 %; 并在極度退化階段未篩得該粒級團聚體。

表1 不同退化沙化階段土壤理化性質(zhì)

注：不同小寫字母表示各處理間在< 0.05水平上差異顯著。

圖1 不同退化沙化階段土壤有機質(zhì)(a)、全氮含量(b)

Figure 1 Soil organic matter (a) and total nitrogen content (b) under different degrees of degradation

圖2 不同退化沙化階段土壤微生物生物量碳(a)、氮(b)

Figure 2 Soil microbial biomass carbon (a) and nitrogen (b) under different vegetation coverage

表2 不同退化沙化階段土壤團聚體百分比

不同小寫字母表示不同粒級在P < 0.05水平上差異顯著, 不同大寫字母表示不同沙化程度在P < 0.05水平上差異顯著。

表3 不同退化沙化階段土壤團聚體平均重量直徑和幾何平均直徑

不同小寫字母表示在P < 0.05水平上差異顯著。

從表3中可以看出, MWD和GWD變化趨勢相近, 隨沙化程度加深均表現(xiàn)出顯著下降的趨勢(<0.05)。MWD在中度退化處理階段開始顯著降低(P<0.05), 相比較未退化階段, 中度、重度和極度退化階段MWD分別降低了31.53 %、38.09 %及46.14 %。GWD在重度退化階段出現(xiàn)顯著降低變化(<0.05)并在極度退化時達到最低值(0.254±0.012 mm), 相比未退化階段, 重度、極度退化階段GWD分別降低了32.18 %和41.2 %。

2.5 土壤微生物生物量碳氮、土壤理化及土壤團聚體指數(shù)的相關(guān)性分析

結(jié)果表明(表4), 土壤全氮除與pH呈極顯著負相關(guān)(<0.05)外, 與其余指標均呈顯著或極顯著正相關(guān); 有機質(zhì)與MWD呈極顯著正相關(guān)(<0.01), 相關(guān)系數(shù)為0.567。微生物生物量碳與銨態(tài)氮、可溶性有機碳、有機質(zhì)、全氮均有極顯著正相關(guān)(<0.01)相關(guān)系數(shù)分別為0.679、0.881、0.848、0.796; 微生物生物量氮除與pH呈極顯著負相關(guān)(<0.01)外、與其他各養(yǎng)分指標間均呈顯著(或極顯著)正相關(guān)(<0.01); 從土壤結(jié)構(gòu)相關(guān)性而言, 微生物碳、氮變化規(guī)律相近, 都與MWD呈顯著正相關(guān)(<0.05)相關(guān)系數(shù)分別為0.488、0.538。土壤pH值與各指標間均呈顯著或極顯著負相關(guān)。MWD與GWD之間呈極顯著正相關(guān)(<0.01), 相關(guān)系數(shù)為0.947。

表4 微生物生物量碳氮、土壤理化及土壤團聚體指數(shù)相關(guān)性

**<0.01; *<0.05

3 討論與結(jié)論

3.1 退化沙化過程中土壤化學(xué)性質(zhì)的變化

土壤化學(xué)性質(zhì)反映土壤營養(yǎng)狀況, 其變化將直接影響土壤微生物群落及植被的生長發(fā)育[21]。草地沙化將導(dǎo)致土壤養(yǎng)分含量的驟降, 引起各養(yǎng)分間的比例失調(diào)和土壤貧瘠化, 進而限制植物生長發(fā)育[22-23]。研究發(fā)現(xiàn), 隨著草地退化沙化程度的加劇, 硝態(tài)氮、可溶性全氮及可溶性有機碳均表現(xiàn)出顯著下降變化(P<0.05), 這與陳東明等(2016)研究結(jié)果相似。這是因為草地退化程度的加劇, 地上生物量急劇減少, 地表植被覆蓋率降低, 導(dǎo)致凋落物、地下植物根系及根系分泌物減少, 使得植物氮、碳礦化速率降低, 從而導(dǎo)致土壤中化學(xué)養(yǎng)分大量損失[24]。本研究表明, 隨著草地退化沙化程度加深, 土壤堿性程度不斷升高, 這與孫磊等(2016)研究結(jié)果相似, 這是因為草地不斷退化沙化過程中, 植被減少, 覆蓋率降低, 大量地表裸露, 土壤直接受到強烈的風(fēng)蝕、太陽輻射等, 土壤含水量減少, 水分蒸發(fā)量加大, 土壤中的酸性溶液分解揮發(fā), 少量碳酸鈣集聚到土壤表層導(dǎo)致pH上升[3,25]。

