Vegetation structure and its relationship with soil physicochemical properties in restoring sandy grassland in Horqin Sandy Land

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00111

Journal of Desert Research ›› 2022, Vol. 42 ›› Issue (2): 134-141.DOI: 10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00111

Vegetation structure and its relationship with soil physicochemical properties in restoring sandy grassland in Horqin Sandy Land

Xiaolong Zhao¹(), Yuhong Xie¹, Xujun Ma², Shaokun Wang²()

^1.College of Pastoral Agriculture Science and Technology，Lanzhou University，Lanzhou 730000，China
^2.Naiman Desertification Research Station / Urat Desert-Grassland Research Station / Key Laboratory of Stress Physiology and Ecology，Northwest Institute Eco-Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China

Received:2021-04-17 Revised:2021-08-27 Online:2022-03-20 Published:2022-03-30
Contact: Shaokun Wang

Abstract

Abstract:

Herbs play an important role in the process of vegetation restoration in sandy land ecosystem. It is very important to study the vegetation changes and its relationship with soil factors in natural sandy land restoration. This study focused on the vegetation composition and its relationship with soil physicochemical properties along 12-year， 17-year and 20-year restoration gradient in Horqin sandy grassland. The results showed that： with the restoration processing， soil organic matter， total nitrogen， available nitrogen， available potassium and slow-acting potassium increased significantly； plant species richness increased gradually； the proportion of Gramineae increased， while the proportions of Compositae and Chenopodiaceae decreased； The proportion of annual and biannual plant species decreased， while the proportion of perennial plant species increased； the vegetation height， coverage and above-ground biomass of herbaceous plants increased significantly； the species richness， dominance and diversity indices increased by 30.16%， 10.86% and 21.81% from 12-year to 20-year restoration， respectively； The plant community composition were mainly affected by soil water content （contribution rate of 30.77%） and soil available nutrients （contribution rates of available nitrogen， available phosphorus， and available potassium are 16.67%， 13.74%， and 7.69%， respectively） along sandy grassland restoration gradient. The results indicated that soil water content and soil available nutrients are the main factors affecting the restoration procedure of degraded sandy grassland in Horqin Sandy Land.

Key words: Horqin Sandy Land, sandy grassland, community structure, species diversity, soil nutrients

CLC Number:

Q948.11

Xiaolong Zhao, Yuhong Xie, Xujun Ma, Shaokun Wang. Vegetation structure and its relationship with soil physicochemical properties in restoring sandy grassland in Horqin Sandy Land[J]. Journal of Desert Research, 2022, 42(2): 134-141.

