祁連山北坡亞高山草地退耕還林草混合植被對土壤碳氮磷的影響

張蕊，曹靜娟，郭瑞英，龍瑞軍，尚占環(huán)*

1. 草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020；2. 蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州 73000

祁連山北坡亞高山草地退耕還林草混合植被對土壤碳氮磷的影響

張蕊1，曹靜娟1，郭瑞英2，龍瑞軍1，尚占環(huán)1*

1. 草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020；2. 蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州 73000

土壤有機(jī)碳、氮素和磷素是生態(tài)系統(tǒng)中極其重要的生態(tài)因子，土地利用變化將會引起土壤中碳、氮、磷等元素含量的變化。以祁連山北坡亞高山草地區(qū)域內(nèi)三種利用方式（自由放牧天然草地、開墾20年的燕麥(Avena nuda)耕地、退耕8年的還林草混合植被）的土壤為研究對象，通過采集0～30 cm的土壤，分析土壤的理化性質(zhì)得到土壤碳、氮、磷的含量，再將其轉(zhuǎn)換為土壤碳、氮、磷儲量，分析三種利用方式下土壤碳、氮、磷儲量的差異以及影響土壤碳、氮、磷生態(tài)化學(xué)計(jì)量比的因子，旨在探討退耕還林草工程對該地區(qū)土壤養(yǎng)分的影響。結(jié)果表明，3個(gè)樣地的土壤碳、氮、磷儲量差異顯著（P＜0.05），天然草地的有機(jī)碳、全氮儲量（72.17、6.80 t·hm-2）顯著高于退耕還林草地的（66.75、4.96 t·hm-2）和燕麥耕地的（36.61、3.61 t·hm-2）。這是因?yàn)椋湟?，比較而言天然草地受干擾小。其二，對于退耕還林草地和燕麥耕地來說，由于刈割獲取地上部分，可能使得從土壤中獲取的有機(jī)碳和氮素大于歸還的。全磷儲量則表現(xiàn)為燕麥耕地的（2.51 t·hm-2）顯著高于天然草地的（2.17 t·hm-2）和退耕還林草地的（1.96 t·hm-2）。這是因?yàn)檠帑湼刂谢实氖┯檬沟昧自馗患饋?，所以其儲量較高。與天然草地相比，耕種20年的燕麥地0-30 cm的有機(jī)碳和全氮儲量分別低了35.56、3.19 t·hm-2，年平均減少速率分別為1.78、0.16 t·hm-2·a-1。與燕麥耕地相比，退耕8年的還林草地土壤有機(jī)碳和全氮儲量顯著升高了30.14、1.35 t·hm-2，年平均增加速率分別為3.77、0.17 t·hm-2·a-1。退耕8年的還林草地輕組有機(jī)碳比例（10.93%）顯著高于天然草地（9.72%）和燕麥耕地（8.61%）。土壤含水量、容重和微生物量碳氮是影響土壤碳、氮、磷生態(tài)化學(xué)計(jì)量的重要因子?？偨Y(jié)認(rèn)為，退耕還林草混合植被對土壤碳、氮、磷庫具有重要的恢復(fù)和改善作用，但短期內(nèi)難以恢復(fù)到天然草地水平。因此，為了改善和恢復(fù)退化的土壤生態(tài)系統(tǒng)，應(yīng)大力實(shí)施退耕還林草工程，并保證退耕還林草地具有較長的年限。

祁連山；北坡；退耕還林草地；天然草地；燕麥耕地；土壤碳氮磷

在土壤養(yǎng)分循環(huán)中，碳、氮、磷元素驅(qū)動著其他養(yǎng)分元素的循環(huán)與轉(zhuǎn)化，是地球化學(xué)養(yǎng)分循環(huán)的核心，并在多元素的平衡中發(fā)揮著重要作用（姜紅梅等，2011；Elser等，2000）。碳是自然界中與人類生存密切相關(guān)的物質(zhì)（付東磊等，2014）。土壤有機(jī)碳、氮素和磷素是生態(tài)系統(tǒng)中極其重要的生態(tài)因子，影響土壤中微生物的數(shù)量和凋落物的分解速率（林麗等，2012）。土地利用變化將會引起土壤中碳、氮、磷等元素含量的變化（馬志敏等，2013；信忠保等，2012）。土壤中適宜的養(yǎng)分含量及養(yǎng)分元素的比例，有助于提高土地生產(chǎn)力，反之，降低土地生產(chǎn)力。

