封育对黄土高原天然草地深层土壤碳、氮储量的影响

李建平，谢应忠,2

(1.宁夏大学农学院，宁夏 银川 750021；2.西北退化生态系统恢复与重建国家重点实验室培育基地，宁夏 银川 750021)



封育对黄土高原天然草地深层土壤碳、氮储量的影响

李建平1，谢应忠1,2

(1.宁夏大学农学院，宁夏 银川 750021；2.西北退化生态系统恢复与重建国家重点实验室培育基地，宁夏 银川 750021)

封育是当前恢复和改良退化草地的重要措施，准确评估植被变化过程中土壤碳、氮储量动态，具有重要的生态意义。本研究以宁夏云雾山封育30年天然草地和未封育草地土壤为研究对象，对深层(0-500 cm)土壤有机碳(SOC)、全氮(STN)固持动态进行分析。结果表明，封育30年草地土壤碳含量(0-440 cm)显著高于未封育草地(P<0.05)，但是草地SOC变化临界层不明显，未封育草地SOC含量变化临界层大约位于130 cm处；封育与未封育草地STN含量在130 cm以下显著降低，STN的累积均发生在60-320 cm土壤中，而表层(0-60 cm)和较深层(>320 cm)中STN积累较少；封育30年草地340-500 cm土壤SOC储量趋于稳定，每20 cm土层约为11.5 mg·hm-2，未封育草地140-500 cm土壤SOC储量趋于稳定，每20 cm土层维持在8 mg·hm-2；封育30年草地0-100 cm土壤SOC、STN储量分别占0-500 cm土层的44.8%和27.2%，0-200 cm分别占72.2%和38.5%，0-300 cm分别占83.5%和64%，0-400 cm分别占92.2%和80.1%。因此，深层土壤有着大量的碳、氮储量信息，对于100-500 cm土壤碳、氮动态研究非常必要。

土壤有机质；土壤全氮；封育；天然草地；深层土壤

草地是世界上分布最广的植被类型之一，也是目前受人类活动影响最为严重的区域，作为陆地生态系统的重要组成部分[1]，覆盖了全球陆地面积的26%，参与了全球碳、氮源、汇及其循环过程，在区域和全球气候变化及碳、氮循环中扮演着重要的角色[2-3]。另外，草地90%的碳和氮贮存于土壤中，土壤有机碳(SOC)、全氮含量(STN)与分布对地表覆盖变化，大气组成及气候变化有着重要的影响[4-7]。SOC和STN及其动态平衡是反映土壤质量和草地健康的重要指标，直接影响着草地土壤肥力和草地生产力[8-9]。草地生态系统中，碳、氮循环密切相关，它们在相互作用和相互影响的过程中发生着复杂的变化[10]，研究草地碳氮循环耦合特征、气候变化和人类扰动关系，直接影响着人类发展和全球变化[11-12]。因此，无偏估计草地土壤碳、氮固持对生态评估、寻找碳汇丢失之谜和应对全球气候变暖具有重要意义。

目前对于草地土壤碳、氮动态评估的研究主要集中在表层土壤(0-100 cm)，而对于深层(>100 cm)土壤碳、氮储量研究报道较少，已有报道证实土地利用变化对0-200 cm土壤碳、氮有着重要影响[13-14]，植被恢复对深层(0-400 cm)土壤有机碳、氮的积累至关重要[15-16]。但是有关封育草地土壤碳、氮含量的确定及其碳、氮固持发生土层的研究仍不足。基于此，本研究以黄土高原半干旱区宁夏固原云雾山封育草原为研究对象，假设不同时期封育草地空间信息能够代替草地时间演替序列，通过野外调查和实验室分析相结合的方法，对封育30年草地和未封育草地0-500 cm SOC、STN动态特征进行研究，探讨SOC、STN固持动态及碳、氮流失或封存的发生土层，以期对黄土高原半干旱区草地土壤固碳、氮潜力与效应评价及碳、氮垂直积累动态的认知提供科学依据。

