沙漠化對(duì)草地植物群落演替及土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性的影響.pdf

1、草地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)在全球陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過(guò)程中具有極其重要的作用，土壤有機(jī)碳庫(kù)也在草地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)中扮演著重要的角色，其穩(wěn)定性影響著土壤有機(jī)碳的循環(huán)和周轉(zhuǎn)，也是草地生態(tài)系統(tǒng)功能改變的一個(gè)重要指征。因此，研究草地沙漠化過(guò)程中土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，可以為退化草地提出科學(xué)的恢復(fù)措施。本研究選取了荒漠草原區(qū)具有代表性的不同沙漠化階段的草地及灌叢化草地，于2015年8月，以土壤沙化程度為草地沙漠化階段的分類標(biāo)準(zhǔn)，以典型灰鈣土草地-針

2、茅群落為對(duì)照，在研究區(qū)選擇了沙化灰鈣土草地、固定沙地、半固定沙地、半流動(dòng)沙地和流動(dòng)沙地，形成不同梯度的沙漠化草地研究序列;同時(shí)選擇了以檸條為建群種的沙化灰鈣土灌叢化草地（丘間低地）、固定沙地、半固定沙地和流動(dòng)沙地，形成不同沙化梯度的灌叢化草地研究序列。以沙漠化草地垂直剖面土壤及灌叢化草地表層土壤為研究對(duì)象，通過(guò)野外調(diào)查采樣和室內(nèi)分析，建立了沙漠化草地植被演替序列，研究了沙漠化草地及灌叢化草地土壤有機(jī)碳組分及有機(jī)碳的礦化特征，揭示了沙漠化

3、草地及灌叢化草地土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性變化特征，明確了沙漠化草地及灌叢化草地土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性與土壤性狀及草地群落間的相關(guān)性，為準(zhǔn)確判斷荒漠草原區(qū)草地沙漠化強(qiáng)度和沙漠化過(guò)程提供科學(xué)依據(jù)。主要得出以下結(jié)論:
　　1.研究區(qū)沙漠化草地土壤顆粒組成以50～250μm粒級(jí)的細(xì)沙粒為主，從典型灰鈣土草地到流動(dòng)沙地，各土層沙粒百分比及土壤容重逐漸增大，土壤黏粉粒百分比、分形維數(shù)、土壤有機(jī)碳、土壤全氮、土壤全磷及表層土壤酶活性逐漸減小。固定沙地是土壤肥

4、力水平和土壤質(zhì)地發(fā)生逆轉(zhuǎn)的敏感階段，該階段是土壤質(zhì)地粗?；拈撓?，土壤遭遇風(fēng)蝕的風(fēng)險(xiǎn)增大，土壤物理穩(wěn)定性逐漸喪失。
　　2.從典型灰鈣土草地到流動(dòng)沙地，草地植物群落物種豐富度先增加后減少，優(yōu)勢(shì)種更替明顯;各沙漠化階段存在不同的生活型物種;物種多樣性在固定沙地出現(xiàn)峰值;群落生態(tài)優(yōu)勢(shì)度則在固定沙地最低;群落均勻度先減小后增大;距離比較近的群落間的相似度較高;一年生草本植物優(yōu)勢(shì)度與黏粒組分、粉粒組分及土壤顆粒分形維數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)(P＜0

5、.05);豆科植物優(yōu)勢(shì)度與粉粒組分、顆粒分形維數(shù)、全氮和全磷間呈顯著正相關(guān)(P＜0.05);物種多樣性同粉粒組分極顯著正相關(guān)(P＜0.01)，與全氮和全磷呈顯著正相關(guān)(P＜0.05），0.002-0.05μm顆粒組分與土壤顆粒分形維數(shù)、土壤全氮和全磷呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01）。嚴(yán)重沙漠化草地群落演替類型為:從賴草+針茅，豬毛蒿+胡枝子，白草+苦豆子，狗尾草，白草到老瓜頭群落。
　　3.從典型灰鈣土草地到流動(dòng)沙地，土壤易氧化有機(jī)

