楊 靜，孫宗玖,2，董乙強(qiáng)

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052； 2.新疆草地資源與生態(tài)自治區(qū)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830052)

封育年限對(duì)伊犁絹蒿荒漠土壤有機(jī)氮組分的影響

楊 靜1，孫宗玖1,2，董乙強(qiáng)1

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052； 2.新疆草地資源與生態(tài)自治區(qū)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830052)

為探究荒漠土壤有機(jī)氮組分對(duì)封育年限的響應(yīng)規(guī)律，研究了不同封育年限(封育時(shí)間為0、1、4和11 a)對(duì)中度退化伊犁絹蒿(Seriphidiumtransiliense)荒漠草地土壤全氮(total nitrogen,TN)、輕組氮(light fraction organic nitrogen,LFON)、顆粒氮(particulate organic nitrogen,PON)、微生物量氮(soil microbial biomass nitrogen,SMBN)及其分配比例的影響。結(jié)果表明,與封育0 a相比，其它封育年限5-10、10-20、30-50 cm土層的TN含量均顯著降低(P<0.05)，且0-50 cm土層TN含量隨封育年限延長(zhǎng)呈“降-升”趨勢(shì)；封育11 a，0-5 cm土層PON含量達(dá)到最高，而封育4 a，5-10和20-30 cm土層PON分配比例顯著增加；0-20 cm土層LFON含量增加顯著，且0-5 cm土層含量最高。0-50 cm土層SMBN隨封育年限增加呈“降-升”趨勢(shì)，而封育4 a，5-10 和20-30 cm土層SMBN分配比例顯著高于封育0 a和封育1 a(P<0.05)；0-10 cm土層LFON和0-50 cm土層LFONR與封育年限呈顯著正相關(guān)?？傊唐诜庥?1～11 a)下,中度退化伊犁絹蒿荒漠土壤全氮含量仍未得到恢復(fù)，但促進(jìn)了LFON、PON、SMBN及其分配比例的增加。

封育年限；伊犁絹蒿荒漠；土壤顆粒氮；輕組氮；微生物生物量氮

草地生態(tài)系統(tǒng)作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的最主要的類(lèi)型之一，已成為受人類(lèi)活動(dòng)影響最嚴(yán)重的區(qū)域。中國(guó)擁有天然草地約為4.00×108hm2，90%可利用草地呈現(xiàn)不同程度的退化[1]，其中20%以上則是由過(guò)度放牧造成的[2]。草地退化必然會(huì)引起草地生態(tài)系統(tǒng)功能衰退，影響植被生產(chǎn)力及土壤有機(jī)質(zhì)的分解和積累速率，影響土壤碳氮儲(chǔ)量和生態(tài)系統(tǒng)的碳氮循環(huán)[3]，且草地退化引起草地土壤氮素流失，因此，土壤氮含量成為限制草地生產(chǎn)力最重要的因素之一。