1 试验样地与方法

1.1 试验样地

试验区设于宁夏固原东北部45 km处的云雾山草原，处于黄土高原腹地，地理位置为106°21′-106°27′ E，36°10′-36°17′ N，海拔1 700-2 148 m，温带半干旱气候区，为典型的半干旱气候，植被类型为典型草原。年平均气温7 ℃，年平均降水量425 mm(1980-2014年平均值)，60%～75%的降水集中分布于夏季7月-9月，土壤类型以山地灰褐土和黑垆土为主，水资源补给主要来源于大气降水。主要优势植物有长芒草(Stipabungeana)、大针茅(S.grandis)、百里香(Thymusmongolicus)、铁杆蒿(Artemisiasacrorum)、星毛委陵菜(Potentillaacaulis)等[17]。自1980年至今，实行了数次严格的封山禁牧措施，具有典型的封育年限梯度。

1.2 野外取样和数据测定

首先，选取具有代表性未封育样地和封育30年样地各3块，每块样地间隔10 m设置1 m×1 m样方(每块样地设置3个样方)，土壤样品采样深度为0-500 cm，其中0-40 cm土层分0-10、10-20、20-30、30-40 cm共4层依次取样，40-500 cm，每20 cm为一层，共计27层，使用直径为6 cm的土钻取样，每个样方3次重复，将取好的样品按层分装在自封袋中，并用标签写好样地号，带回实验室备用。其次，去除混入的凋落物和根系后，将土样风干后过2 mm筛备用。最后，将各个样地3个样方同一土层的土壤均匀混合，取1/4土壤作为对应土层样品，进行SOC、STN等土壤理化性质测定。土壤容重采用直径6 cm的根钻和“环刀钻”交替使用的方式采集。SOC采用重铬酸钾容量法测量，STN采用半微量凯氏蒸馏法测量[18]。

1.3 数据分析与处理

SOC储量可以根据一定土壤土层中的SOC含量和土壤容重计算。通常，去除所采土壤中直径>2 mm的土壤颗粒后，测定土壤容重和SOC含量，然后，通过公式计算土壤碳储量(CS)[19]：

(1)

式中：CS为土壤有机碳储量(mg·hm-2)；BD为土壤容重(g·cm-3)，SOC为土壤有机碳含量(g·kg-1)，D为土层厚度(cm)，由于样地土壤中几乎无砾石，所以公式中略去砾石含量参数。总体土壤碳、氮储量，将各层碳、氮储量累加。土壤全氮储量MS(mg·hm-2)参照公式(1)，将SOC更换为STN(g·kg-1)即可。采用SAS9.1.3软件对不同土层间有机碳含量进行了方差分析和多重比较。对封育30年和未封育草地间有机碳含量进行了t检验。利用Origin9.0作图。

2 结果与分析

2.1 土壤SOC和TN含量

封育30年和未封育草地的SOC含量均随剖面深度的增加呈逐渐降低趋势(表1)。从表层往下至最底层，封育草地0-140cm各土层间(除40-80cm与100-140cm无显著差异)差异极显著(P<0.01)，未封育草地0-140cm各土层SOC含量(除20-40cm间无显著差异)差异极显著(P<0.01)；140-300cm土层，封育草地土壤各层间差异极显著(P<0.01)，未封育土层差异不明显(P>0.01)；320-500cm土层，封育与未封育各层土壤SOC含量差异均不明显(P>0.01)。因此，封育对于SOC累积的影响主要发生在140-300cm土层。t测验表明，0-440cm各土层SOC差异较明显，440-500cm土层SOC含量差异较小，除400-420和480-500cm土层外，封育各土层SOC含量均大于未封育土层，说明封育措施对于草地土壤有机碳的积累至关重要。因此，土壤中有机碳的累积趋势从表层到深层逐渐增加，最后趋于稳定。

封育30年草地和未封育草地STN含量随着剖面深度的增加呈降低趋势(表2)。而且封育草地各土层STN含量均高于未封育草地；140-500cm土层，随着土层深度增加，封育草地和未封育草地各土层的STN含量降低但差异不明显(P>0.01)；封育与未封育草地的STN含量稳定层大约位于130cm处。t检验显示，封育和未封育草地10-20cm土层STN含量差异极其显著(P<0.01)，20-30cm土层差异不显著(P>0.05),0-10cm和30-60cm土层差异显著(P<0.05)；60-320cm土层封育草地土壤各层SNT含量极显著高于未封育草地(P<0.01)，320-500cm土层各层封育与未封育含量差异相对较小。因此,封育对于STN的累积动态发生在60-320cm土层中。

