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纳帕海典型草甸群落土壤有机碳储量及碳组分变化特征

刘攀 陆梅 李聪 吕晶花 杨志东 赵旭燕 陈志明

刘攀, 陆梅, 李聪, 吕晶花, 杨志东, 赵旭燕, 陈志明. 纳帕海典型草甸群落土壤有机碳储量及碳组分变化特征[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220377
引用本文: 刘攀, 陆梅, 李聪, 吕晶花, 杨志东, 赵旭燕, 陈志明. 纳帕海典型草甸群落土壤有机碳储量及碳组分变化特征[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220377
LIU Pan, LU Mei, LI Cong, LÜ Jinghua, YANG Zhidong, ZHAO Xuyan, CHEN Zhiming. Changes of soil organic carbon storage and carbon components in typical meadow communities in Napahai[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220377
Citation: LIU Pan, LU Mei, LI Cong, LÜ Jinghua, YANG Zhidong, ZHAO Xuyan, CHEN Zhiming. Changes of soil organic carbon storage and carbon components in typical meadow communities in Napahai[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220377

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纳帕海典型草甸群落土壤有机碳储量及碳组分变化特征

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220377
基金项目: 国家自然科学基金地区科学基金资助项目(42067011);云南省应用基础研究面上项目(202001AT070113, 2013FB053);云南省中青年学术技术带头人后备人才项目(202205AC160047);西南林业大学博士启动基金资助项目(111901);云南省高校优势特色重点学科资助项目(05000511311)
详细信息
    作者简介: 刘攀(ORCID: 0000-0002-3792-2098),从事湿地生态学研究。E-mail: 905745005@qq.com
    通信作者: 陆梅(ORCID: 0000-0002-2341-5212),教授,博士,博士生导师,从事湿地生态、土壤生态学研究。E-mail: lumeizx@126.com
  • 中图分类号: S714.5

Changes of soil organic carbon storage and carbon components in typical meadow communities in Napahai

  • 摘要:   目的  探索不同地下水位埋深引起纳帕海典型草甸湿地土壤碳组分的变化特征及其与环境因子的耦合关系,为理解高原湿地土壤碳循环过程提供数据支撑。  方法  2020年11月,在纳帕海湿地选择地下水埋深由高到低的疏花早熟禾Poa pratensis群落、鼠曲草Gnaphalium affine群落和云雾薹草Carex nubigena群落3种典型草甸群落作为研究对象,比较土壤总有机碳、微生物生物量碳、易氧化有机碳、颗粒有机碳的质量分数以及沿土层的分布特征,并分析碳组分与植物多样性和土壤理化因子之间的关系。  结果  随着地下水埋深降低,不同典型草甸群落土壤总有机碳储量(0~40 cm土层)呈减少趋势,从高到低依次为疏花早熟禾群落(47.55 t ·hm−2)、云雾薹草群落(42.28 t ·hm−2)、鼠曲草群落(32.14 t ·hm−2),并沿土层加深而降低,其中鼠曲草群落土壤总有机碳储量下降幅度最大;土壤总有机碳、微生物生物量碳、易氧化有机碳和颗粒有机碳均随地下水埋深降低而减少,变幅为1.8~3.4倍;土壤有机碳组分质量分数沿土层加深而降低,下降1.0~3.4倍;植物生物量、植物群落Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数、Margalef丰富度指数和Simpson优势度指数均随着地下水埋深的降低而减小,降幅达1.5~2.8倍;土壤含水量、pH、全磷同样显著减少(P<0.05);冗余分析(RDA)和相关性分析表明:植物地上生物量、土壤含水量、容重、全氮和全磷对地下水埋深变化的响应最为强烈,是影响纳帕海典型草甸群落土壤有机碳组分变化的主控因子。  结论  纳帕海湿地典型草甸土壤有机碳组分质量分数及垂直分布的特征主要取决于不同地下水埋深所引起的植物地上生物量及土壤理化状况的改变。因此,在纳帕海湿地典型草甸群落的保护过程中,建议对地下水位进行监测,防止地下水位过低对湿地碳库稳定性造成影响。图3表4参42
  • 图  1  纳帕海典型草甸群落土壤有机碳储量变化

    Figure  1  Vertical variations in soil organic carbon storages in typical meadow communities of Napahai

    图  2  纳帕海典型草甸群落土壤有机碳组分质量分数的特征

    Figure  2  Characteristics of soil organic carbon components in typical meadow communities of Napahai