氮作為維持生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的重要元素，禁牧與放牧草地上有97%的氮貯存于土壤中[4]，其循環(huán)過(guò)程對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力、固碳潛力及穩(wěn)定性都有著關(guān)鍵性的影響[5]；而顆粒有機(jī)氮(particulate organic nitrogen,PON)、土壤輕組氮(light fraction organic nitrogen,LFON)、土壤微生物生物量氮(soil microbial biomass nitrogen,SMBN)是土壤有機(jī)氮最活躍部分，對(duì)認(rèn)識(shí)土壤的穩(wěn)定性、氮循環(huán)及對(duì)外界環(huán)境條件的敏感變化均具有重要意義[6-8]。封育作為改善退化草地土壤結(jié)構(gòu)和提高土壤養(yǎng)分的有效措施之一[9-10]，以其低成本、操作簡(jiǎn)單和易推廣的優(yōu)勢(shì)而被廣泛使用。目前，有關(guān)封育對(duì)退化草地土壤氮的研究相對(duì)較多，主要集中在土壤全氮、速效氮總量的估算及分布[11]、人類(lèi)活動(dòng)對(duì)土壤全氮的影響[12]、土壤全氮含量與其理化特征、土地利用方式及植被特征等相關(guān)性分析[13]，而對(duì)有機(jī)氮組分的研究相對(duì)較少，如土壤顆粒氮、輕組氮[14-15]、土壤微生物生物量氮[12]等，且多數(shù)研究?jī)H限于封育與對(duì)照兩個(gè)處理，單個(gè)或2～3個(gè)氮組分的對(duì)比分析[13-15]，而對(duì)不同封育年限下草地土壤氮組分的研究報(bào)道相對(duì)缺乏，導(dǎo)致探討封育對(duì)草地土壤質(zhì)量?jī)?nèi)在演變機(jī)制存在一定的不足，需要加強(qiáng)。因此，本研究以新疆地區(qū)中度退化的伊犁絹蒿(Seriphidiumtransiliense)荒漠草地為研究對(duì)象，針對(duì)不同封育年限下土壤全氮、PON、LFON、SMBN及其分配比例進(jìn)行測(cè)算，探討其對(duì)封育年限的響應(yīng)規(guī)律，尋找封育后土壤中具有敏感效應(yīng)的氮組分，以期為預(yù)測(cè)封育后土壤質(zhì)量早期變化提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于新疆天山北坡中段石河子市(44°01′-44°20′ N，85°45′-85°49′ E)，年均降水量240.8 mm，海拔830 m，年均溫7.9 ℃，全年中無(wú)霜期206 d，屬溫帶大陸性干旱氣候。該地區(qū)是典型的伊犁絹蒿荒漠草地，土壤類(lèi)型為荒漠灰鈣土；植被包括建群種伊犁絹蒿，伴生種木地膚(Kochiaprostrata)、羊茅(Festucaovina)、新疆針茅(Stipasareptana)、短柱苔草(Carexturkestanica)、角果藜(Ceratocarpusarenarius)、豬毛菜(Salsolacollina)等。在生產(chǎn)中，該荒漠草地主要作為春秋牧場(chǎng)來(lái)利用。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)上采用完全隨機(jī)，在研究區(qū)內(nèi)對(duì)3塊地勢(shì)平坦區(qū)域進(jìn)行隨機(jī)圍欄封育，各封育區(qū)面積均為2 500 m2，且各封育區(qū)間相隔不足50 m；至2014年9月，試驗(yàn)區(qū)分別達(dá)到封育1 a、封育4 a、封育11 a；封育前研究區(qū)的植被結(jié)構(gòu)、群落組成、土壤類(lèi)型及地形地貌等均基本相似。與此同時(shí)，將封育區(qū)周邊放牧區(qū)設(shè)為對(duì)照(封育0 a)，以綿羊?yàn)橹鞯纳笕撼Ｄ赀M(jìn)行傳統(tǒng)放牧。

1.3測(cè)定內(nèi)容及方法

1.3.1土樣的采集及準(zhǔn)備 試驗(yàn)區(qū)的土壤采樣工作在2014年9月下旬進(jìn)行，各封育區(qū)及對(duì)照區(qū)均設(shè)置3個(gè)取樣地段，并在每個(gè)地段上隨機(jī)布置3個(gè)20 cm×20 cm的土壤取樣點(diǎn)，采用土壤剖面法，分別按0-5、5-10、10-20、20-30和30-50 cm分層取樣，并將相同土層的樣品進(jìn)行混合，將混合樣裝入布袋中并做好標(biāo)簽，帶回室內(nèi)。將采回室內(nèi)的土樣分為2份，一份放置4 ℃冰箱貯存，用于土壤微生物生物量氮的測(cè)定；另一份于室內(nèi)挑揀出植物根系、石礫等較粗雜物后自然風(fēng)干，用研缽磨碎混勻，過(guò)2 mm篩用于測(cè)定顆粒氮和輕組氮，過(guò)0.25 mm篩用以測(cè)定全氮。

1.3.2測(cè)定方法 土壤全氮采用凱氏定氮法測(cè)定[16]；土壤顆粒組分以參考文獻(xiàn)[17]方法對(duì)顆粒組分進(jìn)行收集；即稱(chēng)取20.0 g風(fēng)干后過(guò)2 mm篩的土樣置于100 mL的5 g·L-1六偏磷酸鈉(NaPO3)6溶液內(nèi)，使用振蕩機(jī)進(jìn)行充分振蕩(90 r·min-1，18 h)后，將懸濁液過(guò)53 μm篩，沖洗干凈，收集篩上物質(zhì)，烘干(60 ℃，12 h),稱(chēng)重，即得土壤顆粒組分質(zhì)量。

