沙质草地3种植物群落土壤有机碳氮密度特征

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00079

摘要/Abstract

摘要：

土壤有机碳和全氮是土壤系统功能实现的核心要素，探讨植物群落对土壤有机碳和全氮的影响有利于深入理解科尔沁沙地土壤碳氮密度的变化规律。本研究以科尔沁沙地黄蒿+禾本科（Artemisia scoparia+Gramineae，ASP）、小叶锦鸡儿+杂类草（Caragana microphylla+Forbs，CMF）、沙米+狗尾草（Agriophyllum squarrosum+Setaria viridis，ASGB）为主的3种植物群落为研究对象，分析不同植物群落的土壤碳氮密度特征及其影响因素。结果表明：（1）0~100 cm土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）依次为ASP群落>CMF群落>ASGB群落。SOC、TN随土壤深度的增加而减少，TP、TK在各土层深度均保持稳定。（2）ASP群落土壤C∶P、C∶K、N∶P、N∶K、P∶K值最大，ASGB群落20~40 cm土壤C∶N显著高于ASP群落。土壤C∶P、C∶K、N∶K、P∶K随土层深度的增加呈下降趋势。（3）0~10、10~20、20~40 cm土壤有机碳密度（SCD）和土壤氮密度（SND）依次为ASP群落>CMF群落>ASGB群落。3种植物群落SCD随土壤深度的增加先降低后升高，而ASP群落SND表现出相反趋势。（4）土壤C∶N和黏粒对SCD影响的贡献率分别为15.5%和11.7%；土壤N∶P、N∶K和黏粒对SND影响的贡献率分别为23.7%、22.3%和8.4%。

关键词: 科尔沁沙地, 土壤养分, 化学计量, 土壤氮密度, 有机碳密度

Abstract:

Soil organic carbon （SOC） and nitrogen （N） are core elements for the functioning of soil systems. Investigating the effects of different plant communities and soil depths on SOC and total nitrogen （TN） is essential for understanding the variation patterns of soil carbon and nitrogen density in the Horqin Sandy Land. This study chose three plant communities in the Horqin Sandy Land： dominant species of Artemisia scoparia + Gramineae （ASP）， Caragana microphylla + Forbs （CMF）， and Agriophyllum squarrosum + Setaria viridis （ASGB） to investigate the characteristics of soil carbon and nitrogen density and their influencing factors. The results showed that：（1） In the 0-100 cm soil layer， SOC， TN， and total phosphorus （TP） followed the order： ASP community > CMF community > ASGB community. SOC and TN decreased with increasing soil depth， while TP and total potassium （TK） remained relatively stable. （2） The ASP community exhibited the highest soil stoichiometric ratios （C∶P， C∶K， N∶P， N∶K， P∶K）， whereas the ASGB community showed significantly higher C∶N in the 20-40 cm layer compared to ASP. Soil C∶P， C∶K， N∶K， and P∶K ratios generally decreased with depth. （3） Soil organic carbon density （SCD） and soil nitrogen density （SND） in the 0-10， 10-20 cm and 20-40 cm layers followed the order： ASP > CMF > ASGB. SCD in all three communities initially decreased and then increased with depth， while the ASP community displayed an opposite trend for SND. （4） The contribution rates of soil C∶N and clay to SCD were 15.5% and 11.7%， respectively； the contribution rates of soil N∶P， N∶K and clay to SND were 23.7%，22.3% and 8.4%， respectively.

Key words: Horqin Sandy Land, soil nutrients, stoichiometry, soil nitrogen density, organic carbon density

中图分类号:

S151.9+1

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图/表 10

图1 研究区位置注：该图基于自然资源部标准地图服务网站标准地图（审图号GS（2024）0650号）制作，底图边界无修改

Fig.1 Location of the study area

表1 3种植物群落不同土壤深度的土壤容重 ( g·cm-3)

Table 1 Soil bulk densityat different soil depths in three plant communities

土壤深度/cm	黄蒿+禾本科（ASP）	小叶锦鸡儿+杂类草（CMF）	沙米+狗尾草（ASGB）
0~10	1.28±0.25^Aa	1.51±0.06^Aa	1.51±0.11^Aa
10~20	1.50±0.04^Aa	1.53±0.06^Aa	1.56±0.04^Aa
20~40	1.38±0.11^Ba	1.54±0.06^Aa	1.55±0.04^Aa
40~60	1.43±0.12^Ba	1.53±0.05^ABa	1.61±0.04^Aa
60~100	1.39±0.23^Aa	1.54±0.01^Aa	1.54±0.13^Aa

