荒漠绿洲过渡带梭梭（ Haloxylon ammodendron ）林建植对表层土壤碳氮磷化学计量特征及储量的长期影响

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00123

摘要/Abstract

摘要：

人工固沙植被是荒漠绿洲过渡带的重要生态屏障，其稳定性直接关系到该区域生态防护功能。人工梭梭（Haloxylon ammodendron）林作为典型固沙植被类型，随建植年限变化呈现出阶段性变化，将显著影响土壤环境与生态功能。本研究以张掖绿洲北缘不同林龄（5、10、20、30年）人工梭梭林为研究对象，以流动沙丘和固定沙丘为对照，系统调查土壤理化性质、养分含量及其生态化学计量特征，解析荒漠绿洲过渡带梭梭林建植对表层土壤碳氮磷化学计量特征及其储量的长期影响规律，确定人工固沙植被恢复过程中生物和非生物要素对二者的耦合影响及互馈作用机制。结果表明：固定沙丘土壤C∶N显著高于流动沙丘，而N∶P变化则相反；人工梭梭林建植逐步降低土壤表层C∶N，提高N∶P，30年梭梭林地C∶N升高而N∶P降低。人工梭梭林在建植10年后表层土壤有机碳和无机氮储量显著提高，全氮和全磷储量随着栽植年限的增加而增大，20年梭梭林全氮储量最高。灌木盖度、草本盖度、大型节肢动物数量和土壤黏粉粒含量解释了67.89%的土壤C∶N∶P变化；灌木盖度、草本盖度、大型节肢动物数量、土壤黏粉粒含量、pH值和全盐含量解释了70.70%的C∶N∶P储量变化。总之，人工梭梭林的建植降低了草本盖度和土壤pH值，并在建植初期和中期提高植被盖度、土壤黏粉粒含量和大型节肢动物活动密度及土壤全盐含量，这驱动了表层土壤碳氮磷化学计量和储量变化。

关键词: 荒漠绿洲过渡带, 流动和固定沙丘, 人工梭梭林, 碳氮磷比值, 碳氮磷储量

Abstract:

Artificial sand-fixing vegetation serves as a critical ecological barrier in desert-oasis ecotone， and its stability is closely linked to the effectiveness of regional ecological protection.As a representative type of sand-fixing vegetation， Haloxylon ammodendron plantations undergo distinct developmental phases over time， which markedly influence the soil environment and related ecological functions. To evaluate these effects， Haloxylon ammodendron plantations aged 5， 10， 20， and 30 years at the northern edge of the Zhangye Oasis were selected as study sites， with mobile and fixed sand dunes serving as controls. This study systematically investigated the physicochemical properties， nutrient contents， and ecological stoichiometry of topsoil， assessed the long-term impacts of plantation age on the carbon， nitrogen， and phosphorus stoichiometry and their stocks， and further examined the coupled interactions between biotic and abiotic factors， along with the feedback mechanisms that drive the restoration dynamics of artificial sand-fixing ecosystems. The study found that surface soil C∶N ratios were significantly higher in fixed duns than in mobile dunes， while the N∶P ratios exhibited the opposite trend. The establishment of H. ammodendron plantation gradually decreased surface soil C∶N ratios and increased N∶P ratios， with a distinct pattern observed in the 30-year-old H. ammodendron plantation， where C∶N ratios increased and N∶P ratios decreased. H. ammodendron plantations significantly increased topsoil organic carbon and inorganic nitrogen stocks 10 years after establishment. Meanwhile， total nitrogen and total phosphorus stocks increased with planting age， with the highest total nitrogen stock observed in the 20-year-old H. ammodendron plantation. Shrub cover， herbaceous cover， macro-arthropods， and soil silt and clay content explained 67.89% of the variation in surface soil carbon， nitrogen， and phosphorus stoichiometry. Shrub cover， herbaceous cover， macro-arthropods， soil silt and clay content， soil pH， and soil salt content explained 70.70% of the variation in surface soil carbon， nitrogen， and phosphorus stock. In summary， the establishment of H. ammodendron plantations led to a continuous decline in herbaceous cover and soil pH over time， while shrub cover， soil silt and clay， the macro-arthropods activity density， and soil salt content increased primarily during the pre- and mid-establishment stages. Together， these changes played a key role in driving variations in surface soil carbon， nitrogen， and phosphorus stoichiometry and stock.