土壤輕組組分則采用參考文獻(xiàn)[18]方法；稱(chēng)取25.0 g過(guò)2 mm篩的風(fēng)干土樣，加入50 mL 1.8 g·cm-3NaI重液，震蕩(90 r·min-1,1 h)后，在3 000 r·min-1的速率離心10 min，用砂芯漏斗對(duì)上清液進(jìn)行抽濾，留在砂芯濾膜上的部分即為輕組組分，以上步驟重復(fù)3次后，將所收集部分烘干(55 ℃，16 h),稱(chēng)重即為輕組組分質(zhì)量。

將獲得的土壤顆粒組分和輕組組分用球磨儀磨細(xì)后過(guò)0.25 mm篩，采用碳氮元素分析儀(Elementar Analyzer 3000，意大利)進(jìn)行顆粒氮含量和輕組氮含量的測(cè)定。

根據(jù)下列公式[15]進(jìn)行土壤顆粒氮含量及輕組氮含量的計(jì)算。

土壤顆粒(輕組)組分質(zhì)量比=土壤顆粒(輕組)組分質(zhì)量/供試土壤質(zhì)量×100%；

土壤顆粒(輕組)氮含量=土壤顆粒(輕組)組分氮含量×土壤顆粒(輕組)組分質(zhì)量比。

土壤微生物生物量氮采用參考文獻(xiàn)[19]方法測(cè)定，并根據(jù)公式[20]計(jì)算：

土壤微生物生物量氮含量=5.0×(熏蒸土土壤微生物生物量氮含量-未熏蒸土壤微生物生物量氮含量)公式[20]計(jì)算：

土壤顆粒(輕組、微生物生物量)氮分配比例=土壤顆粒(輕組、微生物生物量)氮含量/土壤全氮含量×100%。

1.4數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理采用軟件SPSS 20.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，利用One-way ANOVA對(duì)不同封育年限伊犁絹蒿荒漠草地土壤有機(jī)氮及其活性組分進(jìn)行方差分析；采用Excel 2003進(jìn)行圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1封育年限對(duì)土壤全氮的影響

隨封育年限增加，0-30 cm土層全氮含量均呈“先降再升”的變化，并在封育4 a時(shí)最低(圖1)；與對(duì)照(封育0 a)相比，其它封育年限5-10、10-20、30-50 cm土層的全氮含量均顯著降低(P<0.05)，分別降低了31.19%～46.55%、41.67%～52.42%和46.24%～58.55%。封育11 a后，各土層全氮含量較封育0 a減少了6.80%～57.17%。隨土層的逐級(jí)加深，土壤全氮含量呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，相比0-5 cm土層，30-50 cm土層在封育0、1、4和11 a全氮含量分別減少了55.0%、76.8%、67.5%和79.3%。

圖1 封育年限對(duì)伊犁絹蒿荒漠土壤全氮的影響Fig. 1 Effect of enclosing year on total soil nitrogen in S. transiliense desert

2.2封育年限對(duì)土壤顆粒氮的影響

隨封育年限增加，0-5 cm土層PON含量呈“增-減-增”趨勢(shì)，5-20 cm土層呈“升-降”，20-30 cm土層一直增加，而30-50 cm土層則呈“降-升-降”趨勢(shì)，各封育處理間均差異不顯著(P>0.05)(圖2)。0-5 cm土層封育0、1、4和11 a的PON含量分別為0.622、0.711、0.578、0.808 g·kg-1，均高于5-50 cm各土層。

隨封育年限增加，0-5 cm土層顆粒氮分配比例(particulate organic nitrogen distribution ratio，PONR)呈 “升-降-升”變化，且封育1 a最高，為50.44%；5-50 cm土層PONR均呈“升-降”變化，基本在封育4 a達(dá)到最高(圖2)，且5-10和20-30 cm土層PONR封育4 a顯著高于封育0 a(P<0.05)，分別達(dá)到26.48%、41.68%；0-5、30-50 cm土層PONR在封育1 a最高，分別為50.44%、60.98%，而5-10、10-20和20-30 cm則均在封育4 a最高。隨土層深度的增加，PONR呈“降-升”趨勢(shì)，且5-10 cm土層含量最低。

圖2 封育年限對(duì)伊犁絹蒿荒漠土壤顆粒氮的影響Fig. 2 Effect of enclosing year on soil particulate organic nitrogen in S. transiliense desert