图2 3种植物群落土壤机械组成特征注：ASP代表黄蒿+禾本科群落；CMF代表小叶锦鸡儿+杂类草群落；ASGB代表沙米+狗尾草群落

Fig.2 Mechanical composition characteristics of soil in three plant communities

图3 3种植物群落不同土层土壤养分差异注：ASP代表黄蒿+禾本科群落；ASGB代表沙米+狗尾草群落；CMF代表小叶锦鸡儿+杂类草群落。大写字母表示同一土层不同植物群落间差异显著，小写字母表示同一植物群落不同土层间差异显著（P<0.05）

Fig.3 Nutrient differences of soil in different soil layers of three plant communities

图4 3种植物群落土壤化学计量比特征注：ASP代表黄蒿+禾本科群落；ASGB代表沙米+狗尾草群落；CMF代表小叶锦鸡儿+杂类草群落。大写字母表示同一土层不同植物群落间差异显著，小写字母表示同一植物群落不同土层间差异显著（P<0.05）

Fig.4 Chemical metrology characteristics of soil in three plant communities

图5 3种植物群落土壤碳氮密度注：ASP代表黄蒿+禾本科群落；ASGB代表沙米+狗尾草群落；CMF代表小叶锦鸡儿+杂类草群落。大写字母表示同一土层不同植物群落间差异显著，小写字母表示同一植物群落不同土层间差异显著（P<0.05）

Fig.5 Soil carbon and nitrogen density of three plant communities

图6 3种植物群落土壤碳氮密度垂直分布特征注：ASP代表黄蒿+禾本科群落；CMF代表小叶锦鸡儿+杂类草群落；ASGB代表沙米+狗尾草群落

Fig.6 Vertical distribution characteristics of soil carbon and nitrogen density in three plant communities

图7 3种植物群落土壤有机碳和氮密度与环境因子的相关性注：*：在0.05水平差异显著；**：在0.01水平差异显著；***：在0.001水平差异显著。BD、SA、ST、CL、TP、TK、C∶N、C∶P、C∶K、N∶P、N∶K、P∶K、SCD、SND分别代表土壤容重、土壤砂粒含量、土壤粉粒含量、土壤黏粒含量、全磷含量、全钾含量、碳氮比、碳磷比、碳钾比、氮磷比、氮钾比、磷钾比、土壤有机碳密度和土壤氮密度

Fig.7 Correlation between soil organic carbon and nitrogen density and environmental factors in three plant communities

图8 不同植物群落土壤物理性质、碳、氮、磷、钾及其化学计量比的冗余分析注：图中蓝线箭头为响应变量（土壤有机碳密度、土壤氮密度），红线箭头为解释变量（土壤全磷、全钾含量、砂粒粉粒黏粒含量、土壤容重以及碳氮磷钾化学计量特征），ASP代表黄蒿+禾本科群落、CMF代表小叶锦鸡儿+杂类草群落、ASGB代表沙米+狗尾草群落。BD、SA、ST、CL、TP、TK、C∶N、C∶P、C∶K、N∶P、N∶K、P∶K、SCD、SND分别代表土壤容重、土壤砂粒含量、土壤粉粒含量、土壤黏粒含量、全磷含量、全钾含量、碳氮比、碳磷比、碳钾比、氮磷比、氮钾比、磷钾比、土壤有机碳密度和土壤氮密度

Fig.8 Redundancy analysis of soil physical properties， carbon， nitrogen， phosphorus， potassium and their stoichiometric ratios in different plant communities

图9 土壤碳氮密度影响因子的重要性排序注：BD、SA、ST、CL、TP、TK、C∶N、C∶P、C∶K、N∶P、N∶K、P∶K分别代表土壤容重、土壤砂粒含量、土壤粉粒含量、土壤黏粒含量、全磷含量、全钾含量、碳氮比、碳磷比、碳钾比、氮磷比、氮钾比、磷钾比

Fig.9 Importance ranking of factors affecting soil carbon and nitrogen density

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