干旱区流动沙地建植梭梭（Haloxylon ammodendron）林后细粒物质输入对土壤碳氮积累的影响

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00045

摘要/Abstract

摘要：

在河西走廊中段临泽荒漠绿洲过渡带选择不同建植时间序列（0、3、6、11、19、28、46 a）的固沙梭梭（Haloxylon ammodendron）林，取冠层下和冠层外表层土样（0—10 cm），研究人工固沙梭梭林生长发育过程中土壤粒级组成和碳氮的变化，分析细粒物质变化对碳氮积累的贡献。结果表明：随着梭梭的生长发育土壤碳氮含量显著增加，无机碳（SIC）是有机碳（SOC）的2.7—11.2倍；黏粉粒和碳酸钙含量与土壤可侵蚀因子（EF）显著负相关，与结皮厚度显著正相关，冠层下结皮厚度是冠层外的1.9—2.6倍；土壤各粒级中SOC、SIC和全氮（TN）含量显著增加，黏粉粒中含量显著高于其他粒级，且对SOC、SIC和TN贡献由0 a的25.4%、8.5%和16.1%增至46 a的59.7%、33.9%和51.9%。干旱区土壤黏粉粒和碳酸钙含量的增加共同促进了土壤物理结皮的形成和发育，进而导致沙面的稳定，同时黏粉粒增加也是土壤碳氮固存的主要机制。

关键词: 固沙梭梭（Haloxylon ammodendron）林, 固沙年限, 颗粒组分, 土壤碳氮固存, 绿洲边缘

Abstract:

Different ages （0-， 3-， 6-， 11-， 19-， 28- and 46-years） of Haloxylon ammodendron plantations in Linze desert-oasis ecotone of northwestern China were selected and surface soil （0-10 cm） under and outside the canopy were sampled， to explore the changes of soil particle size and carbon and nitrogen in particle-size fractions during the development of sand-fixing H. ammodendron plantations， and analyze the contribution of soil fine particles to carbon and nitrogen accumulation. The results showed that soil carbon and nitrogen increased significantly with the growth of H. ammodendron， and inorganic carbon （SIC） was 2.7-11.2 times of organic carbon （SOC）. The content of soil fine particles and calcium carbonate （CaCO₃） were significantly negatively correlated with soil erodible fraction （EF）， and significantly positively correlated with the thickness of soil crust. The thickness of soil crust under the canopy was 1.9-2.6 times that outside canopy. The content of SOC， SIC and total nitrogen （TN） in each particle-size fraction increased significantly， and the content of silt + clay fractions were significantly higher than other fractions. The contribution of silt + clay fractions to SOC， SIC and TN increased from 25.4%， 8.5% and 16.1% in year 0 to 59.7%， 33.9% and 51.9% in year 46. In arid areas， the increase of silt + clay fractions and CaCO₃ content jointly promoted the formation and development of soil physical crusts， which led to the stability of the sand surface. Meanwhile， the increase of silt + clay fractions were also the main mechanism of soil carbon and nitrogen sequestration.

Key words: sand-fixing Haloxylon ammodendron plantation, sand-fixation year, particle-size fractions, soil carbon and nitrogen sequestration, edge of oasis

中图分类号:

S153.6

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图/表 8

图1 临泽县荒漠绿洲过渡带采样点分布

Fig.1 Distribution of sampling sites in a desert-oasis ecoton e of Linze county

表1 不同固沙年限表层土壤粒级组成（%）

Table 1 Distribution of surface soil particle size in different sand-fixation years （%）