Figures/Tables 7

References 40

1	刘新民，赵哈林，赵爱芬.科尔沁沙地风沙环境与植被［M］.北京：科学出版社，1996.
2	赵哈林，赵学勇，张铜会.科尔沁沙地沙漠化过程及其恢复机理［M］.北京：海洋出版社，2003.
3	嵇萍.科尔沁沙地生态修复成效与物种适宜性评估［D］.南京：南京信息工程大学，2016.
4	赵学勇，张春民，左小安，等.科尔沁沙地沙漠化土地恢复面临的挑战［J］.应用生态学报，2009（7）：1559-1564.
5	赵哈林，周瑞莲，赵学勇，等.科尔沁沙地沙漠化正、逆过程的地面判别方法［J］.中国沙漠，2008，28（1）：8-15.
6	王涛.中国沙漠与沙漠化［M］.石家庄：河北科学技术出版社，2003.
7	陈晨，王寅，王健铭，等.科尔沁沙地植物群落物种多样性及其主要影响因素［J］.北京林业大学学报，2020，42（5）：106-114.
8	郭轶瑞，赵哈林，赵学勇，等.科尔沁沙质草地物种多样性与生产力的关系［J］.干旱区研究，2007（2）：198-203.
9	左小安，赵学勇，赵哈林，等.科尔沁沙地草地退化过程中的物种组成及功能多样性变化特征［J］.水土保持学报，2006（1）：181-185.
10	王明明，刘新平，何玉惠，等.科尔沁沙地封育恢复过程中植物群落特征变化及影响因素［J］.植物生态学报，2019，43（8）：672-684.
11	蒋德明，曹成有，李雪华，等.科尔沁沙地植被恢复及其对土壤的改良效应［J］.生态环境，2008（3）：1135-1139.
12	赵丽娅，李兆华，李锋瑞，等.科尔沁沙地植被恢复演替进程中群落土壤种子库研究［J］.生态学报，2005（12）：3204-3211.
13	Wang S， Zuo X， Zhao X，et al.Responses of soil fungal community to the sandy grassland restoration in Horqin Sandy Land， northern China［J］.Environmental Monitoring and Assessment，2016，188（1）：21.
14	王少昆.科尔沁沙地不同生境中土壤微生物群落分布特征研究［D］.兰州：中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，2018.
15	Zuo X， Zhang J， Zhou X，et al.Changes in carbon and nitrogen storage along a restoration gradient in a semiarid sandy grassland［J］.Acta Oecológica，2015，69：1-8.
16	赵哈林，赵学勇，张铜会.沙漠化的生物过程及退化植被的恢复机理［M］.北京：科学出版社，2007.
17	吕朋，左小安，张婧，等.放牧强度对科尔沁沙地沙质草地植被的影响［J］.中国沙漠，2016，36（1）：34-39.
18	Zuo X， Zhao X， Wang S，et al.Influence of dune stabilization on relationship between plant diversity and productivity in Horqin Sand Land，Northern China［J］.Environmental Earth Sciences，2012，67（5）：1547-1556.
19	鲍士旦.土壤农化分析［M］.北京：中国农业出版社，2005.
20	刘光崧.土壤理化分析与剖面描述［M］.北京：中国标准出版社，1996.
21	孙小丽，康萨如拉，张庆，等.荒漠草原物种多样性、生产力与气候因子和土壤养分之间关系的研究［J］.草业学报，2015，24（12）：10-19.
22	赵哈林，苏永中，周瑞莲.我国北方沙区退化植被的恢复机理［J］.中国沙漠，2006，26（3）：323-328.
23	李玉强，赵哈林，移小勇，等.沙漠化过程中科尔沁沙地植物-土壤系统碳氮储量动态［J］.环境科学，2006（4）：635-640.
24	Li Y， Zhao X， Zhang F，et al.Accumulation of soil organic carbon during natural restoration of desertified grassland in China’s Horqin Sandy Land［J］.Journal of Arid Land，2015，7（3）：328-340.
25	Yuan J， Ouyang Z， Zheng H，et al.Ecosystem carbon storage following different approaches to grassland restoration in south-eastern Horqin Sandy Land，northern China［J］.Global Ecology and Conservation，2021，26：e1438.
26	Liu R， Zhao H， Zhao X，et al.Soil macrofaunal response to sand dune conversion from mobile dunes to fixed dunes in Horqin Sandy Land，northern China［J］.European Journal of Soil Biology，2009，45（5）：417-422.
27	左小安，赵学勇，赵哈林，等.科尔沁沙质草地群落物种多样性、生产力与土壤特性的关系［J］.环境科学，2007（5）：945-951.
28	苏永中，赵哈林，张铜会，等.不同退化沙地土壤碳的矿化潜力［J］.生态学报，2004（2）：372-378.
29	赵哈林，张铜会，赵学勇，等.内蒙古半干旱地区沙质过牧草地的沙漠化过程［J］.干旱区研究，2002（4）：1-6.
30	孙一梅，田青，吕朋，等.科尔沁沙地沙质草地与固定沙丘植物群落结构对极端干旱的响应［J］.中国沙漠，2021，41（1）：129-136.
31	周欣，左小安，赵学勇，等.科尔沁沙地中南部34种植物叶功能性状及其相互关系［J］.中国沙漠，2015，35（6）：1489-1495.
32	吕朋，左小安，孙珊珊，等.科尔沁沙地退化植被恢复过程中碳氮化学计量特征的变化［J］.干旱区地理，2019，42（3）：606-614.
33	钟韩珊，李元哲，张晓雨，等.不同类型沙地植物群落特征及多样性研究［J］.湖北大学学报（自然科学版），2019，41（4）：349-355.
34	吕朋，左小安，岳喜元，等.科尔沁沙地封育过程中植被特征的动态变化［J］.生态学杂志，2018，37（10）：2880-2888.
35	杨欢，李玉强，王旭洋，等.半干旱区不同类型沙丘风沙流结构特征［J］.中国沙漠，2018，38（6）：1144-1152.
36	尚雯，李玉强，韩娟娟，等.围封对流动沙丘表层土壤有机碳、全氮和活性有机碳的影响［J］.水土保持学报，2012，26（6）：147-152.
37	尚雯，李玉强，王少昆，等.科尔沁沙地流动沙丘造林后表层土壤有机碳和轻组有机碳的变化［J］.应用生态学报，2011，22（8）：2069-2074.
38	赵文智，程国栋.干旱区生态水文过程研究若干问题评述［J］.科学通报，2001，46（22）：1851-1857.
39	庞夙，李廷轩，王永东，等.土壤速效氮、磷、钾含量空间变异特征及其影响因子［J］.植物营养与肥料学报，2009，15（1）：114-120.
40	Carlson M， Forcella F， Wortman S，et al.Organic fertilizer abrasive grits increase soil available nitrogen， plant height， and biomass［J］.Agrosystems， Geosciences & Environment，2020，3（1）：e20091.

