Characteristics and influencing factors of soil organic carbon in the process of desertification in Horqin Sandy Land

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2022.00041

Journal of Desert Research ›› 2022, Vol. 42 ›› Issue (5): 221-231.DOI: 10.7522/j.issn.1000-694X.2022.00041

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Characteristics and influencing factors of soil organic carbon in the process of desertification in Horqin Sandy Land

Meng Yan¹(), Xuyang Wang²(), Liye Zhou¹(), Yuqiang Li²

^1.Inner Mongolia Minzu University，Tongliao 028000，Inner Mongolia，China
^2.Naiman Desertification Research Station，Northwest Institute of Eco-Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China

Received:2022-01-23 Revised:2022-03-17 Online:2022-09-20 Published:2022-09-22
Contact: Xuyang Wang,Liye Zhou

Abstract

Abstract:

Horqin Sandy Land is a typical area for the development of desertification and a key area for desertification control in semi-arid areas of China. This study takes Horqin Sandy Land as the study area， takes sandy land at different stages of desertification reversal as the research object， and adopts the method of space instead of time through field investigation and indoor analysis. on the regional scale， the response law of soil organic carbon to desertification process was discussed， and the dominant factors of spatial variation of soil organic carbon in this region were explained with climate， vegetation and topographic factors. The results show that：（1） with the aggravation of desertification， the content of soil organic carbon shows as follows： sparse forest grassland （non-desertification） > fixed sandy land （mild desertification） > semi-fixed sandy land （moderate desertification） > semi-mobile sandy land （severe desertification） > mobile sandy land （extreme sandy desertification）. （2） compared with sparse forest grassland， the soil organic carbon density of fixed sandy land， semi-fixed sandy land， semi-mobile sandy land and mobile sandy land decreased by 29.1%， 49.3%， 62.9% and 84.1%， respectively. （3） with the development of desertification， the soil texture coarsening phenomenon occurred， that is， the content of medium and fine sand significantly increased， while the content of soil fine particles （ultra-fine sand and clay） decreased significantly. （4） in the process of desertification in Horqin sandy land， the loss of soil clay particles is the main reason for the coarsening of soil and the decrease of soil organic carbon content， while the change of pH is less affected by desertification. （5） Climate factor is the main factor that leads to the influence of longitude and latitude on SOC content， while topography factor takes the second place.

Key words: soil organic carbon, Horqin Sandy Land, desertification, regional scale, principal component analysis

CLC Number:

Meng Yan, Xuyang Wang, Liye Zhou, Yuqiang Li. Characteristics and influencing factors of soil organic carbon in the process of desertification in Horqin Sandy Land[J]. Journal of Desert Research, 2022, 42(5): 221-231.

Figures/Tables 10

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沙漠化程度	裸沙面积占比/%	植被盖度/%
轻度沙漠化	<5	>60
中度沙漠化	5—25	30—60
重度沙漠化	25—50	10—30
极重度沙漠化	>50	<10

沙漠化程度	裸沙面积占比/%	植被盖度/%
轻度沙漠化	<5	>60
中度沙漠化	5—25	30—60
重度沙漠化	25—50	10—30
极重度沙漠化	>50	<10

