科研進展
中國北方荒漠-草原過渡帶土壤碳氮磷化學計量特征
及其驅動機制研究獲進展
荒漠-草原過渡帶是內蒙古中部地區(qū)抵御沙塵暴和沙漠化的重要生態(tài)屏障。土壤養(yǎng)分化學計量特征與植物群落生物量、生物多樣性、生態(tài)系統(tǒng)功能和穩(wěn)定性密切相關。
基于區(qū)域尺度樣帶調查,研究了陰山北麓荒漠-草原過渡帶82個樣點土壤有機碳(SOC)、全氮(TN)和全磷(TP)含量及C:N、C:P和N:P比值與氣候因子、植被特征和土壤性質之間的關系。結果表明,典型草原SOC、TN和TP含量及C:P、N:P比值均高于灌木荒漠,C:N比在不同植被類型間無顯著差異。干旱土(淡棕鈣土、棕鈣土和灰棕鈣土)土壤SOC、TN和TP含量及C:P、N:P比值均高于漠境土(灰漠土和棕漠土)和風沙土(圖1)。SOC和TN含量隨干旱土土壤深度的增加呈明顯下降趨勢,是由于干旱土土壤表層草本植物覆蓋較高。土壤TP含量,C:N,C:P和N:P比的差異性主要體現(xiàn)在不同土壤類型之間,而不是土壤深度,這可能是由于荒漠地區(qū)土壤有機碳、全氮、全磷協(xié)同變化和土壤弱淋溶性造成的。冗余分析表明,降水、土壤粘粉粒含量是影響荒漠草原過渡帶土壤有機碳、全氮和總磷化學計量特征的最關鍵因素(圖2)。結構方程模型結果表明,降水會通過影響植被特征和土壤理化性質間接影響土壤養(yǎng)分化學計量特征。溫度(MAT)和土壤pH值對SOC、TN、C:P和N:P (MAT除外)有顯著的直接效應和負向影響(圖3)。研究結果強調了當前氣候變化對SOC、TN和TP含量以及C:N:P化學計量比的重要性,以及未來氣候變化對荒漠-草原過渡帶生態(tài)影響的重要性。
該研究成果以 Patterns and driving mechanism of soil organic carbon, nitrogen, and phosphorus stoichiometry across northern China’s desert-grassland transition zone 為題發(fā)表在農林科學領域期刊 CATENA。中國科學院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院博士研究生盧建男為論文第一作者,趙學勇研究員為通訊作者。該研究獲國家科技基礎資源調查項目(No. 2017FY100200)資助。
圖1 土壤SOC、TN、TP及其化學計量比隨土壤深度的變化
圖2 RDA排序圖揭示了土壤養(yǎng)分化學計量與氣候、植被和土壤性質的關系
DESS:風沙土;GDS:灰漠土;BDS:棕漠土;LBCS:淡棕鈣土;BCS:棕鈣土;GBS:灰棕鈣土。MAP:降水;MAT:溫度;MS:中砂;SC:粘粉粒;BD:土壤容重;SP:土壤孔隙度;pH;AHB:草本地上生物量;HCO:草本地上蓋度;HDO:草本地上多度;SHDI:香農多樣性指數(shù)
圖3 SEM揭示了環(huán)境因子對SOC、TN和TP及其化學計量比的直接和間接影響