1、第 32 卷 第 6 期Vol.32，No.658-702023 年 6 月草业学报ACTA PRATACULTURAE SINICA李思媛，崔雨萱，孙宗玖，等.封育对蒿类荒漠草地土壤有机碳及土壤微生物生物量生态化学计量特征的影响.草业学报，2023，32（6）：5870.LI Si-yuan，CUI Yu-xuan，SUN Zong-jiu，et al.Effect of grazing exclusion on soil organic carbon and stoichiometry characteristics of soil microbial biomass in sagebru
2、sh desert.Acta Prataculturae Sinica，2023，32（6）：5870.封育对蒿类荒漠草地土壤有机碳及土壤微生物生物量生态化学计量特征的影响李思媛1，崔雨萱1，孙宗玖1，2，3*，刘慧霞1，冶华薇1（1.新疆农业大学草业学院，新疆 乌鲁木齐 830052；2.西部干旱区草地资源与生态教育部重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830052；3.新疆草地资源与生态自治区重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830052）摘要：为了厘清封育过程中退化荒漠草地土壤微生物生物量生态化学计量学特征、土壤有机碳积累特征及其关系，对天山北坡新源县、博乐市、玛纳斯县、呼图壁县、奇台县封育 47 年
3、的蒿类荒漠草地 050 cm 土层土壤有机碳（SOC）、土壤微生物生物量碳（MBC）、氮（MBN）、磷（MBP）含量及其化学计量比进行了分析，并用结构方程模型解析了 SOC 与土壤 MBC、MBN、MBP 及其化学计量比间的关系。结果表明：1）封育后 050 cm 土层蒿类荒漠草地SOC 含量较对照显著降低 15.52%（P0.05），而土壤 MBC、MBN、MBP、MBC/MBN、MBC/MBP、MBN/MBP 总体变化不显著。2）SOC 与 MBC、MBN、MBP均呈显著正相关（P0.01），与 MBC/MBN、MBC/MBP呈负相关，且封育后 SOC 与 MBN/MBP 间的关系由显著正
4、相关转为负相关（P0.01）。3）结构方程分析表明，土壤 MBC、MBN、MBP 及其计量比对 SOC 积累的直接解释率为 46%，且 MBN 对土壤有机碳的作用效应最强（P0.001），封育降低了土壤 MBC、MBN 对土壤有机碳积累的影响，增加了土壤 MBP的直接影响。总之，封育 47年对蒿类荒漠草地土壤微生物生物量生态化学计量特征影响不显著，且 MBN是影响土壤有机碳积累的主要因素。关键词：蒿类荒漠；土壤有机碳；土壤微生物生物量；化学计量特征；封育Effect of grazing exclusion on soil organic carbon and stoichiometry ch
5、aracteristics of soil microbial biomass in sagebrush desertLI Si-yuan1，CUI Yu-xuan1，SUN Zong-jiu1，2，3*，LIU Hui-xia1，YE Hua-wei11.College of Grassland Science，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，China；2.Key Laboratory of Grassland Resources and Ecology of Western Arid Region，Ministry of Ed
6、ucation，Urumqi 830052，China；3.Xinjiang Key Laboratory of Grassland Resources and Ecology，Urumqi 830052，ChinaAbstract：This research aimed to clarify soil microbial biomass eco-stoichiometry characteristics in desert montane grassland in the years following grazing exclusion.Soil organic carbon accumu
7、lation and its relationship in degraded desert grassland to soil organic carbon（SOC），soil microbial biomass carbon（MBC），nitrogen（MBN），phosphorus（MBP）and their stoichiometric ratios were analyzed in the 0-50 cm soil layer of sagebrush desert grasslands from Xinyuan，Bole，Manasi，Hutubi and Qitai counti
8、es on the northern slopes of the Tianshan Mountains for 4-7 years following grazing exclusion.The relationships between soil organic carbon（SOC），soil MBC，MBN，MBP and their stoichiometric ratios were analyzed by structural equation modeling（SEM）.It was DOI：10.11686/cyxb2022267http：/收稿日期：2022-06-20；改回