2.3封育年限對(duì)土壤輕組氮的影響

隨封育年限增加，0-10 cm土層LFON含量呈增加趨勢(shì)，與封育0 a比，0-5和5-10 cm土層LFON分別增加了3.18%～33.92%、43.50%～86.37%(圖3)；10-50 cm土層則呈“升-降”趨勢(shì)，封育1 a或封育4 a達(dá)到最高。封育后0-20 cm各土層LFON均顯著高于封育0 a(P<0.05)；隨土層深度增加，LFON基本呈降低趨勢(shì)，0-5 cm土層最高，均高于0.42 g·kg-1，5-10 cm土層出現(xiàn)大幅降低，降幅為44.27%～64.42%，其余各土層間降幅較小。

0-50 cm土層輕組氮分配比例(light fraction organic nitrogen distribution ratio，LFONR)隨封育年限延長(zhǎng)呈“升-降”趨勢(shì)，且0-20 cm土層封育1、4、11 a，20-30 cm土層封育4 a，30-50 cm土層封育1、11 a均顯著高于封育0 a(P<0.05)(圖3)。隨土層深度增加，LFONR呈“降-升”趨勢(shì)，且在5-10或10-20 cm土層最低。

2.4封育年限對(duì)土壤微生物生物量氮的影響

隨封育年限增加，0-5和10-20 cm土層SMBN含量呈“降-升”趨勢(shì)，且0-5 cm土層封育11 a最高(102.81 mg·kg-1)，顯著高于封育1 a(P<0.05)(圖4)；5-10和20-50 cm土層呈現(xiàn)波動(dòng)變化；5-10和20-30 cm土層微生物生物量氮分配比例(soil microbial biomass nitrogen distribution ratio，SMBNR)隨封育年限增加呈“升-降”趨勢(shì)，封育4 a最高，且顯著高于封育0、1 a(P<0.05)，而0-5、10-20和30-50 cm土層SMBNR各處理間差異不顯著(P>0.05)。從垂直分布看，SMBN含量隨土層深度增加基本呈降低趨勢(shì)，且主要集中在0-5 cm土壤表層。

圖3 封育年限對(duì)伊犁絹蒿荒漠土壤輕組氮的影響Fig. 3 Effect of enclosing year on soil light fraction organic nitrogen in S. transiliense desert

圖4 封育年限對(duì)伊犁絹蒿荒漠土壤微生物生物量氮的影響Fig. 4 Effect of enclosing year on soil microbial biomass nitrogen in S. transiliense desert

2.5封育年限與土壤各氮組分間的相關(guān)分析

相關(guān)分析表明(表1)，在0-5、5-10 cm土層，封育年限與LFON呈極顯著(P<0.01)正相關(guān)關(guān)系，與0-50 cm土層LFONR、PONR呈極顯著或顯著(P<0.05)正相關(guān)關(guān)系，而與10-50 cm土層其余指標(biāo)相關(guān)不顯著(P>0.05)。說(shuō)明0-10 cm土層LFON及0-50 cm土層LFONR、PONR對(duì)封育年限響應(yīng)較為敏感，且封育時(shí)間越長(zhǎng)越利于其含量的積累。

表1 封育年限與伊犁絹蒿荒漠土壤不同指標(biāo)的相關(guān)性Table 1 Correlation between enclosing year and different index on soil in S. transiliense desert

注:TN，土壤全氮；LFON，輕組有機(jī)氮；LFONR，輕組有機(jī)氮分配比例； PON，顆粒有機(jī)氮；PONR，顆粒有機(jī)氮分配比例；SMBN，土壤微生物生物量氮；SMBNR，土壤微生物生物量氮分配比例。*表示相關(guān)性顯著(P<0.05)，**表示相關(guān)性極顯著(P<0.01)。

Note: TN, soil total nitrogen; LFOC, light fraction organic nitrogen; LFONR, light fraction organic nitrogen distribution ratio; PON, particulate organic nitrogen; PONR, particulate organic nitrogen distribution ratio; SMBN, soil microbial biomass nitrogen; SMBNR, soil microbial biomass nitrogen distribution ratio. ** amd * indicate significant cor relation at 0.01 and 0.05 levels, respectively.