有機質(zhì)是草地土壤質(zhì)量演變的主要標志和土壤結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵影響因子[26-27], 本研究中, 未退化階段有機質(zhì)含量顯著高于其它4個退化階段, 這與蔡曉布(2008)研究結(jié)果相近。未退化階段地表植被蓋度大, 且草氈層保存完整, 故土保水能力較強, 植被條件良好, 地上地下生物量增多并產(chǎn)生大量凋落物質(zhì), 將極有助于有機質(zhì)轉(zhuǎn)化與積累[8]。相關(guān)性結(jié)果表明(表4), 全氮與有機質(zhì)、微生物生物量及土壤團聚體結(jié)構(gòu)間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01), 這與王彩虹等(2008)、趙彤等(2013)研究結(jié)果相近。退化沙化過程中, 草地表層植被量下降, 地下根系減少, 土地裸露, 直接影響著土壤固氮能力, 導(dǎo)致土壤全氮含量降低; 有機質(zhì)含量發(fā)生改變, 降低對土壤的穩(wěn)定能力, 進而對土壤團聚體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞, 土壤結(jié)構(gòu)的破壞, 而土壤微生物是有機質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中最重要的因素[28], 土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的降低, 將導(dǎo)致微生物活力下降, 直接影響著有機質(zhì)及全氮轉(zhuǎn)化[9,29]。

3.2 退化沙化對草地土壤微生物生物量碳、氮含量的影響

土壤微生物量是高寒草地生態(tài)系統(tǒng)中一個重要的組成部分, 也是土壤有機質(zhì)中最活躍、最易變化的部分[30]。其活動力強弱與草原植被類型、覆蓋率等密切相關(guān)[31-33]。本研究表明, 退化沙化過程中土壤微生物生物量碳、氮均呈顯著下降趨勢, 這與魏衛(wèi)東等(2014)的研究結(jié)果相似[32], 草地退化沙化過程中, 地表植被量不斷減少, 覆蓋率嚴重降低, 大量土壤裸露出現(xiàn), 引起土壤退化, 使得輸入土壤中的有機質(zhì)減少, 微生物活動所需底物降低, 從而減少其生物量碳、氮含量[34]。研究發(fā)現(xiàn), 土壤微生物生物量碳、氮不僅隨著退化程度的加劇而降低, 且與土壤有機質(zhì)和全氮含量變化呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)(表4), 這與林璐等(2013)研究結(jié)果相近[35], 這說明土壤中的養(yǎng)分物質(zhì), 將顯著制約微生物生物量及活性。草地沙化, 土壤裸露將直接影響其有機質(zhì)和全氮含量, 直接破壞、改變微生物生活環(huán)境[36-37]。高寒草地為土壤微生物提供了大量凋落物, 同時地下根系的發(fā)育程度以及不同植物根系的分泌物和衰亡都會直接影響到土壤微生物的能源物質(zhì)數(shù)量和土壤環(huán)境[32,,38], 草地沙化程度加劇, 草地生態(tài)系統(tǒng)逆向演替, 植被覆蓋率急劇下降, 植物種類、凋落物大量減少, 土壤有機質(zhì)、全氮及有機碳等土壤養(yǎng)分大量損失, 土壤結(jié)構(gòu)遭到嚴重破壞, 這系列過程使土壤微生物生長和繁殖的能源物質(zhì)減少, 使微生物生育及活動受到抑制[39-40]。

3.3 退化沙化對土壤團聚體的影響

土壤團聚體是土壤的重要結(jié)構(gòu)單元, 是土壤的重要組成部分, 是土壤中物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化及代謝的場所, 具有保證和協(xié)調(diào)土壤中的水、肥、氣、熱, 影響土壤酶的種類和活性, 維持和穩(wěn)定土壤疏松熟層等3大重要作用[17,41]研究顯示, 草地退化沙化不斷加劇, 2—0.250 mm、0.250—0.053 mm粒級團聚體所占百分比始終高于5—2 mm、0.053—0 mm粒級團聚體, 這與U Mardhiah等(2014)研究結(jié)果相近[43], 這是由于草地退化沙化改變了地上植被和地下根系量, 引起土壤容重增加和水穩(wěn)性團聚體數(shù)量下降, 這將直接或間接影響土壤顆粒組成, 從而改變土壤空隙的大小及分布[41]。退化沙化過程中僅5—2 mm粒級在重度退化階段表現(xiàn)出顯著下降變化(<0.05), 其余粒級并未發(fā)生顯著變化, 而不同退化沙化階段MWD、GMD呈現(xiàn)出顯著下降趨勢(<0.05), 這表明不同的退化程度對土壤團聚體大小分布狀況無顯著影響, 但對團聚體的穩(wěn)定性有明顯影響[9]。土壤團聚體MWD和GMD是反映土壤團聚體大小分布狀況的常用指標, MWD 和GMD 值越大表示土壤團聚體聚合團聚程度越高, 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性越好[9]。本研究表明, 隨著草地沙化程度的加劇, MWD、GWD均呈現(xiàn)出顯著下降趨勢(P<0.05), 這與(王洋, 2012)研究結(jié)果相似[41], 這是因為草地退化沙化致使土壤微生物數(shù)量、活力降低, 有機質(zhì)及植物根系分泌物大量減少, 降低了土壤微小顆粒自身團聚, 直接影響大粒級團聚體形成, 并抑制了土壤結(jié)構(gòu)發(fā)展, 降低了土壤的恢復(fù)能力[42-44]。同樣, 相關(guān)性分析顯示, 土壤團聚體MWD與微生物量碳、硝態(tài)氮、可溶性有機碳和全氮間呈顯著或極顯著正相關(guān)。試驗表明團聚體MWD在中度退化階段開始出現(xiàn)顯著下降變化, 而微生物量碳、硝態(tài)氮、可溶性有機碳和全氮在輕度退化階段就開始顯著下降, 表明土壤相關(guān)碳氮養(yǎng)分的含量變化及其礦化速的改變將優(yōu)先于土壤結(jié)構(gòu)變化, 并影響著土壤團聚體結(jié)構(gòu)質(zhì)量的改變[43-44]。