許多研究表明，草地開墾為農(nóng)田后，降低了土壤養(yǎng)分含量（王艷芬等，1998；羅格平等，2005；Wu和Tiessen，2002）。有研究表明，草地開墾后會損失掉原來土壤中碳素總量的30%～50%（Davidson等，2000）。Houghton和Goodale（2004）總結(jié)認(rèn)為，草地開墾造成1 m深土層約27%的土壤有機(jī)碳被釋放到大氣中。20世紀(jì)80—90年代，祁連山北坡相當(dāng)比例的草地被開墾為人工草地和農(nóng)田，用以滿足人們對糧食的需求（常娟等，2005），結(jié)果當(dāng)?shù)夭莸刂脖皇艿絿?yán)重破壞。1999年，中國政府提出退耕還林（草）工程，它在土壤有機(jī)碳的積累過程中有重要作用，進(jìn)而對將來減緩氣候變化帶來的影響有很大潛能（Song等，2014）。退耕還林（草）被認(rèn)為是恢復(fù)被開墾草地和草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的有效手段之一（Paruelo等，2001；傅伯杰等，2001），也是國家和政府治理我國西部水土流失、改善生態(tài)環(huán)境、提高農(nóng)民收入的重要舉措（王飛等，2003）。

近年來退耕還林草成為一項(xiàng)很重要的草地恢復(fù)措施（曹靜娟等，2011）。發(fā)展經(jīng)濟(jì)林和牧草混合植被，在生產(chǎn)上的作用很明顯，但其對土壤生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)作用如何，需要詳細(xì)的數(shù)據(jù)支持。本研究選取祁連山北坡亞高山草地的天然草地、以及天然草地上開墾耕種20年的耕地和退耕8年的還林草混合植被，分析其土壤碳、氮、磷等特征，明晰土壤碳、氮、磷對退耕還林草混合植被的響應(yīng)，為準(zhǔn)確評價(jià)退耕還林草生態(tài)環(huán)境效益提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)自然概況

研究區(qū)位于肅南裕固族自治縣境內(nèi)，地處甘肅省西北部的河西走廊中部，祁連山北坡亞高山草地黑河上游，界于東經(jīng)97°20'～102°13'、北緯37°28'～39°49'之間，總面積2.38萬km2，東西長650 km，南北寬120～200 km, 海拔在1327～5564 m之間。氣候大部分屬高寒山地半干旱氣候，只有明花區(qū)屬溫帶干旱氣候。氣候特點(diǎn)是冬春季長而冷，夏秋季短而涼爽，年均氣溫2～4 ℃，年均日照時(shí)數(shù)約為3085 h，年均降水量253.0 mm，年均蒸發(fā)量1784.6 mm，平均相對濕度47 %，無霜期120 d左右。土壤類型以亞高山草甸土、山地栗鈣土和山地黑土為主。植被類型以亞高山草地為主，主要植物有野苜蓿（Medicago falcata）、垂穗披堿草（Elymus nutans）、線葉蒿草（Kobrecia capillifolia）、紫菀(Aster tonpolensis)、蓖葉蒿(Neopallasia pectinata)、針茅（Stipa capillat）、苔草（Carex tristachya）、賴草(Leymus secalinus)等。