9、日期：2022-09-21基金项目：国家自然科学基金项目（32060408）和新疆维吾尔自治区自然科学基金（2020D01A60）资助。作者简介：李思媛（1997-），女，新疆塔城人，在读硕士。E-mail： 通信作者 Corresponding author.E-mail：第 32 卷第 6 期草业学报 2023 年found that the SOC content of sagebrush desert grassland in the 0-50 cm soil horizon after grazing exclusion was significantly reduced by 15
10、.52%compared with the control（P0.05），while the overall changes of soil MBC，MBN，MBP，MBC MBN，MBC MBP and MBN MBP were not significant.SOC was significantly positively correlated with MBC，MBN，and MBP（P0.01），and negatively correlated with MBC MBN and MBC MBP，and the relationship between SOC and MBNMBP c
11、hanged from significantly positive to negative after grazing exclusion（P0.01）.SEM showed that soil MBC，MBN，MBP and their stoichiometric ratios data directly explained 46%of data variation for SOC accumulation，and MBN had the strongest effect on soil organic carbon（P0.001），while grazing exclusion red
12、uced the effect of soil MBC and MBN on soil organic carbon accumulation and increased the direct effect of soil MBP.In conclusion，the effects of 4-7 years of grazing exclusion on soil microbial biomass eco-stoichiometry characteristics of sagebrush desert grassland were not significant，and MBN was t
13、he most influential determining factor for soil organic carbon accumulation.Key words：sagebrush desert；soil organic carbon；soil microbial biomass；stoichiometric characteristics；grazing exclusion作为草地生态系统中最大的资源基础，土壤微生物是土壤所有生态功能的媒介，能够驱动环境中物质的能量流动和转移1-3，在调节有机质的分解和养分的循环等生态系统功能方面发挥着重要作用4。其中土壤微生物生物量碳、氮、磷既能
14、反映土壤微生物数量，也可体现土壤养分库来源的状况，常用作土壤肥力、土壤扰动及土壤质量的指示指标5-6。土壤微生物可通过调整自身的生态化学计量比以及对资源的利用效率来适应周围环境的改变7，有研究表明，土壤微生物化学计量比能够反映微生物群落结构及微生物活性，还能决定微生物活动的方向及有机质养分的释放8。而土壤有机碳是土壤微生物的能量来源，调节着气候和生物多样性9，对保持土壤肥力具有极其重要的作用10。新疆地处干旱荒漠区，可利用天然草地面积约占全疆土地总面积的 34.44%，其中蒿类荒漠草地面积为3.04106 hm2，占新疆草原总面积的 5.3%11-12。作为天然草地资源中饲用价值较高、分布范围
15、较广的重要牧草，蒿类植物在新疆草地资源中具有极其重要的地位，由其为建群种组成的荒漠草地是新疆重要的春秋牧场13。在气候变化、人类活动不合理干扰下，新疆蒿类荒漠草地出现了大面积的退化14，严重影响了草地生态系统的多样性和稳定性15，威胁了新疆绿洲的生态安全，亟待恢复治理。为了改善和恢复受损或退化的蒿类荒漠草地，封育措施得到大量的应用，主要通过杜绝家畜的放牧采食，促进植被的正向演替，以提高生态系统的稳定性。目前，有关封育对土壤有机碳变化的研究已有大量开展16-18，但由于封育年限、草地植被类型、土壤质地及土壤深度等方面存在差异，其研究结果表现为增加19-20、降低21-22、变化不显著23-24等
16、多种形式。同样，在以往的研究中有关封育对土壤微生物生物量化学计量特征的影响也没有一致的结论25，主要因土壤环境和气候因子的变化，不同地域的微生物生物量会出现不同的变化趋势。大量研究表明14，23，土壤有机碳与土壤微生物关系密切，但有关土壤微生物生物量化学计量特征对土壤有机碳积累的影响少有研究，且研究区域单一，缺乏不同区域封育样地的多点解析与检验，亟待深入研究。基于此，本研究以天山北坡不同区域的退化蒿类荒漠草地为对象，通过对封育区内外土壤有机碳、微生物生物量碳、氮、磷含量及其计量比的测算，拟解决以下科学问题：1）封育措施对不同区域的土壤有机碳、微生物生物量碳、氮、磷含量及其计量比响应趋势是否一致；2）土壤微生物生物量化学计量学特征对有机碳的积累贡献率的占比及封育措施对其的影响，以期为退化蒿类荒漠草地生态系统的恢复、利用及管理提供科学依据。1材料与方法1.1研究区域概况该研究区位于天山北坡山前低山荒漠带（4322-4347 N，8235-8925 E，海拔为 9501270 m），属于典型大陆性干旱气候，年均温 49，年均降水量 150350 mm，年蒸发量 2000 mm 左右；研究样地