3.4 結(jié)論

若爾蓋高寒草地退化沙化過程中土壤化學(xué)、生物養(yǎng)分總體隨草地沙化程度的加深而顯著降低, 且在沙化前兩階段其下降百分比最為明顯。草地沙化將改變土壤團聚結(jié)構(gòu), 而這一改變過程與微生物活性、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化速率及含量的變化顯著相關(guān)。試驗表明, 沙化初期將是對其進行恢復(fù)防治的關(guān)鍵時期, 草地管理過程中, 應(yīng)加大對于這一階段的預(yù)警工作。在治理與防治草地沙化過程中, 應(yīng)兼顧土壤結(jié)構(gòu)修復(fù)與養(yǎng)分輸入, 處理好土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與養(yǎng)分轉(zhuǎn)化間的交互關(guān)系。

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Change of soil nutrient and aggregate structure during the desertification process of grassland in Zoige

CHEN Qiujie1,2, ZHANG Nannan2, ZHONG Bo2, CHEN Dongming4, SUN Geng2,*, LIU Lin,*

1. Department of Grassland Science, College of Animal Science and Technology, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China 2. Key Laboratory of Mountain Ecological Restoration and Bioresource Utilization, Chinese Academy of Sciences, Key Laboratory of Ecological Restoration and Biodiversity Conservation, Chengdu Institute of Biology, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610041, China 3. Sichuan Ganzi Tibeta Autonomous Prefecture Institute of Animal Husbandry Science, Kangding, Sichuan 626000, China

Zoige is an important water source for the upper reaches of the Yellow River which locates on the eastern edge of the Qinghai-Tibet Plateau. In recent years, due to overgrazing, rodents and pests and other reasons, the Zoige alpine grassland has been seriously degraded, and some grasslands have completely desertified. Grassland desertification has become a major problem imperiling the ecological security of the Zoige alpine grassland. This study was conducted at the Maixi Township, the main desertification area of Zoige. According to the vegetation coverage rate of the desertified grassland, we divided the grassland to five different desertification stages: non-desertification, mildly desertification, moderately desertification, severely desertification and extremely desertification. Soil nutrient and aggregate structure were measured in these desertified grassland. The results showed that: (1) In the process of desertification, the soil nutrient content decreased significantly (<0.05). (2) The structure of soil aggregates changed significantly during desertification. The average weight diameter (MWD) and geometric mean diameter (GWD) of aggregates decreased significantly as the degree of desertification deepened (<0.05). In terms of the percentages of the aggregate fractions of different particle sizes, only the percentage of 5-2 mm particle size aggregate decreased significantly at the stage of severe desertification. (3) The aggregates MWD had significantly positive relationship with microbial biomass, organic matter, total nitrogen, nitrate nitrogen and organic carbon respectively, but had significantly negative relationship with pH (<0.01). During the desertification process of grassland, the soil nutrient content decreased significantly and the soil aggregate structure was seriously damaged. Therefore, in the process of controlling and recovering desertified grassland, it is necessary to take into account the soil structure restoration and nutrient input and improve the interaction between soil aggregate structural stability and nutrient conversion.

Zoige; grassland desertification; soil nutrients; soil aggrega

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.04.003

S155.7+7

A

1008-8873(2019)04-013-08

2018-07-30;

2018-09-16

國家科技部重點研發(fā)項目(2016YFC0501803), 國家自然科學(xué)基金項目(31570517, 31500346, 31350110328) , 中國科學(xué)院STS(KFJ-STS-ZDTP- 022-4)、西部之光項目, 四川省科技廳國際合作項目(2016HH0087), 四川省科技廳項目(2015HH0025, 2016HH0082, 2017SZ0080, 2017HH0084, 2017NFP0223, 2018NFP0107, 2018HH0008, 2018HH0021, 2018SZ0329); 中國科學(xué)院西部之光項目; 中國科學(xué)院成都生物研究所青年研究員項目資助

陳秋捷（1993—），男，四川宜賓人，碩士研究生， E-mail：979424456@qq.com

( 孫庚：E-mail:sungeng@cib.ac.cn; 劉琳：liulinsky@126.com)

陳秋捷, 張楠楠, 仲波, 等. 若爾蓋高寒草地退化沙化過程中土壤養(yǎng)分與團聚體結(jié)構(gòu)的變化特征[J]. 生態(tài)科學(xué), 2019, 38(4): 13-20.

CHEN Qiujie, ZHANG Nannan, ZHONG Bo, et al. Change of soil nutrient and aggregate structure during the desertification process of grassland in Zoige[J]. Ecological Science, 2019, 38(4): 13-20.