3 討論

3.1土壤全氮對(duì)封育年限的響應(yīng)

土壤全氮作為衡量土壤肥力的主要指標(biāo)之一，反映土壤氮素的基礎(chǔ)肥力[21]，是影響草地植物群落組成及多樣性的關(guān)鍵生態(tài)因子[22]，同時(shí)溫度、降水量、土壤特性、土地利用方式、植被特征及人類(lèi)干擾程度等均會(huì)對(duì)其含量產(chǎn)生較大影響[13]。如封育7 a的科爾沁退化草甸草地[12]土壤TN含量增加，但不顯著；封育10 a的祁連山東段灌叢草甸[23]及封育3年的新疆蒿類(lèi)荒漠[24]土壤TN顯著增加；但在坎特伯雷高原研究發(fā)現(xiàn)圍封對(duì)草地土壤氮含量影響較小[25]。本研究中，隨封育年限增加，中度退化的伊犁絹蒿荒漠0-50 cm土層TN含量呈“降-升”趨勢(shì)，與李強(qiáng)等[26]認(rèn)為圍封后總氮儲(chǔ)量先降低后增加的結(jié)果相一致；至封育11 a各土層TN與對(duì)照相比仍呈現(xiàn)降低，但高于封育4 a處理；可能是由于封育后伊犁絹蒿荒漠草地一年生草本植物角果藜(Ceratocarpusarenarius)和豬毛菜(Salsolacollina)增多，根系生長(zhǎng)加速，對(duì)全氮吸收量增大，到封育中期，多年生伊犁絹蒿和木地膚生長(zhǎng)需吸收土壤氮素，但地上凋落物有機(jī)質(zhì)腐殖化程度較弱，不能及時(shí)補(bǔ)充土壤所需，致使封育初期全氮降低；而封育后期土壤全氮增加，可能是由于退化草地圍封后期，草地群落結(jié)構(gòu)優(yōu)化，回歸土壤的凋落物增加，根系周轉(zhuǎn)向土壤輸入營(yíng)養(yǎng)，改善了土壤環(huán)境[27]，同時(shí)受土壤質(zhì)地、植被類(lèi)型封育年限本身以及研究區(qū)水熱條件等綜合因素的影響[28]，也使得全氮含量發(fā)生不穩(wěn)定變化。

3.2土壤顆粒氮對(duì)封育年限的響應(yīng)

顆粒氮(PON)是土壤有機(jī)氮中的非穩(wěn)定性部分，對(duì)認(rèn)識(shí)土壤氮穩(wěn)定性具有重要意義[8]，土壤PONR則反映了土壤中具有非保護(hù)結(jié)構(gòu)有機(jī)質(zhì)的相對(duì)數(shù)量[29]，且比例越高，土壤中氮素不穩(wěn)定部分及易分解氮素則越多[30]。本研究發(fā)現(xiàn)，隨封育年限增加，0-20 cm土層PON含量基本呈“升-降”趨勢(shì)，20-30 cm土層一直增加，30-50 cm則呈“降-升-降”趨勢(shì)[31]。0-50 cm土壤 PONR含量的變化趨勢(shì)與PON含量變化基本相同。隨土層深度的增加，PONR呈“降-升”趨勢(shì)，且5-10 cm土層最低。出現(xiàn)這一結(jié)果，可能是由于封育使得地表凋落物增多，土壤上層顆粒物含量增加；至封育后期，植被生長(zhǎng)恢復(fù)后，自身所需促進(jìn)了對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收和利用[32]，使得顆粒氮含量降低；也可能是由于不同封育年限植被組成類(lèi)型、根的形態(tài)和構(gòu)型的不同，導(dǎo)致根系在土壤中的分布范圍不同而對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收效率有差異[32]。同時(shí)，封育后蒿類(lèi)半灌木地上部分恢復(fù)生長(zhǎng)，根系吸收氮素增加，土壤有機(jī)氮不斷轉(zhuǎn)化為植被生長(zhǎng)所需無(wú)機(jī)氮，使得土壤深層顆粒有機(jī)質(zhì)減少；當(dāng)封育時(shí)間延長(zhǎng)，植物殘?bào)w進(jìn)入土壤，提高了土壤顆粒有機(jī)氮的分配比例[33]，促使顆粒氮含量增加；5-10 cm土層較低比例，則可能與土壤有機(jī)質(zhì)中非物理結(jié)合組分及土壤孔隙度較小有關(guān)[34]。

3.3土壤輕組氮對(duì)封育年限的響應(yīng)