表1 封育30年和未封育草地土壤有机碳 含量(g·kg-1)的剖面分布Table 1 Vertical distribution of soil organic carbon (g·kg-1)in the soil profiles under grassland of enclosed30 years and natural grassland

注：同列不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)。**表示同一土层封育草地间差异极显著(P<0.01),*表示同一土层封育草地间差异显著(P<0.05),ns表示同一土层封育草地间差异不显著(P>0.05)。下同。

Note：Different captital letters within the same column means significantly difference at 0.01 level; **,* indicated signifcantly difference at 0.01 and 0.05 level, respectively; ns indicated no signficant difference. The same below.

2.2 SOC储量

从封育30年草地不同土层储量来看(图 1)，0-500 cm土层中SOC储量先上升后下降再趋于平缓。20-40 cm土层SOC储量最高，为87.6 mg·hm-2，之后随着土层的加深逐渐降低。100-160 cm各土层中，SOC储量维持在50 mg·hm-2左右，180-200 cmSOC储量下降至24.17 mg·hm-2，200-340 cm SOC储量缓慢下降，从200-220 cm的21.41 mg·hm-2下降到320-340 cm的10.17 mg·hm-2，340-500 cm各层SOC储量波动较小，维持在11.5 mg·hm-2左右。

未封育草地SOC储量变化趋势随着土层深度增加呈现先迅速下降后变化平缓的趋势(图 2)。0-20 cm SOC储量最高为65.8 mg·hm-2，20-40 cm SOC储量为47.2 mg·hm-2，40-60 cm SOC为40 mg·hm-2，随着土壤深度增加，各层SOC储量逐步降低，140-500 cm土层，每20 cm土层SOC储量均维持在8 mg·hm-2左右。因此，封育30年和未封育草地各层SOC储量的垂直分布有较大的差异，封育30年草地0-500 cm各层土壤比未封育土层SOC储量高，表明封育对于SOC储量的积累有重要影响，而且封育草地SOC积累发生在0-500 cm各个土层，仅研究土壤浅表层(如0-100 cm)土壤SOC积累会遗失大量碳积累信息。

2.3 土壤SOC和STN储量累积百分率

天然草地封育30年后0-30 cm土层SOC、 STN储量分别占到0-500 cm土层的14.0%和8.5%；0-100 cm土层SOC、STN储量分别占土层44.8%和27.2%；0-200cm土层分别占层72.2%和38.5%；0-300 cm土层SOC、STN储量分别占层83.5%和64%；0-400 cm土层分别占到92.2%和80.1%；封育草地SOC储量垂直累积速率比STN累积快(图3、4)。

图2 未封育草地不同土层有机碳储量Fig.2 SOC storage of different soil layers of natural grassland

2.4 土壤碳、氮垂直积累动态

SOC和STN垂直积累在封育30年后呈现不同程度的累积(图5)。封育30年草地土壤各层有机碳含量均高于未封育草地，封育30年，草地0-10 cm土壤有机碳含量为57 g·kg-1，是未封育草地有机碳含量的近两倍，封育草地180-200 cm土壤有机碳含量为17 g·kg-1，是未封育草地有机碳含量的4倍，以Y=10 g·kg-1土壤有机碳含量和X=180-200 cm(第12层)为参照坐标系可以看出，随着封育年限的增加，200 cm以下各层SOC含量均靠近第一象限，即封育对于草地深层SOC积累有着较大的影响。同样STN含量在封育30年后均靠近第一象限，即深层STN含量逐步提高，封育30年与未封育草地0-200 cm各层STN含量差异并不大，但是200-500cm土层STN含量封育30年明显高于未封育草地。

3 讨论与结论

在估算土壤有机碳储量时,目前通常使用的土壤深度均≤1 m[20-24]，这对于土层较浅的地区比较适用，而黄土高原区域土层深厚是否适用，需要验证，对深层(0-400 cm)土壤有机碳已有的研究[14-16]表明，深层SOC碳储量不容忽视，本研究验证了这一观点，深层土壤有机碳、氮储量较大。