1.2 樣品采集與分析

在肅南縣康樂鄉(xiāng)東臺子選擇具有典型代表性的天然草地、開墾耕種20年的燕麥(Avena nuda)耕地和退耕8年的還林草地。為減少樣地間地形、地貌和小氣候的差異，盡量選擇鄰近、風(fēng)向和土壤母質(zhì)一樣的退耕還林草地、天然草地和燕麥耕地為研究對象。所選天然草地為地勢平坦的自由放牧地（NG）；退耕還林草地為2000年退耕后，載種杏樹林和散播苜蓿的混合植被（FG）；燕麥地為在天然草地上開墾種植20年的耕地(OC)，樣地基本情況見表1。于2008年8月中旬在上述每個(gè)樣地中選取3個(gè)大樣方（20 m×20 m）。在每一樣方中按0～10、 10～20、20～30 cm的層次，用內(nèi)徑為3.6 cm的土鉆分層取樣，共有27個(gè)土壤樣品。每一土樣都是由隨機(jī)鉆取20鉆土的混合土樣。蓋度采用目測法測定；在每個(gè)樣方中選取50×50 cm2的3個(gè)小樣方，將相同樣方內(nèi)植物地上生部分齊地面刈割裝入信封，帶回實(shí)驗(yàn)室在65 ℃下烘干至恒重。

土壤樣品的測定采用常規(guī)分析方法（鮑士旦，2007）。土壤含水量(SWC)測定采用烘干法，容重(BD)采用100 cm3的環(huán)刀按0～10、10～20、20～30 cm的層次分層測定。其余土樣剔除植物根系及石礫等雜物后，在室內(nèi)風(fēng)干并過2 mm和0.25 mm篩備用。pH采用電位法測定?？傷}(EC)采用電導(dǎo)率儀法測定，水土比為2.5∶1。土壤有機(jī)碳(SOC)含量測定采用濃硫酸-重鉻酸鉀高溫外加熱氧化-硫酸亞鐵滴定法。全氮（TN）采用半微量凱氏法。有效氮（AN）采用堿解擴(kuò)散法。全磷（TP）采用NaOH熔融-鉬銻抗比色法。土壤微生物量碳、氮(MBC、MBN)含量采用新鮮土壤，用氯仿熏蒸浸提法，浸提液為0.5 mol·L-1的K2SO4（魯如坤，1999），然后用總有機(jī)碳(TOC)分析儀測定。輕組有機(jī)碳（LFOC）采用重鉻酸鉀容量稀釋熱法（吳回軍和歐陽學(xué)軍，2008）。

表1 樣地基本情況Table 1 Basic situation of plots

1.3 數(shù)據(jù)處理

土壤活性有機(jī)質(zhì)是指土壤中有效性較高、周轉(zhuǎn)速率塊、易被植物吸收和微生物分解利用的那部分有機(jī)質(zhì)，主要包括微生物生物量(microbial biomass)、輕組有機(jī)質(zhì)(light fraction organic matter)、易礦化的碳和氮、容易浸提的碳氮及碳水化合物（王清奎等，2005）。本文將微生物量碳、氮和輕組有機(jī)碳稱為土壤活性養(yǎng)分，將其含量占相對應(yīng)全量養(yǎng)分的比例稱為活性養(yǎng)分比例。

不同土地利用方式下土壤碳氮磷及活性養(yǎng)分儲量計(jì)算計(jì)算公式為：

開墾20年的燕麥地0～30 cm土壤中有機(jī)碳和全氮的減少量是天然草地的有機(jī)碳和全氮儲量與燕麥地的差值；退耕8年的還林草地中有機(jī)碳和全氮的增加量是還林草地的有機(jī)碳和全氮儲量與燕麥地的差值。減少（增加）速率是減少量（增加量）與開墾（退耕）年限的商，單位：t·hm-2·a-1。土壤碳、氮、磷生態(tài)化學(xué)計(jì)量比是用各指標(biāo)的含量(g·kg-1)計(jì)算的。

所有數(shù)據(jù)用Excel整理并作圖。用SPSS(17.0)軟件對不同類型樣地土壤基本特征、土壤碳氮磷、土壤微生物量碳、氮等進(jìn)行分析。采用單因素方差分析和LSD多重比較法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)，顯著水平均為P＜0.05，并用Pearson相關(guān)系數(shù)評價(jià)C∶N、N∶P、C∶P與土壤基本特征間的相關(guān)關(guān)系。