粒径/mm	分类
2.00—0.50	粗砂
0.50—0.25	中砂
0.25—0.10	细砂
0.10—0.05	极细砂
<0.05	黏粉粒

粒径/mm	分类
2.00—0.50	粗砂
0.50—0.25	中砂
0.25—0.10	细砂
0.10—0.05	极细砂
<0.05	黏粉粒

土壤因子	土层深度 /cm	沙漠化阶段
土壤因子	土层深度 /cm	疏林草地	固定沙地	半固定沙地	半流动沙地	流动沙地
土壤全氮含量/(g·kg^-1)	0—10	0.91±0.11^a	0.60±0.04^b	0.33±0.14^c	0.15±0.06^d	0.07±0.01^d
土壤全氮含量/(g·kg^-1)	10—20	0.37±0.05^a	0.27±0.01^b	0.17±0.07^c	0.12±0.07^d	0.06±0.01^d
土壤全磷含量/(g·kg^-1)	0—10	0.20±0.01^a	0.15±0.04^b	0.11±0.03^c	0.09±0.02^d	0.06±0.02^d
土壤全磷含量/(g·kg^-1)	10—20	0.15±0.01^a	0.10±0.03^b	0.08±0.02^bc	0.07±0.02^c	0.06±0.01^c
土壤容重/(g·cm^-3)	0—10	1.61±0.06^a	1.63±0.06^a	1.64±0.07^a	1.63±0.06^a	1.64±0.04^a
土壤容重/(g·cm^-3)	10—20	1.64±0.06^a	1.66±0.04^a	1.66±0.07^a	1.67±0.06^a	1.67±0.03^a
pH值	0—10	7.02±0.69^ab	7.21±0.69^ab	6.80±0.61^ab	6.72±0.54^b	6.90±0.66^ab
pH值	10—20	7.07±0.47^b	7.59±0.84^a	7.09±0.67^b	6.88±0.61^b	6.90±0.71^b
电导率/(μS·cm^-1)	0—10	42.38±4.71^a	39.17±3.87^a	27.18±4.20^b	19.55±3.88^c	13.82±1.32^d
电导率/(μS·cm^-1)	10—20	36.20±2.50^a	37.41±5.44^a	25.19±5.53^b	21.70±3.79^bc	17.20±5.03^c
粗砂/%	0—10	1.29±0.33^b	1.39±0.40^b	2.10±0.40^a	1.90±0.42^a	0.58±0.36^c
粗砂/%	10—20	1.27±0.46^ab	1.18±0.44^ab	2.01±0.31^a	2.18±0.93^a	0.75±0.12^b
中砂/%	0—10	14.36±3.57^b	18.02±3.23^a	20.74±2.86^a	19.62±2.85^a	9.54±2.08^c
中砂/%	10—20	16.23±3.87^b	17.48±1.33^b	23.82±5.31^a	19.26±4.27^b	9.25±1.13^c
细砂/%	0—10	45.43±7.38^e	51.70±7.83^d	57.40±8.07^c	64.60±7.99^b	72.61±8.87^a
细砂/%	10—20	54.02±2.54^b	56.07±5.55^b	59.02±6.44^b	60.40±6.01^b	74.70±7.22^a
极细砂/%	0—10	16.97±3.01^a	13.47±3.01^b	9.52±2.81^c	6.62±2.18^d	7.28±2.26^d
极细砂/%	10—20	14.49±3.72^a	11.27±2.51^b	9.54±1.38^b	7.64±1.36^b	7.31±1.90^b
黏粉粒/%	0—10	21.20±3.52^a	17.11±4.01^b	11.69±3.45^c	6.79±2.53^d	9.43±2.44^c
黏粉粒/%	10—20	14.89±3.90^a	12.04±3.34^b	8.20±2.61^c	5.97±2.20^c	6.02±2.14^c

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土层深度/cm	土壤全氮含量	土壤全磷含量	土壤容重	pH值	电导率	粗砂	中砂	细砂	极细砂	黏粉粒
0—10	0.883^**	0.784^**	-0.046	0.02	0.511^**	-0.020	-0.089	-0.389^**	0.320^**	0.586^**
10—20	0.503^**	0.411^**	-0.097^**	-0.08	0.051	-0.053	-0.102	-0.045	0.102	0.147

变量	0—10 cm			10—20 cm
变量	F₁	F₂	F₃	F₁	F₂	F₃
土壤全氮含量	0.853	-0.166	-0.299	0.807	-0.254	-0.142
土壤全磷含量	0.897	-0.110	-0.261	0.801	-0.105	-0.226
土壤容重	-0.107	0.431	0.032	-0.059	0.287	0.547
pH值	0.510	0.089	0.816	0.607	0.004	0.577
电导率	0.791	-0.035	0.340	0.632	-0.211	0.535
粗砂	0.136	0.814	-0.125	0.150	0.754	0.113
中砂	0.013	0.865	-0.052	-0.100	0.840	-0.040
细砂	-0.777	-0.533	0.117	-0.628	-0.705	0.237
极细砂	0.732	-0.072	0.158	0.755	-0.025	0.074
黏粉粒	0.793	-0.271	-0.251	0.642	-0.027	-0.450
特征值	4.215	2.008	1.061	3.475	1.976	1.268
解释变量/%	42.148	20.075	10.612	34.755	19.761	12.678
累计解释变量/%	42.148	62.223	72.835	34.755	54.515	67.193

土层深度/cm	回归方程	R²	F	P
0—10	y=8.595STNC+0.118	0.778	484.174	<0.01
	y=45.435STPC-0.074	0.612	218.398
	y=0.011EC+0.126	0.995	48.399
	y=-0.088Fsa+0.954	0.145	24.465
	y=0.162Vfs+0.273	0.096	15.647
	y=0.255Scl+0.130	0.339	71.625
10—20	y=15.193STNC+0.154	0.363	79.598
	y=37.905STPC+0.121	0.239	44.452
	y=-0.147SBD+0.692	-0.002	0.659