项目	土壤深度 /cm	恢复年限/a
项目	土壤深度 /cm	12	17	20
土壤有机质/(g·kg^-1)	0—10	0.42±0.08^c	1.13±0.41^b	4.86±0.93^a
土壤有机质/(g·kg^-1)	10—20	0.43±0.04^b	0.97±0.32^b	3.26±0.66^a
全氮/(g·kg^-1)	0—10	0.024±0.02^b	0.065±0.04^b	0.517±0.1^a
全氮/(g·kg^-1)	10—20	0.025±0.01^b	0.079±0.06^b	0.198±0.16^a
速效氮/(mg·kg^-1)	0—10	10.71±3.05^b	13.14±4.26^b	37.02±7.32^a
速效氮/(mg·kg^-1)	10—20	6.88±3.67^b	9.43±9.23^b	22.75±4.73^a
速效磷/(mg·kg^-1)	0—10	9.83±0.24^a	9.97±0.18^a	9.55±0.17^b
速效磷/(mg·kg^-1)	10—20	9.92±0.25^a	9.78±0.11^a	9.32±0.06^b
速效钾/(mg·kg^-1)	0—10	41.28±4.89^c	71.78±13.50^b	148.17±30.96^a
速效钾/(mg·kg^-1)	10—20	44.83±6.66^b	59.44±10.76^ab	76.78±17.09^a
缓效钾/(mg·kg^-1)	0—10	191.17±17.63^c	260.06±42.19^b	452.06±56.44^a
缓效钾/(mg·kg^-1)	10—20	197.22±15.7^b	210.22±14.84^b	389.78±48.68^a
pH值	0—5	7.93±0.03^a	7.82±0.15^a	8.34±0.08^a
pH值	5—10	7.95±0.09^a	7.94±0.21^a	8.44±0.02^a
土壤含水量/%	0—5	0.37±0.08^c	1.92±0.37^a	0.95±0.30^b
土壤含水量/%	5—10	0.82±0.45^c	2.03±0.24^a	1.4±0.36^b
土壤微生物生物量碳/(g·kg^-1)	0—5	34.73±33.21^a	53.88±41.73^a	53.41±40.23^a
土壤微生物生物量碳/(g·kg^-1)	5—10	47.87±26.91^a	57.21±13.69^a	77.31±62.24^a

项目	土壤深度 /cm	恢复年限/a
项目	土壤深度 /cm	12	17	20
土壤有机质/(g·kg^-1)	0—10	0.42±0.08^c	1.13±0.41^b	4.86±0.93^a
土壤有机质/(g·kg^-1)	10—20	0.43±0.04^b	0.97±0.32^b	3.26±0.66^a
全氮/(g·kg^-1)	0—10	0.024±0.02^b	0.065±0.04^b	0.517±0.1^a
全氮/(g·kg^-1)	10—20	0.025±0.01^b	0.079±0.06^b	0.198±0.16^a
速效氮/(mg·kg^-1)	0—10	10.71±3.05^b	13.14±4.26^b	37.02±7.32^a
速效氮/(mg·kg^-1)	10—20	6.88±3.67^b	9.43±9.23^b	22.75±4.73^a
速效磷/(mg·kg^-1)	0—10	9.83±0.24^a	9.97±0.18^a	9.55±0.17^b
速效磷/(mg·kg^-1)	10—20	9.92±0.25^a	9.78±0.11^a	9.32±0.06^b
速效钾/(mg·kg^-1)	0—10	41.28±4.89^c	71.78±13.50^b	148.17±30.96^a
速效钾/(mg·kg^-1)	10—20	44.83±6.66^b	59.44±10.76^ab	76.78±17.09^a
缓效钾/(mg·kg^-1)	0—10	191.17±17.63^c	260.06±42.19^b	452.06±56.44^a
缓效钾/(mg·kg^-1)	10—20	197.22±15.7^b	210.22±14.84^b	389.78±48.68^a
pH值	0—5	7.93±0.03^a	7.82±0.15^a	8.34±0.08^a
pH值	5—10	7.95±0.09^a	7.94±0.21^a	8.44±0.02^a
土壤含水量/%	0—5	0.37±0.08^c	1.92±0.37^a	0.95±0.30^b
土壤含水量/%	5—10	0.82±0.45^c	2.03±0.24^a	1.4±0.36^b
土壤微生物生物量碳/(g·kg^-1)	0—5	34.73±33.21^a	53.88±41.73^a	53.41±40.23^a
土壤微生物生物量碳/(g·kg^-1)	5—10	47.87±26.91^a	57.21±13.69^a	77.31±62.24^a