固沙年限/a	1—0.25 mm (中粗砂)		0.25—0.1 mm (细砂)		0.1—0.05 mm (极细砂)		0.05—0.002 mm (粉粒)		<0.002mm (黏粒)
固沙年限/a	冠层下	冠层外	冠层下	冠层外	冠层下	冠层外	冠层下	冠层外	冠层下	冠层外
0	11.96±2.59^a	11.96±2.59^cd	77.81±2.89^a	77.81±2.89^a	5.80±0.44^d	5.80±0.44^d	1.29±0.08^c	1.29±0.08^f	3.14±0.16^c	3.14±0.16^d
3	7.56±1.07^d	7.94±1.62^e	78.68±1.54^a	79.06±2.23^a	8.37±0.79^c	7.78±0.46^c	1.59±0.20^c	1.47±0.21^f	3.77±0.11^c	3.75±0.02^d
6	10.05±1.54^abc	14.72±2.00^abc	69.70±0.65^b	65.59±1.93^b	13.72±0.82^b	13.32±0.33^b	1.94±0.02^c	1.89±0.06^e	4.59±0.09^c	4.48±0.14^cd
11	10.97±0.87^ab	15.90±0.44^a	64.49±0.43^c	61.54±1.31^c	14.00±1.31^b	14.00±0.82^b	4.23±0.07^b	3.28±0.03^d	6.32±0.23^b	5.28±0.07^bc
19	7.67±1.64^cd	12.04±2.34^bcd	63.79±1.58^c	60.04±2.28^c	16.18±0.85^a	16.97±0.30^a	5.45±0.09^a	4.85±0.11^c	6.91±0.33^b	6.10±0.14^ab
28	8.47±0.48^bcd	9.49±1.89^de	63.68±2.80^c	61.31±1.15^c	14.32±1.14^b	16.96±0.93^a	5.95±0.93^a	5.19±0.23^b	7.57±1.93^ab	7.06±1.04^a
46	10.22±1.11^abc	14.86±2.95^abc	61.90±1.80^c	59.74±1.79^c	13.03±0.66^b	12.62±1.70^b	5.93±1.01^a	5.72±0.12^a	8.91±1.10^a	7.05±1.02^a
F	3.98	5.86	42	52	50.67	76.49	48.20	557.84	18.28	9.66
P	<0.05	<0.05	<0.001	<0.001	<0.001	<0.001	<0.001	<0.001	<0.001	<0.001

图2 土壤结皮厚度和梭梭固沙年限的关系

Fig.2 The relationship between the thickness of soil crust and sand-fixation years of H. ammodendron

表2 不同固沙年限土壤可侵蚀因子（EF）和物理稳定性指数（St）

Table 2 Soil erodibility （EF） and physical stability index （St） in different sand-fixation years

固沙年限/a	EF/%		St/%
固沙年限/a	冠层下	冠层外	冠层下	冠层外
0	51.44±0.67^a	51.44±0.67^a	1.38±0.06^d	1.38±0.06^de
3	47.85±0.47^b	49.12±0.19^b	1.36±0.16^d	1.00±0.04^e
6	44.48±0.12^c	46.61±0.18^c	2.47±0.21^c	1.94±0.39^cd
11	42.13±0.38^d	45.09±0.28^c	2.67±0.23^c	2.29±0.38^abc
19	40.56±0.29^e	42.75±0.97^d	2.64±0.12^c	2.07±0.38^bc
28	39.60±1.66^e	41.97±2.66^d	3.57±0.15^a	2.56±0.36^ab
46	36.38±1.13^f	38.74±0.78^e	3.23±0.29^b	2.74±0.36^a
F	112.695	43.28	61.825	11.558
P	<0.001	<0.001	<0.001	<0.001

图3 土壤黏粉粒和碳酸钙与结皮厚度、EF和St的关系图A、C、E、G、I和K表示冠层下的相应关系，图B、D、F、H、J和L表示冠层外的相应关系

Fig.3 Relationship between soil silt+clay， CaCO3 and crust thickness， erodible fraction and physical stability index

图4 不同固沙年限土壤SOC、SIC和TN特性不同大写字母表示不同取样位置间的显著性差异，小写字母表示不同固沙年限间的显著性差异（P<0.05）

Fig.4 Characteristics of soil SOC， SIC and TN in different sand-fixation years

图5 不同固沙年限土壤粒级中SOC、SIC和TN特性图A、C和E分别表示冠层下SOC、SIC和TN特性，图B、D和F分别表示冠层外SOC、SIC和TN特性；不同大写字母表示不同粒级间的显著性差异，小写字母表示不同固沙年限间的显著性差异（P<0.05）

Fig.5 Characteristics of SOC， SIC and TN in particle-size fractions under different sand-fixation years

图6 各粒级对土壤SOC、SIC和TN的贡献图A、C和E分别表示冠层下各粒级对SOC、SIC和TN的贡献，图B、D和F分别表示冠层外各粒级对SOC、SIC和TN的贡献

Fig.6 Contribution of particle-size OC and TN to OC and TN in whole soil

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