沙漠化對草地植物群落演替及土壤有機碳穩(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)過程中具有極其重要的作用，土壤有機碳庫也在草地生態(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碳的循環(huán)和周轉，也是草地生態(tài)系統(tǒng)功能改變的一個重要指征。因此，研究草地沙漠化過程中土壤有機碳穩(wěn)定性的動態(tài)變化過程，可以為退化草地提出科學的恢復措施。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準，以典型灰鈣土草地-針

2、茅群落為對照，在研究區(qū)選擇了沙化灰鈣土草地、固定沙地、半固定沙地、半流動沙地和流動沙地，形成不同梯度的沙漠化草地研究序列;同時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象，通過野外調查采樣和室內分析，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碳組分及有機碳的礦化特征，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碳穩(wěn)定性與土壤性狀及草地群落間的相關性，為準確判斷荒漠草原區(qū)草地沙漠化強度和沙漠化過程提供科學依據。主要得出以下結論:
　　1.研究區(qū)沙漠化草地土壤顆粒組成以50～250μm粒級的細沙粒為主，從典型灰鈣土草地到流動沙地，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、土壤有機碳、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、力水平和土壤質地發(fā)生逆轉的敏感階段，該階段是土壤質地粗?；拈撓?，土壤遭遇風蝕的風險增大，土壤物理穩(wěn)定性逐漸喪失。
　　2.從典型灰鈣土草地到流動沙地，草地植物群落物種豐富度先增加后減少，優(yōu)勢種更替明顯;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峰值;群落生態(tài)優(yōu)勢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)勢度與黏粒組分、粉粒組分及土壤顆粒分形維數呈顯著負相關(P＜0

5、.05);豆科植物優(yōu)勢度與粉粒組分、顆粒分形維數、全氮和全磷間呈顯著正相關(P＜0.05);物種多樣性同粉粒組分極顯著正相關(P＜0.01)，與全氮和全磷呈顯著正相關(P＜0.05），0.002-0.05μm顆粒組分與土壤顆粒分形維數、土壤全氮和全磷呈極顯著正相關(P＜0.01）。嚴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沙地，土壤易氧化有機

6、碳(LOC）及土壤顆粒有機碳(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、地灌叢內外出現峰值;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碳組分與土壤顆粒組分間沒有相關性，土壤黏、粉粒對該區(qū)域土壤有機碳組分貢獻不大。
　　4.各沙漠化階段沙地土壤有機碳日礦化率及累計礦化量均經歷了快速礦化、緩慢礦化和基本穩(wěn)定3個階段;在草地沙漠化序列上，典型灰鈣土、沙質灰鈣土及固定沙地各土層土壤有機碳日均礦化速率及累計礦化量高于其它階段，而有機碳礦化率低

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

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

10、黏粉粒越高、土壤顆粒分形維數越低，有機碳礦化累積量越大。
　　5.各沙漠化階段灌叢化草地灌叢斑塊土壤有機碳日礦化速率及累積礦化量均高于對應的草地斑塊;在34d的培養(yǎng)過程中，土壤有機碳日礦化速率及累積礦化量均經歷了快速礦化、緩慢礦化和基本穩(wěn)定3個階段;在灌叢水平方向上，土壤有機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碳日礦化速率均在固定沙地出現轉折;從沙化灰鈣土灌叢化草地到流動沙地，灌叢斑塊土壤有機碳礦化率分別