土壤輕組有機(jī)質(zhì)(LFOM)是指土壤中小于一定密度(1.6～2.5 g·cm-3)的、相對(duì)新鮮且分解程度較輕的有機(jī)殘?bào)w所組成的有機(jī)質(zhì)，其組成成分易于降解，且缺乏土壤礦物的保護(hù)，能夠體現(xiàn)對(duì)外界環(huán)境變化的“敏感性”[35]。在土壤中，輕組組分雖只占土壤質(zhì)量的一小部分，但輕組氮濃度明顯高于全土氮濃度[15]，且土壤輕組氮能夠在全土碳氮變化之前，反映土壤的微小變化[36]。有研究[15]認(rèn)為，輕度放牧有助于輕組氮的積累；但陳銀萍等[37]研究發(fā)現(xiàn)，沙漠化草地圍封后，輕組氮儲(chǔ)量較長(zhǎng)期放牧地增加164.00%，且圍封恢復(fù)草地0-10 cm土層輕組氮含量最高。本研究發(fā)現(xiàn)，隨封育年限增加，5-10 cm土層輕組氮含量持續(xù)增長(zhǎng)，且增幅最大，10-50 cm土層呈“增加-降低”趨勢(shì)，并在封育前期或封育中期較高；封育后0-20 cm土層LFON均顯著增加，但封育年限對(duì)20-50 cm土層影響不顯著；0-50 cm土層LFONR隨封育年限增加基本呈“升-降”趨勢(shì)；但隨土層深度逐漸增加，LFONR呈“降-升”趨勢(shì)，且LFONR在5-10和10-20 cm土層較低。退化荒漠草地圍封后，表層地下生物量較底層積累快，而到10-50 cm土層，植被返還的輕組氮高于深層根系所需；隨封育年限增加，根系增多，地下生物量所需輕組氮高于地表腐殖層所轉(zhuǎn)化的量，再加上根系周?chē)衷黾?，致使土壤孔隙度減小，輕組氮也隨之降低；也可能是由于較多的凋落物與細(xì)根積累在土壤表層，所以其表層輕組有機(jī)組分較下層豐富[15]。

3.4土壤微生物生物量氮對(duì)封育年限的響應(yīng)

土壤微生物生物量氮(SMBN)是土壤有機(jī)氮組中最活躍的部分，對(duì)外界環(huán)境條件變化十分敏感[8]。石羊河下游次生草地植被恢復(fù)31 a的過(guò)程中，植被類(lèi)型減少，土壤微生物生物量氮呈“波動(dòng)式下降-波動(dòng)式上升-穩(wěn)定”的趨勢(shì)[38]。也有研究發(fā)現(xiàn)，退化草地經(jīng)5 a圍封后，土壤微生物量氮含量顯著高于自由放牧地，且0-10、10-20 cm土層分別顯著提高了30.50%、44.14%[39]。本研究發(fā)現(xiàn)，隨封育年限增加，0-5、10-20 cm土層SMBN含量均呈“降-升”的趨勢(shì)；0-5 cm土層SMBN 含量封育11 a顯著高于封育1 a，SMBNR僅在5-10、20-30 cm土層，呈“增-降”趨勢(shì)，封育4 a達(dá)到最大值。封育4 a、封育11 a的SMBN隨著土壤深度的加深，呈“降-升”趨勢(shì)，表層最高。這可能是由于圍欄封育初期，地表枯落物阻隔了地表通氣量和水分的下滲，給分布于表層的土壤微生物提供了適宜的活動(dòng)環(huán)境，土壤微生物的量增加，所以0-5、10-20 cm土層SMBN含量降低；而封育4 a時(shí)，土壤水熱條件最為適宜微生物的繁殖和生長(zhǎng)，而后便隨地表植被的蒸騰和根系對(duì)氮素的吸收使得微生物可利用SMBN的量減少，隨之微生物的量也降低；由于封育年限增加，全氮呈降低趨勢(shì)，而土壤微生物生物量氮與全氮間呈正相關(guān)關(guān)系[40]，致使SMBN隨之減少；當(dāng)微生物活動(dòng)減弱后，封育年限繼續(xù)延長(zhǎng)，又促使了SMBN的積累，含量增加；隨著封育年限的延長(zhǎng)，微生物與其可利用的氮又進(jìn)行能量的循環(huán)交換，所以SMBN在較小的時(shí)間尺度里可以指示土壤質(zhì)量變化，這也證實(shí)了土壤微生物量活性改善，退化草地得到了一定的恢復(fù)作用[41]。

4 結(jié)論

1) 封育后0-50 cm各土層全氮含量呈現(xiàn)降低，其中5-20和30-50 cm土層分別顯著降低31.19%～52.42%和46.24%～58.55%(P<0.05)，且至封育11 a土壤全氮仍未得以恢復(fù)。