本研究表明,草地封育30年后土壤中SOC的含量从表层到深层逐渐降低，最后趋于稳定，封育30年草地SOC变化临界层不明显。长期放牧会降低土壤表层SOC含量，而对土壤深层SOC影响较小[25-27]。而且封育对于STN影响主要是硝态氮[28]。这与本研究结果一致，未封育草地土壤SOC和STN均低于封育草地，封育草地SOC含量变化临界层大约位于130 cm处，因此未封育草地土壤碳的积累或流失应该发生在0-130 cm表层土壤，本研究认为分析未封育或放牧草地土壤物理化学特性时，可取土深度130 cm代表

图3 草地封育30年不同深度土壤有机碳百分比Fig.3 Percentage of SOC storage in the soil profiles under grassland of enclosed 30 years

图4 草地封育30年不同深度STN百分率Fig.4 Percentage of STN storage in the soil profiles under grassland of enclosed 30 years

图5 不同封育年限不同土层SOC和STN含量垂直分布Fig.5 Thevertical distribution of SOC and STN content in different closed grassland

注：横坐标轴上的3,20-30;6,60-180;9,120-140;12,180-200;15,240-260;18,300-320;21,360-380;24,420-440;27,480-500。

总体参数，但是研究长期封育草地土壤特性时，封育对于SOC的累积动态可能发生在140-320 cm土层，表层土壤数据特性不能完全反映土壤总体参数特性(表1)。土壤中SOC积累和STN的累积动态并非同步，STN的累积发生在60-320 cm土壤中，而非表层(0-60 cm)和较深层(>320 cm)中，封育与未封育STN含量差异较小(表2 )。因此，研究长期封育草地STN含量，应该集中在0-320 cm深度，表层(0-100 cm)样本数据不能代表土壤总体参数。

封育30年和未封育草地各层土壤碳储量的垂直分布有较大的差异。研究表明，草地植被生物量与土壤碳呈密切正相关关系，随着生态系统的发育(或恢复) 进程，其碳固持能力会逐渐增加，并且土壤碳氮积累会向深层土壤延伸，最终达到一个相对平衡状态[29-30]。本研究指出，封育30年草地0-500 cm各层土壤储量比未封育土层土壤碳储量高，表明封育是碳汇过程，并且碳汇发生在0-500 cm各层土壤中。因此，研究土壤有机碳的积累应该考虑更深层次土壤碳储量。从不同深度草地土壤碳、氮储量所占百分比看，0-100 cm土壤有机碳、全氮储量分别占封育30年草地0-500 cm土壤有机碳、全氮储量的44.8%和27.2%，0-200 cm为72.2%和38.5%，0-300 cm为83.5%和64.0%，0-400 cm为92.2%和80.1%(图3，4)，所以非常有必要对深层土壤有机碳动态进行深入的研究，经研究表层土壤有机碳，在碳、氮评估过程中势必会导致数据偏小，或遗漏碳氮储量信息。封育后土壤碳、氮积累在深层(200-500 cm)发生着较大变化。所以，封育草地土壤碳、氮积累不仅发生在表层，而且发生在土壤深层，故对深层土壤碳、氮研究似乎才能揭示氮、碳的积累动态。

综上所述，封育草地土壤中碳、氮含量，碳、氮储量，碳、氮垂直分布等与未封育草地土壤相比有较大差异，并且土壤碳、氮含量和储量在深层土壤发生着较大的变化。因此研究封育草地土壤碳、氮动态及固持，至少应该挖掘0-500 cm土壤信息，仅研究0-100 cm土壤信息会导致碳、氮储量及固定速率偏小。

References：

[1] Asner G P,Elmore A J,Oler L P,Martin R E.Grazing systems,ecosystem responses,global change.Annual Review of Environment Resources,2004,29(1):261-299.

[2] 李学斌,樊瑞霞,刘学东.中国草地生态系统碳储量及碳过程研究进展. 生态环境学报,2014,23(11):1845-1851.