表2 不同類型樣地的土壤基本特征(Mean±SE)Table 2 Basic soil properties of different plots (Mean±SE)

表3 研究樣地的土壤有機(jī)碳、氮、磷儲量(Mean±SE)Table 3 Soil organic carbon, nitrogen and phosphoras pools of the studied sites (Mean±SE)

2 結(jié)果

2.1 土壤基本特征

在3個(gè)樣地中，土壤含水量、容重和pH分別表現(xiàn)出相似的趨勢。土壤含水量表現(xiàn)為隨土層加深而降低，天然草地含水量最低，這是由于燕麥耕地和退耕還林草地有灌溉措施以及植被蓋度大，所以含水量都較高。天然草地經(jīng)開墾耕種20年后，土壤pH為8.51～8.64，與天然草地的相比，升高了0.05-0.09。當(dāng)燕麥地退耕還林草8年后，土壤pH為8.33～8.52，與燕麥耕地相比，低了0.12～0.21（表2）。相比天然草地，燕麥耕地和退耕還林草地的土壤容重都高，而且退耕還林草地的土壤容重高于燕麥耕地的，這可能是因?yàn)楦孛磕暧蟹绒r(nóng)業(yè)措施，所以耕地容重較退耕還林草地低。天然草地的土壤電導(dǎo)率（0.21～1.91 dS·m-1）顯著高于其它2個(gè)樣地（表2）。

2.2 土壤有機(jī)碳氮磷庫

不同樣地中土壤0～30 cm的有機(jī)碳、全氮、全磷和有效氮儲量總體情況見表3。天然草地0～20 cm土層的有機(jī)碳儲量比20～30 cm的高。燕麥耕地土壤有機(jī)碳儲量在各層次間變化無明顯規(guī)律。退耕還林草地在20～30 cm的有機(jī)碳儲量高。0～30 cm土壤有機(jī)碳、全氮和有效氮儲量在3個(gè)樣地間差異顯著，天然草地有機(jī)碳、全氮儲量最高，比燕麥耕地多47%，天然草地有效氮儲量最低，比燕麥地低21%。三個(gè)樣地的全磷儲量差異顯著，其中燕麥地最高。

總體上，0～30 cm土壤中，耕種20年的燕麥地土壤有機(jī)碳和全氮儲量比天然草地的顯著低，年平均減少速率分別為1.78、0.16 t·hm-2·a-1；相比燕麥耕地，退耕8年的還林草地有機(jī)碳和全氮儲量顯著高，年平均增加速率分別為3.77、0.17 t·hm-2·a-1。

2.3 土壤活性養(yǎng)分儲量

在0～30 cm土層中，開墾耕種20年的燕麥地微生物量碳儲量比天然草地的低了64%；微生物量氮儲量沒有顯著變化；輕組有機(jī)碳儲量低了55%。退耕8年的還林草地微生物量碳儲量和輕組有機(jī)碳儲量比燕麥地分別高了59%、57%(表4)。土壤活性養(yǎng)分占全量養(yǎng)分的比例很低，微生物量碳、氮和輕組有機(jī)碳比例范圍分別是0.53%～0.73%、1.25%～2.42 %、8.61%～10.93%(圖1)。

表4 研究樣地土壤微生物量碳氮和輕組有機(jī)碳儲量(Mean±SE)Table 4 Soil microbial biomass carbon, nitrogen and light fraction organic carbon of the studied sites (Mean±SE)

2.4 土壤碳、氮、磷生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征

3個(gè)樣地中0～10、10～20、20～30 cm土壤C∶N、N∶P、C∶P和微生物量C:N值差異顯著（表5）。C∶N變化范圍為8.14～17.19，N∶P為1.38～3.56，C∶P為12.11～35.25，微生物量C∶N為1.56～8.10。退耕8年的還林草地中土壤C∶N、C∶P、微生物量C∶N比天然草地和燕麥地高，N∶P則是天然草地比退耕還林草地和燕麥地高。與燕麥地相比，0～10、10～20、20～30 cm還林草地土壤的C∶N升高了9%、40%、26%；N∶P高了48%、37%、43%；C∶P高了53%、63%、57%；微生物量C∶N高了58%、75%、81%。