2) 封育對(duì)0-50 cm土層顆粒氮含量影響不顯著(P>0.05)，但封育4 a處理顯著增加了5-10和20-30 cm土層顆粒氮分配比例(P<0.05)，且5-10 cm土層顆粒氮分配比例最小。

3) 封育后0-50 cm土層輕組氮含量及其分配比例均呈增加趨勢(shì)，且0-20 cm土層輕組氮含量、0-50 cm土層輕組氮分配比例增加。

4) 封育11 a后0-5 cm土層微生物生物量氮含量最高(102.81 mg·kg-1)，顯著高于封育1 a處理(P<0.05)，而5-10和20-30 cm土層微生物生物量氮分配比例在封育4 a最高，顯著高于對(duì)照及封育1 a(P<0.05)。

5) 0-10 cm土層輕組氮含量及0-50 cm土層輕組氮分配比例、顆粒氮分配比例對(duì)封育響應(yīng)敏感，且封育時(shí)間越長(zhǎng)越利于其含量的積累或所占比重的增加。

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(責(zé)任編輯 茍燕妮)

EffectsofgrazingexclusionlengthonsoilorganicnitrogeninSeriphidiumtransiliensedesert

Yang Jing1, Sun Zong-jiu1,2, Dong Yi-qiang1
(1.College of Pratacultural and Environmental Science, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, China; 2.Key Laboratory of Grassland Resources and Ecology of Xinjiang, Urumqi 830052, China)

To explore the effects of different grazing exclusion lengths on soil organic nitrogen, we studied total soil nitrogen, particulate organic nitrogen, light fraction organic nitrogen, soil microbial biomass nitrogen and their distribution ratios in a moderately degradedSeriphidiumtransiliensedesert. The influence of different grazing exclusion lengths on the percentage of soil organic nitrogen was researched using a control, one grazing-exclusion year, four grazing-exclusion years and eleven grazing-exclusion years. Compared with the control, the content of total soil nitrogen significantly decreased in 5-10, 10-20 and 30-50 cm of soil depth and the content of total nitrogen in 0-50 cm of soil depth appeared first to decrease then increased with the increase in grazing-exclusion years. The particulate organic nitrogen was highest in 0-5 cm of soil depth after eleven grazing-exclusion years, with a significant increase in the accumulation of particulate organic nitrogen distribution ratios in soil depths of 5-10 and 20-30 cm. Light fraction organic nitrogen significantly increased in 0-20 and 0-5 cm of soil depth, while it reached the highest after four grazing-exclusion years. The soil microbial biomass nitrogen appeared first to decrease then increased in 0-50 cm of soil depth. Comparing four grazing-exclusion years with the control and one grazing-exclusion year, soil microbial biomass nitrogen distribution ratio significantly increased in 5-10 cm and 20-30 cm of soil depth. Correlation among grazing-exclusion years with light fraction organic nitrogen in 0-10 cm of soil depth and light fraction organic nitrogen distribution ratio in 0-50 cm of soil depth was significantly positive. In conclusion, the content of total soil nitrogen was not recovered, but light fraction organic nitrogen, particulate organic nitrogen, soil microbial biomass nitrogen and their distribution ratios increased after short-term grazing exclusion (1～11 a) in moderately degradedS.transiliensedesert.

grazing exclusion length;Seriphidiumtransiliensedesert; soil particulate organic nitrogen; light fraction organic nitrogen; soil microbial biomass nitrogen

Sun Zong-jiu E-mail：nmszj@21cn.com

S153.6

：A

：1001-0629(2017)09-1778-09

10.11829/j.issn.1001-0629.2016-0573

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2016-11-15接受日期：2017-01-03

國(guó)家自然科學(xué)基金——不同退化蒿類(lèi)荒漠土壤有機(jī)碳組及其碳氮特征對(duì)禁牧的響應(yīng)(31260574)

楊靜(1989-)，女，陜西寧強(qiáng)人，在讀碩士生，主要從事草地資源與生態(tài)研究。E-mail：1252809698@qq.com

孫宗玖(1975-)，男，內(nèi)蒙古敖漢人，教授，博導(dǎo)，博士，主要從事草地培育、管理及草種資源評(píng)價(jià)等方面的研究工作。E-mail：nmszj@21cn.com