Li X B,Fan R X,Liu X D.Advance in studies on carbon storage and carbon process in grassland ecosystem of china.Ecology and Environmental Sciences,2014,23(11):1845-1851.(in Chinese)

[3] 程积民,程杰,杨晓梅,刘伟,陈芙蓉．黄土高原草地植被碳密度的空间分布特征．生态学报,2012,32(1):226- 237．

Cheng J M,Cheng J,Yang X M,Liu W,Chen F R.Spatial distribution of carbon density in grassland vegetation of the Loess Plateau of China.Acta Ecologica Sinica,2012,32(1):226-237.(in Chinese)

[4] 陈广生,田汉勤.土地利用/覆盖变化对陆地生态系统碳循环的影响.植物生态学报,2007,31(2):189-204.

Chen G S,Tian H Q.Land use/cover change effects on carbon cycling in terrestrial ecosystems.Journal of Plant Ecology,2007,31(2):189-204.(in Chinese)

[5] 萨茹拉,李金祥,侯向阳.草地生态系统土壤有机碳储量及其分布特征.中国农业科学,2013,46(17):3604-3614.

Sarula,Li J X,Hou X Y.Research on soil organic carbon storage distribution in the grassland ecosystem.Scientia Agricultura Sinica,2013,46(17):3604-3614.(in Chinese)

[6] 杨婷婷,吴新宏,王加亭,李鹏,石红霄.中国草地生态系统碳储量估算.干旱区资源与环境,2012,26(3):127-130.

Yang T T,Wu X H,Wang J T,Li P,Shi H X.Estimation of carbon storage in grassland ecosystem in China.Journal of Arid Land Resources and Environment,2012,26(3):127-130.(in Chinese)

[7] 杨红飞,穆少杰,孙成明,李建龙,居为民.草地生态系统土壤有机碳估算研究综述.中国草地学报,2011,33(5):107-114.

Yang H F,Liao S J,Sun C M,Li J L,Ju W M.Summary of research on estimation of organic carbon storage in grassland ecosystem.Chinese Journal of Grassland,2011,33(5):107-114.(in Chinese)

[8] Davidson E,Trumbore S,Amundson R.Soil warming and organic carbon content.Nature,2000,408:789-790．

[9] 闫瑞瑞,辛晓平,王旭,闫玉春,邓钰,杨桂霞.不同放牧梯度下呼伦贝尔草甸草原土壤碳氮变化及固碳效应.生态学报,2014,34(6):1587-1595．

Yan R R,Xin X P,Wang X,Yan Y C,Deng Y,Yang G X.The change of soil carbon and nitrogen under different grazing gradients in Hulunber meadow steppe.Acta Ecologica Sinica,2014,34(6):1587-1595．(in Chinese)

[10] Luo Y Q,Field C B,Jackson R B.Does nitrogen constrain carbon cycling,or does carbon input stimulate nitrogen cycling.Ecology,2006,87(1):3-4.

[11] Zhang T J,Wang Y W,Wang X G,Wang Q Z,Han J G.Organic carbon and nitrogen stocks in reed meadow soils converted to alfalfa fields.Soil and Tillage Resesrch,2009,105(1):143-148.

[12] Deng L,Sweeney S,Shangguan Z P.Grassland responses to grazing disturbance:Plant diversity changes with grazing intensity in a desert steppe.Grass and Forage Science,2014,69(3):524-533.

[13] 孙文义,郭胜利,周小刚.黄土丘陵沟壑区地形和土地利用对深层土壤有机碳的影响.环境科学,2010,31(11):2740-2747.

Sun W Y,Guo S L,Zhou X G.Effects of topographies and land uses on soil organic carbon in subsurface in hilly region of Loess Plateau.Chinese Journal of Environmental Science,2010,31(11):2740-2747.(in Chinese)

[14] 张帅,许明祥,张亚锋,王超华,陈盖.黄土丘陵区土地利用变化对深层土壤有机碳储量的影响.环境科学学报,2014,34(12):3094-3101.

Zhang S,Xu M X,Zhang Y F,Wang C H,Chen G.Effects of land use change on storage of soil organic carbon in deep soil layers in the hilly Loess Plateau region,China.Acta Scientiae Circumstantiae,2014,34(12):3094-3101.(in Chinese)

[15] 张金,许明祥,王征,马昕昕,邱宇洁.黄土丘陵区植被恢复对深层土壤有机碳储量的影响.应用生态学报,2012,23(10):2721-2727.

