宁夏东部风沙区沙化草地土壤团聚体及碳氮分异特征

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为了解宁夏东部风沙区草地沙化过程中土壤结构及碳氮的分异特征,以潜在沙化草地、轻度沙化草地、中度沙化草地和重度沙化草地为对象,研究了不同沙化类型草地0-40 cm 土层土壤团聚体稳定性,有机碳、全氮及其组分的剖面分布及碳氮矿化特征。主要得出以下结果:(1)各沙化类型草地0-40 cm土层土壤机械稳定性及水稳性团聚体总体以<0.25 mm微团聚体为优势粒径,团聚体破坏率较高。随沙化程度的加剧,0-40 cm各土层DR0.25、WR0.25、MWD和GMD逐渐降低,分形维数及可蚀性K值升高,团粒结构趋于不稳定。(2)宁夏东部风沙区沙化草地0-40 cm土层土壤有机碳、全氮含量的变化范围为2.87 g/kg-17.29 g/kg 和 0.067 g/kg-0.487 g/kg,碳氮储量分别为 4.60 t/hm2-22.66 t/hm2和 0.1 1 t/hm2-0.64 t/hm2,各土层均随沙化程度的加重而降低,潜在沙化草地显著高于轻度沙化草地、中度沙化草地和重度沙化草地。不同粒级团聚体有机碳及全氮含量随沙化程度的加重逐渐降低,>5 mm和<0.25 mm粒级团聚体对全土有机碳、全氮的贡献率较高。(3)0-40 cm各土层土壤易氧化有机碳、硝态氮和铵态氮含量随沙化程度的加重变化不显著;微生物量碳和微生物量氮含量在0-30 cm各土层随沙化程度的加重总体呈下降趋势。除土壤微生物量碳外,其他碳氮组分占总有机碳或全氮的比例随沙化程度的加重总体呈上升趋势。(4)不同沙化类型草地0-40 cm各土层土壤有机碳矿化速率随培养时间的延长变化趋势相似,培养初期有机碳矿化速率较高,随后快速下降并趋于平稳,由此将土壤有机碳矿化分为快速释放阶段(1-7 d)和缓慢释放阶段(9-56 d)。不同沙化类型草地之间土壤有机碳累积矿化量无显著差异;土壤有机碳累积矿化率和C0/SOC随沙化程度的加重而增加。(5)在56天的培养期内,不同沙化类型草地0-40cm各土层土壤氮硝化和铵化过程大致可分为两个阶段,1-21 d矿化速率呈下降-上升-下降趋势,且变幅较大,21-56 d趋于平稳;各沙化类型草地土壤氮矿化以硝化过程为主;土壤累积氮矿化量和累积氮矿化率随草地沙化程度的加重总体呈下降趋势。(6)土壤团聚体稳定性与土壤有机碳、全氮、微生物量碳、铵态氮及氮矿化率呈显著正相关,与易氧化有机碳和有机碳矿化率呈显著负相关。综上所述,草地沙化过程中,伴随着土壤细颗粒的吹蚀,土壤结构趋于不稳定,碳氮损失,在不同沙化类型草地的转换过程中,自潜在沙化草地至轻度沙化草地土壤团聚体组成及碳氮养分的变异较大,因此潜在沙化草地是宁夏东部风沙区生态环境保护及沙化防治的关键阶段。
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