序号	恢复12年		恢复17年		恢复20年
序号	科名	属数	科名	属数	科名	属数
1	禾本科	3	禾本科	4	禾本科	6
2	菊科	2	苋科	2	豆科	1
3	藜科	2	菊科	2	苋科	1
4	苋科	1	藜科	2	菊科	1
5	葡萄科	1	豆科	1	藜科	1
6	蒺藜科	1	葡萄科	1	葡萄科	1
7	萝藦科	1	蒺藜科	1	蔷薇科	1
8			萝藦科	1	蒺藜科	1
9					牻牛儿苗科	1
10					旋花科	1

序号	恢复12年		恢复17年		恢复20年
序号	科名	属数	科名	属数	科名	属数
1	禾本科	3	禾本科	4	禾本科	6
2	菊科	2	苋科	2	豆科	1
3	藜科	2	菊科	2	苋科	1
4	苋科	1	藜科	2	菊科	1
5	葡萄科	1	豆科	1	藜科	1
6	蒺藜科	1	葡萄科	1	葡萄科	1
7	萝藦科	1	蒺藜科	1	蔷薇科	1
8			萝藦科	1	蒺藜科	1
9					牻牛儿苗科	1
10					旋花科	1

植物种	恢复年限/a
植物种	12	17	20
苦苣菜（Sonchus oleraceus）	0.088±0.030
蓼子朴（Inula salsoloides）	0.447±0.100
沙米（Agriophyllum squarrosum）	0.124±0.065
狭叶苦荬菜（Ixeris chinensis）	0.068±0.030
光梗蒺藜草（Cenchrus incertus）	0.198±0.118
大果虫实（Corispermum macrocarpum）	0.050±0.026	0.075±0.054
地梢瓜（Cynanchum thesioides）	0.058±0.034	0.070±0.146
野糜子（Panicum ruderale）	0.044		0.085±0.028
蒺藜（Tribulus terrester）	0.104±0.045	0.045±0.020	0.082±0.081
狗尾草（Setaria viridis）	0.108±0.047	0.079±0.038	0.082±0.074
地锦（Euphorbia humifusa）	0.023	0.024±0.007	0.020±0.005
薄翅猪毛菜（Salsola pellucida）	0.037	0.247±0.135	0.077±0.094
尖头叶藜（Chenopodium acuminatum）		0.120±0.087	0.114±0.079
黄蒿（Artemisia scoparia）		0.146±0.052	0.242±0.122
白草（Pennisetum centrasiaticum）		0.112	0.213±0.029
冠芒草（Eneapogon borealis）		0.042	0.040±0.010
扁蓿豆（Medicago ruthenica）		0.162
画眉草（Eragrostis pilosa）		0.139±0.114
砂蓝刺头（Echinops gmelini）		0.219±0.109
雾冰藜（Bassia dasyphylla）		0.065±0.042
糙隐子草（Cleistogenes squarrosa）			0.167±0.059
二裂委陵菜（Potentilla bifurca）			0.155±0.074
芦苇（Phragmites australis）			0.208±0.059
牻牛儿苗（Erodium stephanianum）			0.188±0.111
米口袋（Gueldenstaedtia stenophylla）			0.019
田旋花（Convolvulus arvensis）			0.030±0.002

Vegetation structure and its relationship with soil physicochemical properties in restoring sandy grassland in Horqin Sandy Land

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恢复年限/a	群落特征
恢复年限/a	高度/cm	盖度/%	生物量/(g·m^-2)	丰富度指数R	优势度指数FD	多样性指数H	均匀度指数E
12	9.66±2.31^a	23.1±7.8^a	23.51±5.21^a	6.3±1.62^a	0.73±0.08^a	1.47±0.18^a	0.82±0.07^a
17	8.81±4.81^a	30.78±10.65^a	24.79±8.91^a	8.67±1.49^b	0.79±0.05^b	1.84±0.18^b	0.86±0.04^a
20	17.23±6.86^b	54±7.76^b	69.47±27.28^b	8.2±0.98^b	0.79±0.06^b	1.79±0.23^b	0.85±0.07^a