Zhang J,Xu M X,Wang Z,Ma X X,Qiu Y J.Effects of renegotiation on organic carbon storage in deep soils in hilly Loess Plateau region of Northwest China.Chinese Journal of Applied Ecology,2012,23(10):2721-2727.(in Chinese)

[16] 王征,刘国彬,许明祥.黄土丘陵区植被恢复对深层土壤有机碳的影响.生态学报,2010,30(14):3947-3952.

Wang Z,Liu G B,Xu M X.Effect of revegetation on soil organic carbon concentration in deep soil layers in the hilly Loess Plateau of China.Acta Ecologica Sinica,2010,30(14):3947-3952.(in Chinese)

[17] Jing Z B,Cheng J M,Su J H,Bai Y,Jin J W.Changes in plant community composition and soil properties under 3-decade grazing exclusion in semiarid grassland.Ecological Engineering,2014,64:171-178.

[18] 鲍士旦.土壤农化分析.第三版.北京:中国农业出版社,1999:30.

[19] Guo L B,Gifford R M.Soil carbon stocks and land use change:A meta analysis.Global Change Biology,2002,8(4):345-360.

[20] 何念鹏,韩兴国,于贵瑞.内蒙古放牧草地土壤碳固持速率和潜力.生态学报,2012,32(3):844-851.

He N P,Han X G,Yu G R.Soil carbon sequestration rates and potential in the grazing grasslands of Inner Mongolia.Acta Ecologica Sinica,2012,32(3):844-851.(in Chinese)

[21] 王若梦,董宽虎,何念鹏,朱剑兴,代景忠,施侃侃.围封对内蒙古大针茅草地土壤碳矿化及其激发效应的影响.生态学报,2013,33(12):3622-3629.

Wang R M,Dong K H,He N P,Zhu J X,Dai J Z,Shi K K.Soil carbon sequestration rates and potential in the grazing grasslands of Inner Mongolia.Acta Ecologica Sinica,2013,33(12):3622-3629.(in Chinese)

[22] 戴尔阜,翟瑞雪,葛全胜,吴秀芹.1980s-2010s内蒙古草地表层土壤有机碳储量及其变化.地理学报,2014,69(11):1651-1660.

Dai R F,Zhai R X,Ge Q S,Wu X Q.Topsoil organic carbon storage and its changes in Inner Mongolia grassland from the 1980s to 2010s.Acta Geographica Sinica,2014,69(11):1651-1660.(in Chinese)

[23] 刘伟,程积民,陈芙蓉,高阳.黄土高原中部草地土壤有机碳密度特征及碳储量.草地学报,2011,19(3):425-431.

Liu W,Cheng J M,Chen F R,Gao Y.Characteristic of organic carbon density and organic carbon storage in the natural grassland of center Loess Plateau.Acta Agrectia Sinica,2011,19(3):425-431.(in Chinese)

[24] 刘淑丽,林丽,郭小伟,李婧,欧阳经政,杜岩功,张法伟,李以康,曹广民.青海省高寒草地土壤无机碳储量空间分异特征.生态学报,2014,34(20):5953-5961.

Liu S L,Lin L,Guo X W,Li J,Ouyang J Z,Du Y G,Zhang F W,Li Y K,Cao G M.The variation feature of soil inorganic carbon storage in alpine grassland in Qinghai Province.Acta Ecologica Sinica,2014,34(20):5953-5961.(in Chinese)

[25] 李强,宋彦涛,周道玮,王敏玲,陈笑莹.围封和放牧对退化盐碱草地土壤碳、氮、磷储量的影响.草业科学,2014,31(10):1811-1819.

Li Q,Song Y T,Zhou D W,Wang M L,Chen X Y.Effects of fencing and grazing on soil carbon,nitrogen,phosphorus storage in degraded alkali-saline grassland.Pratacultural Science,2014,31(10):1811-1819.

[26] 赵娜,庄洋,赵吉.放牧和补播对草地土壤有机碳和微生物量碳的影响.草业科学,2014,31(3):367-374.

