毛乌素沙地固沙林恢复土壤矿物颗粒固定碳氮效应及机制

摘要

[目的]揭示沙漠化逆转植被恢复过程土壤固定碳氮的效应与机制，为评估固沙造林对沙漠化土壤质量的恢复效果提供科学依据。[方法]选择榆林毛乌素沙地流沙地、半固定沙地以及恢复20～50 a的灌木和乔木固沙林地，采用离心分组法，分析0—10 cm和10—20 cm土层全土及砂粒、粉粒、黏粒矿物颗粒结合态碳氮的含量演变、密度增速及贡献比例的特征。[结果]随固沙林恢复年限延长，土壤总有机碳、全氮及矿物颗粒碳氮密度呈线性增长，砂粒碳增速最高[0.14 mg/（hm²·a）]，粉粒次之，黏粒最低。恢复50 a的乔木林总有机碳和全氮平均含量分别比灌木林高26.9%和18.5%。灌木林上层（0—10 cm）砂粒、粉粒和黏粒碳含量较流沙地分别提高13.75,11.37,5.24倍，乔木林则达13.73,24.78,5.82倍；砂粒和粉粒碳氮固定作用在乔木林上层显著强于灌木林，而黏粒及次表层颗粒作用无显著差异。砂粒贡献了42.36%～48.70%的碳氮增量，但粉粒和黏粒（占全土质量8.1%）固持了56.12%的有机碳和57.13%的全氮，显示出“低量高效”特征。全土及颗粒组分C/N在恢复20～30 a时出现拐点，呈现“先升后降”趋势。粉粒C/N最高（26.6～39.9），黏粒最低（10.7～18.4），表明不同矿物颗粒结合有机质组成存在显著差异。[结论]固沙林植被恢复通过促进砂粒碳氮快速积累及粉黏粒吸附固持成为沙漠化区植被恢复土壤碳氮库累积的重要机制之一。

关键词

沙漠化防治 / 毛乌素沙地 / 植被恢复 / 固沙林 / 土壤颗粒 / 矿物结合态碳氮