    图  3  纳帕海典型草甸群落土壤有机碳组分与环境因子间的冗余分析

    Figure  3  Redundancy analysis of the soil organic carbon components in typical meadow communities of Napahai

    表  1  样地基本信息

    Table  1.   Basic information of the sampling sites

    群落类型纬度(N)经度(E)地下水埋深/cm优势植物盖度/%土壤类型
    疏花早熟禾群落(PP) 27°50′43.46″ 99°39′7.86″ −58.5±8.5 疏花早熟禾、牡蒿Artemisia japonica 90 草甸土
    鼠曲草群落(GA) 27°50′43.46″ 99°38′34.60″ −112.0±6.8 鼠曲草、平车前 Plantago depressa 88 草甸土
    云雾薹草群落(CN) 27°49′56.13″ 99°38′55.26″ −150.0±1.5 云雾薹草、车前P. asiatica 83 草甸土
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    表  2  纳帕海典型草甸群落地上生物量和多样性特征

    Table  2.   Characteristics of above-ground biomass and diversity in typical meadow community of Napahai

    样地名称地上生物量/(g·m−2)Shannon-Wiemer多样性指数Pielou均匀度指数Margalef丰富度指数Simpson优势度指数
    疏花早熟禾群落646.94±69.16 a3.71±0.02 a0.93±0.01a13.11±0.38 a0.92±0.02 a
    鼠曲草群落  337.45±43.66 b2.87±0.01 b0.87±0.06 b9.49±0.68 b0.86±0.01 b
    云雾薹草群落 229.58±1.87 c1.58±0.30 c0.57±0.09 c5.19±0.39 c0.62±0.07 c
      说明:同列不同小写字母表示不同典型草甸群落多样性差异显著(P<0.05)。数值为平均值±标准误
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    表  3  纳帕海典型草甸群落土壤理化性质特征

    Table  3.   Characteristics of soil physicochemical properties of typical meadow communities of Napahai

    植物群落地下水位/cm土层深度/cm土壤含水量/%容重/(g·cm−3)pH全氮/(g·kg−1)全磷/(g·kg−1)全钾/(g·kg−1)
    疏花早熟禾群落−58.50~2026.66±0.85 Aa1.01±0.01 Cb8.54±0.08 Aa1.38±0.03 Ab0.54±0.03 Aa33.59±2.34 Ba
    20~4024.29±0.70 Ba1.22±0.03 Ab8.54±0.06 Aa0.85±0.08 Ba0.48±0.03 Ba35.90±0.45 Aa
    0~4025.48±0.61 Aa1.11±0.02 Bb8.35±0.37 Aa1.20±0.16 Ab0.51±0.03 Aa30.57±2.45 Ca
    鼠曲草群落  −112.00~2022.17±0.40 Ab1.23±0.12 Aa4.97±0.11 Ac1.44±0.16 Ab0.47±0.04 Ab28.03±0.57 Ab
    20~4020.65±0.37 Cc1.32±0.04 Aa5.44±0.41 Ac0.91±0.02 Ba0.38±0.03 Bb28.36±0.24 Ab
    0~4021.41±0.28 Bc1.28±0.10 Aa5.14±0.27 Ac1.31±0.17 Ab0.42±0.03 Ab28.45±1.39 Aa
    云雾薹草群落 −150.00~2025.61±0.52 Aa0.96±0.03 Cc6.87±0.25 Ab1.84±0.11 Aa0.46±0.02 Ab34.03±0.91 Aa
    20~4021.58±0.72 Bb1.28±0.04 Aa7.28±0.45 Ab0.93±0.42 Ba0.39±0.01 Cb28.78±0.20 Cb
    0~4023.59±3.70 Aa1.12±0.01 Bb7.07±0.52 Ab1.70±0.19 Aa0.42±0.01 Bb32.60±3.74 Ba
      说明:不同大写字母表示同一典型草甸群落不同土层差异显著(P<0.05),不同小写字母表示不同典型草甸群落相同土层差异显著(P<0.05)。数值为平均值±标准误
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    表  4  土壤有机碳储量及碳组分质量分数与环境因子之间的相关系数

    Table  4.   Correlation coefficients between the soil organic carbon components and environment factors of soil