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[13]	Tao Wang. The practice on prevention and control of aeolian desertification and the development of desert science in China for 70 years： Startups part [J]. Journal of Desert Research, 2022, 42(1): 1-4.
[14]	Yingtao Sun, Yanpeng Yue, Long Cheng, Yingjun Pang, Heju Zhao, Bingqiang Fei, Xiaomin Xiu, Bo Wu, Yuxing Zhao, Lin Shi, Jinjun He, Xiaohong Jia. Responses of growth and biomass allocation of Artemisia ordosica to desertification in Mu Us Sandyland [J]. Journal of Desert Research, 2022, 42(1): 123-133.
[15]	Zhimin Liu, Haibin Yu. Discussion on ecological management of Horqin Sandy Land under the concept of "a living community of montains， waters， forests， farmlands， lakes， grasslands and sandylands" [J]. Journal of Desert Research, 2022, 42(1): 34-40.

变量	0—10 cm				10—20 cm
变量	F₁	F₂	F₃	F₄	F₁	F₂	F₃	F₄
纬度	0.448	-0.048	-0.791	0.314	0.442	-0.053	-0.823	0.188
经度	0.921	0.024	0.080	0.123	0.920	0.049	0.060	0.108
年降水量	0.645	0.236	0.269	-0.168	0.637	0.257	0.277	-0.106
年积温	0.480	0.156	0.367	0.469	0.496	0.172	0.309	0.453
高程	-0.926	0.017	0.003	-0.280	-0.933	-0.005	0.041	-0.238
地面剖面曲率	-0.073	0.802	-0.102	0.029	-0.091	0.798	-0.128	0.009
地面粗糙度	-0.310	0.883	0.059	0.206	-0.323	0.872	0.026	0.255
坡度	-0.398	0.831	0.029	0.162	-0.413	0.817	0.007	0.223
生长季平均气温	0.720	-0.053	0.130	0.427	0.739	-0.037	0.075	0.380
生长季降水量	0.192	-0.111	0.917	-0.115	0.204	-0.084	0.928	-0.030
生长季EVI均值	0.674	0.391	-0.040	-0.482	0.649	0.414	-0.024	-0.554
生长季NDVI均值	0.737	0.367	-0.118	-0.454	0.712	0.389	-0.101	-0.520
特征值	4.695	2.500	1.851	1.191	4.729	2.515	1.804	1.171
解释变量/%	36.112	19.232	14.236	9.163	36.374	19.347	13.876	9.006
累计解释变量/%	36.112	55.343	69.579	78.743	36.374	55.721	69.597	78.603

变量	0—10 cm				10—20 cm
变量	F₁	F₂	F₃	F₄	F₁	F₂	F₃	F₄
纬度	0.448	-0.048	-0.791	0.314	0.442	-0.053	-0.823	0.188
经度	0.921	0.024	0.080	0.123	0.920	0.049	0.060	0.108
年降水量	0.645	0.236	0.269	-0.168	0.637	0.257	0.277	-0.106
年积温	0.480	0.156	0.367	0.469	0.496	0.172	0.309	0.453
高程	-0.926	0.017	0.003	-0.280	-0.933	-0.005	0.041	-0.238
地面剖面曲率	-0.073	0.802	-0.102	0.029	-0.091	0.798	-0.128	0.009
地面粗糙度	-0.310	0.883	0.059	0.206	-0.323	0.872	0.026	0.255
坡度	-0.398	0.831	0.029	0.162	-0.413	0.817	0.007	0.223
生长季平均气温	0.720	-0.053	0.130	0.427	0.739	-0.037	0.075	0.380
生长季降水量	0.192	-0.111	0.917	-0.115	0.204	-0.084	0.928	-0.030
生长季EVI均值	0.674	0.391	-0.040	-0.482	0.649	0.414	-0.024	-0.554
生长季NDVI均值	0.737	0.367	-0.118	-0.454	0.712	0.389	-0.101	-0.520
特征值	4.695	2.500	1.851	1.191	4.729	2.515	1.804	1.171
解释变量/%	36.112	19.232	14.236	9.163	36.374	19.347	13.876	9.006
累计解释变量/%	36.112	55.343	69.579	78.743	36.374	55.721	69.597	78.603