2.5 影響土壤碳、氮、磷計(jì)量值的因素

三個(gè)樣地中土壤C、N、P生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的影響因子不一致（表6）。在天然草地中，各影響因素與土壤碳、氮、磷比的相關(guān)性均不顯著，退耕還林草地中影響因素主要是含水量、pH、微生物量碳氮、輕組有機(jī)碳，燕麥地中的影響因素主要是含水量、容重、微生物量碳氮?？傮w上，影響祁連山北坡亞高山草地土壤碳、氮、磷生態(tài)化學(xué)計(jì)量的主要因子有土壤含水量、容重和微生物量碳氮。

圖1 活性養(yǎng)分占全量養(yǎng)分的比例Fig.1 The proportion of active nutrient upon the total nutrient

3 討論

研究區(qū)土壤容重和pH表現(xiàn)為隨土層加深而增加，說明上層土壤較下層土壤疏松（王芳等，2010）。亞高山草地被開墾為燕麥耕地20年后，與天然草地相比，土壤0～30 cm有機(jī)碳、全氮儲量分別低了49%、47%。這主要是因?yàn)檠帑準(zhǔn)崭钪?，僅殘茬和根系歸還土壤，使土壤有機(jī)質(zhì)的返還量明顯降低；其次是耕作改變了土壤的通透性和孔隙度，土壤有機(jī)質(zhì)分解加快，導(dǎo)致耕層土壤有機(jī)碳、全氮含量明顯下降（曹靜娟，2010）。

燕麥地退耕還林草8年后，與鄰近的燕麥耕地相比，0～30 cm土壤有機(jī)碳、全氮儲量分別高了82%、37%，但全磷和有效氮儲量都較燕麥耕地的低。退耕還林草既減少了對土地的擾動，多年生苜蓿和杏樹的存在又增加了地上凋落物、地下死亡根系和分泌物的量，逐漸提高了土壤碳、氮儲量。燕麥耕地可能因?yàn)橐欢ɑ实氖┯迷斐捎行У腿變α勘忍烊徊莸睾屯烁€林草地都多。

退耕還林草地有機(jī)碳、全氮儲量較天然草地稍低一些，這說明退耕還林草能有效地實(shí)現(xiàn)了土壤有機(jī)碳、全氮的積累，但還沒有達(dá)到天然草地的積累量。孫志高等（2008）的研究表明濕地被開墾3年后，土壤全氮含量（0～20 cm）平均下降了76%，說明土壤有機(jī)碳和全氮必定會受到損失，但損失是多方面因素共同作用的結(jié)果，如開墾之前土地的利用情況，開墾年限等。蘇永忠（2006）發(fā)現(xiàn)黑河中游邊緣綠洲農(nóng)田退耕種植苜蓿5年后，0～20 cm土壤有機(jī)碳儲量提高了22%～28%，但全氮儲量變化不顯著。Song等（2014）指出，退耕還林（草）對土壤有機(jī)碳的影響基于以下4個(gè)方面。1）農(nóng)田轉(zhuǎn)變類型(森林或草原)，2)農(nóng)田轉(zhuǎn)化為森林的類型(林地、灌木地、果園或竹林)，3)農(nóng)田轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸氐幕謴?fù)方法(人工草地或自然恢復(fù)草地)，4)退耕還林（草）年限（Song等, 2014）。所以，關(guān)于退耕還林（草）工程對土壤碳、氮、磷影響的研究結(jié)果有一定差異。