6、碳(LOC）及土壤顆粒有機(jī)碳(P oC)呈逐漸下降，表層土壤POC在沙漠化序列上具有顯著性差異(P＜0.05);LOC、POC、LOC/SOC與POC/SOC均在土壤垂直層次上由漸變性分布逐漸演變?yōu)榫鶆蛐苑植?土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性隨草地沙漠化加劇和土層深度增加而逐漸降低。各沙漠化階段發(fā)育中期灌叢斑塊SOC、POC、LOC和POC/SOC極顯著大于草地斑塊（P＜0.01），各斑塊SOC、POC、LOC、LOC/SOC與POC/SOC均在固定沙

7、地灌叢內(nèi)外出現(xiàn)峰值;各沙漠化階段不同發(fā)育期的LOC/SOC在草地斑塊和灌叢斑塊間差異性不顯著(P＞0.01)。發(fā)育中期灌叢地土壤有機(jī)碳組分與土壤顆粒組分間沒(méi)有相關(guān)性，土壤黏、粉粒對(duì)該區(qū)域土壤有機(jī)碳組分貢獻(xiàn)不大。
　　4.各沙漠化階段沙地土壤有機(jī)碳日礦化率及累計(jì)礦化量均經(jīng)歷了快速礦化、緩慢礦化和基本穩(wěn)定3個(gè)階段;在草地沙漠化序列上，典型灰鈣土、沙質(zhì)灰鈣土及固定沙地各土層土壤有機(jī)碳日均礦化速率及累計(jì)礦化量高于其它階段，而有機(jī)碳礦化率低

8、于其它階段，固定沙地礦化率最低;在土層垂直方向上，土壤有機(jī)碳日礦化率及累計(jì)礦化量逐漸降低，典型灰鈣土草地、沙質(zhì)灰鈣土草地及固定沙地階段，表層土壤有機(jī)碳礦化率低于下層土壤，在半固定沙地、半流動(dòng)沙地及流動(dòng)沙地階段，表層土壤有機(jī)碳礦化率大于下層土壤;有機(jī)碳礦化率同土壤脲酶、過(guò)氧化氫酶和磷酸酶均呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P＜0.01），與蔗糖酶顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.05);有機(jī)碳累礦化量同土壤脲酶活性、過(guò)氧化氫酶活性、蔗糖酶活性和磷酸酶活性均表現(xiàn)出極顯

9、著正相關(guān)(P＜0.01），與脲酶相關(guān)性最高。LOC、POC、LOC/SOC及POC/SOC同有機(jī)碳礦化率均呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P＜0.01)，與有機(jī)碳累礦化量均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜0.01)，其中POC和LOC/SOC與有機(jī)碳礦化率和有機(jī)碳累礦化量相關(guān)性最高;有機(jī)碳礦化率和有機(jī)碳累礦化量分別與土壤容重呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜0.01）和呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P＜0.01）。土壤全氮、全磷及有機(jī)碳含量越高，土壤有機(jī)碳礦化累積量越多;土壤

10、黏粉粒越高、土壤顆粒分形維數(shù)越低，有機(jī)碳礦化累積量越大。
　　5.各沙漠化階段灌叢化草地灌叢斑塊土壤有機(jī)碳日礦化速率及累積礦化量均高于對(duì)應(yīng)的草地斑塊;在34d的培養(yǎng)過(guò)程中，土壤有機(jī)碳日礦化速率及累積礦化量均經(jīng)歷了快速礦化、緩慢礦化和基本穩(wěn)定3個(gè)階段;在灌叢水平方向上，土壤有機(jī)碳日礦化速率逐漸降低，在退化梯度上，灌叢斑塊與草地斑塊土壤有機(jī)碳日礦化速率均在固定沙地出現(xiàn)轉(zhuǎn)折;從沙化灰鈣土灌叢化草地到流動(dòng)沙地，灌叢斑塊土壤有機(jī)碳礦化率分別