Zhao N,Zhuang Y,Zhao J.Effects of grassland managements on soil organic carbon and microbial biomass carbon.Pratacultural Science,2014,31(3):367-374.(in Chinese)

[27] 邹婧汝，赵新全．围栏禁牧与放牧对草地生态系统固碳能力的影响.草业科学，2015，32(11):1748-1756．

Zou J R,Zhao X Q.Effects of livestock exclosure and grazing on carbon sequestration in grassland.Pratacultural Science,2015，32(11):1748-1756．(in Chinese)

[28] 廖圣祥,任运涛,袁晓波,李旭东,郭丁,李金博,傅华.围封对黄土高原草地土壤铵态氮和硝态氮的影响.草业科学,2016,33(6):1044-1053.

Liao S X,Ren Y T,Yuan X B,Li X D,Guo D,Li J B,Fu H.Effect of fencing on contents of soil ammonium nitrogen and intrat nitrogen in the Loess Plateau,northern China.Pratacultural Science,2016,33(6):1044-1053.(in Chinese)

[29] Wang D,Wu G L,Zhu Y J,Shi Z H.Grazing exclusion effects on above and below ground C and N pools of typical grassland on the Loess Plateau (China).Catena,2014,123:113-120.

[30] Wu G L,Liu Z H,Zhang L,Chen J M,Hu T M.Long-term fencing improved soil properties and soil organic carbon storage in alpine swamp meadow of western China.Plant and Soil,2010,332:331-337.

(责任编辑 苟燕妮)

Effects of natural grassland enclosure on carbon and nitrogen storage in deep soil in the Loess Plateau of China

Li Jian-ping1, Xie Ying-zhong1,2

(1.School of Agriculture, Ningxia University, Yinchuan 750021, China;2.Breeding Base of State Key Laboratory for Preventing Land Degradation and Ecological Restoration,Ningxia University, Yinchuan 750021, China)

Grassland enclosure and establishing are important measures to recovery and reclamation of degraded grassland vegetation. Accurate assessment of dynamics of soil carbon and nitrogen storage has important ecological significance. The present study focuses on dynamic of organic carbon (SOC) and total nitrogen (STN) in deep soil (0-500 cm) in 30 years enclosure grassland and overgrazing grassland in semi-arid region of Guyuan city, Ningxia Province. The results showed that SOC content in 0-440 cm soil of 30 years enclosure grassland was significantly higher (P<0.05) than that in overgrazing grassland. There was no critical change layer of SOC in enclosure grassland, however, there was critical change layer of SOC located at 130 cm soil layer in overgrazing grassland. There was critical change layer of STN located at 130 cm soil layer in both enclosure and overgrazing grassland. The accumulation of STN occurred in 60-320 cm soil layers with very less accumulation topsoil layers (0-60 cm) and deeper layers (>320 cm). SOC storage in 30 years enclosure grassland was stable in 340-500 cm depth soil with 11.5 mg·hm-2of each 20 cm soil layers, however, SOC storage in overgrazing grassland was stable in 140-500 cm depth soil with 8 mg·hm-2of each 20 cm soil layers. SOC and STN storage in 0-100 cm soil in 30 years enclosure grassland accounted for 44.8% and 27.2% of total SOC and STN storage in 0-500 cm soil, respectively, those in 0-200 cm soil accounted for 72.2% and 38.5%, respectively, those in 0-300 cm accounted for 83.5% and 64%, respectively, those in 0-400 cm accounted for 92.2% and 80.1%, respectively. These results showed that there was much carbon and nitrogen information in the deep soil which was necessary to study dynamic of SOC and STN in the deep soil.

soil organic carbon; soil total nitrogen; fencing; natural grassland; deep soil layer

Li Jian-ping E-mail:lijianpingsas@163.com

10.11829/j.issn.1001-0629.2016-0200

2016-04-15 接受日期：2016-06-22

宁夏自然科学基金(NZ15049)

李建平(1982-)，陕西延安人，讲师，博士，研究方向为草地生态学。E-mail:lijianpingsas@163.com

S812.2

A

1001-0629(2016)10-1981-08*

李建平,谢应忠.封育对黄土高原天然草地深层土壤碳、氮储量的影响.草业科学,2016,33(10)：1981-1988.

Li J P,Xie Y Z.Effects of natural grassland enclosure on carbon and nitrogen storage in deep soil in the Loess Plateau of China.Pratacultural Science，2016,33(10)：1981-1988.