良好的土壤環(huán)境能顯著提高土壤微生物活性，但翻耕等劇烈的措施會導(dǎo)致土壤微生物區(qū)系變化和微生物量顯著下降（張成娥等，2002；宋日等，2002）。Salinas等（1997）報(bào)道草地墾耕將引起土壤微生物量碳大幅度降低。土壤微生物量碳占有機(jī)碳的比例一般維持在0.5%～5%的范圍（Sparling， 1992），本研究結(jié)果中微生物量碳比例為0.53%～0.73%。本研究中微生物量碳和輕組有機(jī)碳比例都是燕麥地顯著小于天然草地和退耕還林草地，而微生物量氮比例是燕麥耕地最高。退耕8年的還林草地輕組有機(jī)碳比例顯著高于天然草地和燕麥耕地（圖1），說明退耕種植杏樹和苜蓿8年后，大量植物殘?bào)w的歸還顯著增加了土壤輕組物質(zhì)的來源。

表5 研究樣地土壤碳、氮、磷計(jì)量值(Mean±SE)Table 5 The ratio of soil carbon、nitrogen、phosphoras on study sites (Mean±SE)

表6 C∶N、N∶P、C∶P與影響因子間的相關(guān)性分析Table 6 Correlation analysis between C∶N、N∶P、C∶Pand influencing factors

土壤碳氮磷的生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)特征除受到氣候、土壤母質(zhì)、地形和生物等成土因素的影響外，同時(shí)還受到人類活動的顯著影響（王維奇等，2010）。土壤C:N通常被認(rèn)為是土壤氮素礦化能力的一種標(biāo)志，既可反映陸地生態(tài)系統(tǒng)中土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，又在一定程度上指示植被凋落物和根系殘茬對土壤有機(jī)碳、氮的積累（王振等，2013；張良俠等，2014）。三個(gè)樣地中0～10、10～20、20～30 cm土壤C∶N、C∶P和微生物量C∶N，都是退耕還林草地最高，表明退耕還林草8年有效增加了土壤有機(jī)碳儲量，這與京津風(fēng)沙源治理工程對草地土壤有機(jī)碳庫的作用結(jié)果相似[33]，說明退耕還林草的碳匯作用較大。

4 結(jié)論

燕麥耕地和退耕還林草地由于有灌溉措施以及植被蓋度大，所以含水量都較高。與燕麥耕地相比，退耕還林草地的土壤pH低了0.12～0.21。因?yàn)檠帑湼孛磕暧蟹绒r(nóng)業(yè)措施，所以容重較退耕還林草地低。

祁連山北坡亞高山草地區(qū)域內(nèi)，三種利用方式下土壤有機(jī)碳、全氮、全磷和有效氮、微生物量碳、氮和輕組有機(jī)碳儲量有顯著差異。它們的變化范圍分別是9.72～27.32、1.13～2.76、0.60～0.88、0.014～0.022、0.039～0.182、0.017～0.035、0.87～2.94 t·hm-2。影響該區(qū)土壤碳氮磷生態(tài)化學(xué)計(jì)量比的關(guān)鍵因子有土壤含水量、容重和微生物量碳、氮。

土壤有機(jī)碳、全氮、和微生物量碳儲量大小為天然草地＞退耕還林草地＞燕麥耕地。只有輕組有機(jī)碳儲量是退耕還林草地＞天然草地，退耕還林草沒有提高全磷儲量。燕麥耕地的微生物量碳和輕組有機(jī)碳比例都是顯著小于天然草地和退耕還林草地，而微生物量氮比例是燕麥耕地最高。退耕8年的還林草地輕組有機(jī)碳比例顯著高于天然草地和燕麥耕地，這說明退耕還林草8年后，由于大量植物殘?bào)w的歸還顯著增加了土壤輕組物質(zhì)的來源。因此可以得出退耕還林草工程對土壤生態(tài)系統(tǒng)有一定的恢復(fù)作用，但沒有恢復(fù)到天然草地的水平。

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Effect of converting cultivated land to forest-grassland on soil carbon, nitrogen and phosphoras in sub-alpine grassland region of north slope of Qilian Mountains

ZHANG Rui1, CAO Jingjuan1, GUO Ruiying2, LONG Ruijun1, SHANG Zhanhuan1*
1. State Key Laboratory of Grassland Agro-ecosystems, College of Pastoral Agriculture Science and Technology, Lanzhou University, Lanzhou 730020, China; 2. School of Life Sciences, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China