    指标Shannon-Wierner
    指数
    Pielou
    指数
    Margalef
    指数
    Simpson
    指数
    地上生
    物量
    土壤含
    水量
    容重pH全氮全磷全钾
    总有机碳   0.718**0.784**0.664**0.791**0.612**0.343*−0.596**−0.1000.585**0.2590.265
    微生物生物量碳0.645**0.654**0.616**0.649**0.564**0.290−0.372*0.1440.339*0.335*0.057
    易氧化有机碳 0.2040.1690.2720.1760.448**0.129−0.0680.097−0.1160.0860.137
    颗粒有机碳  0.773**0.767**0.775**0.765**0.859**0.620**−0.758**0.1720.482**0.439**0.370*
    有机碳储量  0.457**0.549**0.402*0.558**0.409*0.097−0.256−0.2500.381*0.0650.112
      说明:*P<0.05; **P<0.01
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-06-01
  • 录用日期:  2022-10-09
  • 修回日期:  2022-10-06
  • 网络出版日期:  2022-11-11

纳帕海典型草甸群落土壤有机碳储量及碳组分变化特征

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220377
    基金项目:  国家自然科学基金地区科学基金资助项目(42067011);云南省应用基础研究面上项目(202001AT070113, 2013FB053);云南省中青年学术技术带头人后备人才项目(202205AC160047);西南林业大学博士启动基金资助项目(111901);云南省高校优势特色重点学科资助项目(05000511311)
    作者简介:

    刘攀(ORCID: 0000-0002-3792-2098),从事湿地生态学研究。E-mail: 905745005@qq.com

    通信作者: 陆梅(ORCID: 0000-0002-2341-5212),教授,博士,博士生导师,从事湿地生态、土壤生态学研究。E-mail: lumeizx@126.com
  • 中图分类号: S714.5

摘要:   目的  探索不同地下水位埋深引起纳帕海典型草甸湿地土壤碳组分的变化特征及其与环境因子的耦合关系,为理解高原湿地土壤碳循环过程提供数据支撑。  方法  2020年11月,在纳帕海湿地选择地下水埋深由高到低的疏花早熟禾Poa pratensis群落、鼠曲草Gnaphalium affine群落和云雾薹草Carex nubigena群落3种典型草甸群落作为研究对象,比较土壤总有机碳、微生物生物量碳、易氧化有机碳、颗粒有机碳的质量分数以及沿土层的分布特征,并分析碳组分与植物多样性和土壤理化因子之间的关系。  结果  随着地下水埋深降低,不同典型草甸群落土壤总有机碳储量(0~40 cm土层)呈减少趋势,从高到低依次为疏花早熟禾群落(47.55 t ·hm−2)、云雾薹草群落(42.28 t ·hm−2)、鼠曲草群落(32.14 t ·hm−2),并沿土层加深而降低,其中鼠曲草群落土壤总有机碳储量下降幅度最大;土壤总有机碳、微生物生物量碳、易氧化有机碳和颗粒有机碳均随地下水埋深降低而减少,变幅为1.8~3.4倍;土壤有机碳组分质量分数沿土层加深而降低,下降1.0~3.4倍;植物生物量、植物群落Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数、Margalef丰富度指数和Simpson优势度指数均随着地下水埋深的降低而减小,降幅达1.5~2.8倍;土壤含水量、pH、全磷同样显著减少(P<0.05);冗余分析(RDA)和相关性分析表明:植物地上生物量、土壤含水量、容重、全氮和全磷对地下水埋深变化的响应最为强烈,是影响纳帕海典型草甸群落土壤有机碳组分变化的主控因子。  结论  纳帕海湿地典型草甸土壤有机碳组分质量分数及垂直分布的特征主要取决于不同地下水埋深所引起的植物地上生物量及土壤理化状况的改变。因此,在纳帕海湿地典型草甸群落的保护过程中,建议对地下水位进行监测,防止地下水位过低对湿地碳库稳定性造成影响。图3表4参42

English Abstract

刘攀, 陆梅, 李聪, 吕晶花, 杨志东, 赵旭燕, 陈志明. 纳帕海典型草甸群落土壤有机碳储量及碳组分变化特征[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220377
引用本文: 刘攀, 陆梅, 李聪, 吕晶花, 杨志东, 赵旭燕, 陈志明. 纳帕海典型草甸群落土壤有机碳储量及碳组分变化特征[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220377
LIU Pan, LU Mei, LI Cong, LÜ Jinghua, YANG Zhidong, ZHAO Xuyan, CHEN Zhiming. Changes of soil organic carbon storage and carbon components in typical meadow communities in Napahai[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220377
Citation: LIU Pan, LU Mei, LI Cong, LÜ Jinghua, YANG Zhidong, ZHAO Xuyan, CHEN Zhiming. Changes of soil organic carbon storage and carbon components in typical meadow communities in Napahai[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220377

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