Key words: desert-oasis ecotone, mobile and fixed sandy dune, Haloxylon ammodendron plantations, soil carbon， nitrogen and phosphorus stoichiometry, soil carbon， nitrogen and phosphorus stock

中图分类号:

Q948.113

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图/表 5

图1 流动、固定沙丘和不同栽植年限梭梭林表层土壤有机碳、全氮和全磷比值注：MSD和FSD分别代表流动沙丘和固定沙丘；Y5、Y10、Y20、Y30分别代表5、10、20、30年生梭梭林；不同小写字母表示流动沙丘、固定沙丘和不同栽植年限梭梭林之间存在显著差异（P<0.05）

Fig.1 The ratios of topsoil organic carbon， total nitrogen， and total phosphorus in mobile sandy dunes （MSD）， fixed sandy dunes （FSD）， and Haloxylon ammodendron plantations （Ys）

图2 流动、固定沙丘和不同栽植年限梭梭林表层土壤有机碳、全氮、无机氮和全磷储量注：MSD和FSD分别代表流动沙丘和固定沙丘；Y5、Y10、Y20、Y30分别代表5、10、20、30年生梭梭林；不同小写字母表示流动沙丘、固定沙丘和不同栽植年限梭梭林之间存在显著差异（P<0.05）

Fig.2 The storages of topsoil organic carbon， total nitrogen， inorganic nitrogen， and total phosphorus in mobile sandy dunes （MSD）， fixed sandy dunes （FSD）， and Haloxylon ammodendron plantations （Ys）

图3 人工梭梭林建植过程中表层有机碳、全氮、无机氮和全磷储量变化

Fig.3 Changes in topsoil organic carbon， total nitrogen， inorganic nitrogen and total phosphorus stocks during the restoration of Haloxylon ammodendron plantations

表1 pRDA分析确定生物和非生物因子对表层土壤碳氮磷比值和储量变化的相对贡献率

Table 1 pRDA to quantify the relative contributions of the relative influence of biotic and abiotic factors on alterations in the ratios and stocks of topsoil organic carbon， total nitrogen and total phosphorus

变量	特征值（校准）	解释量	贡献率	F	P
表层碳氮磷比值
SC	0.541	54.05	79.61	91.2	0.001
HC	0.067	6.68	9.85	13.2	0.002
MA	0.035	3.53	5.2	7.7	0.002
ME	0.003	0.29	0.42	0.7	0.443
SCC	0.016	1.62	2.39	3.7	0.044
pH	0.011	1.15	1.69	2.6	0.089
SSC	0.006	0.57	0.84	1.4	0.235
表层碳氮磷储量
SC	0.151	15.08	21.33	27.2	0.001
HC	0.014	1.44	2.04	3.7	0.029
MA	0.032	3.17	4.48	7.5	0.004
ME	0.002	0.19	0.27	0.4	0.682
SCC	0.427	42.75	60.46	56.1	0.001
pH	0.063	6.34	8.97	13.5	0.001
SSC	0.017	1.73	2.45	4.3	0.019

图4 流动、固定沙丘和不同栽植年限梭梭林生物、非生物因子和表层土壤有机碳、全氮和全磷比值（A）和储量（B）关系的RDA二维排序图注：SC、HC、SSC、SCC、SOC、TN和TP分别代表灌木盖度、草本盖度、土壤全盐含量、土壤黏粉粒含量、土壤有机碳、土壤全氮和土壤全磷；○、●、△、▲、□、■分别代表流动沙丘、固定沙丘、5、10、20、30年梭梭林

Fig.4 The RDA two-dimensional ordination diagram of the ratios （A） and stocks （B） of topsoil organic carbon， total nitrogen and total phosphorus with biotic and abiotic factors among mobile sandy dune （MSD）， fixed sandy dune （FSD） and Haloxylon ammodendron plantations （Ys）

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