Soil organic carbon, nitrogen and phosphorus are extremely important ecosystems ecological factors, land use change will cause variation in soil organic carbon, nitrogen, phosphorus and other elements content. Measurement of soil organic carbon, total nitrogen and total Phosphoras storage on three land types sites, including natural grassland for grazing, oats cultivated land for 20 years and converting cultivated land to forest-grassland for 8 years, were carried out to detect the effect of converting cultivated land to forest-grassland on soil carbon nitrogen and phosphoras pools in sub-alpine grassland region of North slope of Qilian Mountains. The results showed that there was a significant impact among three different sites on soil carbon nitrogen and phosphoras storage（P＜0.05）. The organic carbon, total nitrogen storage of natural grassland（72.17、6.80 t·hm-2）were significantly higher than that of converting cultivated land to forest-grassland（66.75、4.96 t·hm-2）and oats cultivated land（36.61、3.61 t·hm-2）. This was because, first of all, the disturbance of natural grassland was less than that of converting cultivated land to forest-grassland and oats cultivated land. The second, for converting cultivated land to forest-grassland and oats cultivated land, because of the mowing of plants may lead to take more nutrients away from the soil than the return. The total phosphorus storage of the oats cultivated land (2.51 t·hm-2) was significantly higher than that of the natural grassland (2.17 t·hm-2) and the converting cultivated land to forest-grassland (1.96 t·hm-2). This was because that fertilizer had been put into the oats cultivated land, so the total phosphorus storage was highest. Compared to natural grassland, at the depth of 0 to 30 cm, the organic carbon and total nitrogen storage of oat cultivated land fell 35.56, 3.19 t·hm-2, the average annual reduction rate was 1.78, 0.16 t·hm-2·a-1; Compared to oats cultivated land, converting cultivated land to forest-grassland soil organic carbon and total nitrogen storage significantly increased 30.14, 1.35 t·hm-2, the annual average increase rate is respectively 3.77 and 0.17 t·hm-2·a-1. The light fraction organic carbon rate of converting cultivated land to forest-grassland for 8 years (10.93%) was significantly higher than that of natural grassland (9.72%) and oat cultivated land (8.61%). The import factors of affecting the ecological stoichiometric ratio about soil carbon nitrogen and phosphorus were soil moisture content, bulk density, and microbial biomass carbon and nitrogen. Converting cultivated land to forest-grassland has the important role of recovering the soil carbon, nitrogen, phosphorus, but in the short term it is difficult to restore soil properties to the level of natural grassland. Therefore, in order to improve and restore degraded soil ecosystem, converting cultivated land to forest-grassland project should vigorously implement and ensure a longer life span of converting cultivated land to forest-grassland.

north slope; Qilian Mountain; converting cultivated land to forest-grassland; natural grassland; oats cultivated land; soil carbon nitrogen and phosphoras

Q948

A

1674-5906（2014）06-0938-07

張蕊，曹靜娟，郭瑞英，龍瑞軍，尚占環(huán). 祁連山北坡亞高山草地退耕還林草混合植被對土壤碳氮磷的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2014, 23(6): 938-944.

ZHANG Rui, CAO Jingjuan, GUO Ruiying, LONG Ruijun, SHANG Zhanhuan. Effect of converting cultivated land to forest-grassland on soil carbon, nitrogen and phosphoras in sub-alpine grassland region of north slope of Qilian Mountains [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(6): 938-944.

世界銀行/全球環(huán)境基金項(xiàng)目(052456CHA-GS-Y-4)；教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃(NCET-13-0261)；蘭州大學(xué)中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助(lzujbky-2014-k05)

張蕊(1988年生)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)椴莸厣鷳B(tài)學(xué)。E-mail：zhangr12@lzu.edu.cn *通信作者：尚占環(huán)。E-mail：shangzhh@lzu.edu.cn

2014-05-21