植物群落特征	逐步回归方程	显著性
植物高度	Hight=10.85×SWC-10.45×AP+108.24	R²=0.845, F=18.786, P<0.001
植被盖度	Cover=1.17×AN+8.97	R²=0.863, F=46.523, P<0.001
地上生物量	Biomass=67.39×pH-33.77×AP-182.06	R²=0.911, F=36.708, P<0.001
丰富度指数	R=1.49×SWC+5.66	R²=0.590, F=8.524, P=-0.01
优势度指数	FD=0.11×SWC+0.002×SK-0.09×SOC+0.33	R²=0.806, F=8.655, P=0.002
多样性指数	H=0.33×SWC+0.01×SK-0.48×SOC+0.01×AK-0.29	R²=0.916, F=17.051, P<0.001

[1]	Zhaobin Song, Zhiming Xin, Yajuan Zhu. Characteristics of shrub communities in the desert-steppe ecotone of Inner Mongolia， China [J]. Journal of Desert Research, 2022, 42(2): 104-112.
[2]	Yani Wang, Yigang Hu, Zengru Wang, Changsheng Li. Impacts of reclamation on salinization desert soil microbial community： a case study of Alar oasis [J]. Journal of Desert Research, 2021, 41(6): 126-137.
[3]	Xuexiang Chang, Huaishun Chen, Zhigang Li, Hongping Zhang. Species diversity of ecological restoration plant communities in typical desert areas of the Brahmaputra River Basin in Tibet [J]. Journal of Desert Research, 2021, 41(6): 187-194.
[4]	Lin Shi, Yuxing Zhao, Eerdun Hasi, Ping Zhang, Yingjun Xu, Zhuoran Wang. Changes of vegetation and soil nutrient on windward slope of dune under sand barrier environment in Mu Us Sandy Land [J]. Journal of Desert Research, 2021, 41(5): 140-146.
[5]	Yonghong Feng, Rentao Liu, Jixian Liu, Jiayu Jiang, Yanjiao Bai, Zhixia Guo, Wenfan Wang, Anning Zhang. Distribution characteristics of arthropod community structure in Artemisia ordosica shrub canopy in desert area [J]. Journal of Desert Research, 2021, 41(5): 94-102.
[6]	Zeyu Teng, Shengchun Xiao, Xiaohong Chen, Chao Han. The soil bacterial condition beneath five shrub species in the central Alxa [J]. Journal of Desert Research, 2021, 41(4): 34-44.
[7]	Dan Han, Yulin Li, Jin Zhan, Hongling Yang. Emergy-based comparison on sustainable development of villages with different farming and pastoral ratios in Horqin Sandy Land [J]. Journal of Desert Research, 2021, 41(3): 235-244.
[8]	Yahong Li, Chongfeng Bu, Qi Guo, Yingxin Wei. Ecological functions comparison of moss crust and algae crust in the Mu Us Sand Land [J]. Journal of Desert Research, 2021, 41(2): 138-144.
[9]	Yinping Chen, Wenjie Cao, Peidong Yu, Huan Yang, Xuyang Wang, Yuqiang Li. The effects of soil water content on sand flow structure and wind erosion amount with wind tunnel experiment in semi-arid area [J]. Journal of Desert Research, 2021, 41(2): 173-180.
[10]	Yimei Sun, Qing Tian, Aixia Guo, Xiaoan Zuo, Peng Lv, Senxi Zhang. Effects of water and nitrogen changes on vegetation characteristics and leaf traits in Horqin Sandy land， Northern China [J]. Journal of Desert Research, 2020, 40(6): 223-232.
[11]	Liuwen Dong, Jialong Han, Wenzhi Zhao, Jiliang Liu, Yibin Ba. Comparison of ground arthropod community between Lake Wetland and adjacent sand dune in Heihe River Basin [J]. Journal of Desert Research, 2020, 40(6): 250-258.
[12]	Jin Zhan, Yulin Li, Dan Han, Hongling Yang. Biomass allocation and its ecological significance of three dominant sand-fixing shrubs in the semi-arid desert area [J]. Journal of Desert Research, 2020, 40(5): 149-157.
[13]	Rentao Liu, Anning Zhang. Short-term effect of afforested shrub plantations on ground-active arthropod communities in desertified regions [J]. Journal of Desert Research, 2020, 40(5): 190-199.
[14]	Delu Li, Quanlin Ma, Jinchun Zhang, Fang Chen, Xinrong Li, Hongbo Yuan, Linyuan Wei, Haotian Yang, Zhong Zhang. Vegetation characteristics of the Tengger Desert [J]. Journal of Desert Research, 2020, 40(4): 223-233.
[15]	Su Langga, Tian Guiquan, Hong Xia. Diversity of bryophyte in Hunshandake Sandy Land [J]. Journal of Desert Research, 2020, 40(3): 51-59.