全 文 ：第 ３６ 卷第 １５ 期
２０１６年 ８月
生 态 学 报
ＡＣＴＡ ＥＣＯＬＯＧＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ
Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．１５
Ａｕｇ．，２０１６
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
基金项目：国家科技支撑计划项目（２００８ＢＡＫ５１Ｂ０２）；四川省科技计划项目（２０１３ＳＺ０１１０， ２０１４ＳＺ００５７， ２０１４ＳＺ０１５９）
收稿日期：２０１５⁃０１⁃１４； 　 　 网络出版日期：２０１５⁃１１⁃１７
∗通讯作者 Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ．Ｅ⁃ｍａｉｌ： ６６４３３１１９＠ ｑｑ．ｃｏｍ
ＤＯＩ： １０．５８４６ ／ ｓｔｘｂ２０１５０１１４０１１１
蒋双龙，胡玉福，蒲琴，舒向阳，袁铖铭，余倩．川西北高寒草地沙化过程中土壤氮素变化特征．生态学报，２０１６，３６（１５）：４６４４⁃４６５３．
Ｊｉａｎｇ Ｓ Ｌ， Ｈｕ Ｙ Ｆ， Ｐｕ Ｑ， Ｓｈｕ Ｘ Ｙ， Ｙｕａｎ Ｃ Ｍ， Ｙｕ Ｑ．Ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ｓｏｉｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｄｕｒｉｎｇ ｇｒａｓｓｌａｎｄ ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ｓｉｃｈｕａｎ．Ａｃｔａ
Ｅｃｏｌｏｇｉｃａ Ｓｉｎｉｃａ，２０１６，３６（１５）：４６４４⁃４６５３．
川西北高寒草地沙化过程中土壤氮素变化特征
蒋双龙，胡玉福∗，蒲　 琴，舒向阳，袁铖铭，余　 倩
四川农业大学 资源环境学院，成都　 ６１１１３０
摘要：草地沙化是我国最严重的环境问题之一，但关于草地沙化过程中氮素变化特征的研究报道多集中于干旱半干旱地区，而
半湿润地区的相关报道还比较缺乏。 通过野外调查，研究了川西北半湿润地区高寒沙质草地沙化过程中土壤氮素变化特征。
结果表明，草地沙化对 ０—１００ｃｍ土层土壤氮素具有显著影响，全氮、碱解氮、铵态氮（ＮＨ＋４ ⁃Ｎ）、硝态氮（ＮＯ
－
３ ⁃Ｎ）和微生物量氮
（ＭＢＮ）均呈现极显著下降的变化特征，极度沙化阶段较未沙化阶段分别减少了 ７３．９５％、７７．７２％、７６．７５％、７９．７７％和 ８４．１２％。
其中，０—２０ｃｍ 土层变化最显著，全氮、碱解氮、ＮＨ＋４ ⁃Ｎ、ＮＯ
－
３ ⁃Ｎ 和 ＭＢＮ 含量分别减少了 ８６．４３％、８３．５２％、８２．１１％、８８．８２％和
９１．７７％。 随着土层深度增加，不同程度沙化草地土壤氮素含量及其变化量逐渐减少；草地沙化过程中，不同沙化阶段土壤氮素
损失数量不尽相同，其中，以轻度沙化阶段氮素损失最严重，全氮、碱解氮、ＮＨ＋４ ⁃Ｎ、ＮＯ
－
３ ⁃Ｎ 和 ＭＢＮ 含量分别降低了 ４１．１８％、
３５．１７％、４６．７４％、４３．４６％和 ４６．８８％。 草地沙化过程中，土壤全氮、碱解氮、ＮＨ＋４ ⁃Ｎ、ＮＯ
－
３ ⁃Ｎ和 ＭＢＮ含量与土壤粉粒、粘粒含量和
植被群落盖度均呈极显著正相关特征，与土壤沙粒含量呈极显著负相关特征。 研究区土壤氮素损失与风蚀选择性吹蚀土壤粉
粒、粘粒及地表植物覆盖状况逐渐变差密切相关，因此该区域治沙的关键是采取措施降低风蚀对地表土壤吹蚀作用，提高沙化
草地地表植被覆盖。 同时，还应及时对沙化前期阶段及潜在沙化的草地进行生态治理，从而避免草地沙化继续恶化。
关键词：川西北；沙化草地；全氮；碱解氮；ＮＨ＋４ ⁃Ｎ；ＮＯ
－
３ ⁃Ｎ；ＭＢＮ
Ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ｓｏｉｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｄｕｒｉｎｇ ｇｒａｓｓｌａｎｄ ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ
Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ｓｉｃｈｕａｎ
ＪＩＡＮＧ Ｓｈｕａｎｇｌｏｎｇ， ＨＵ Ｙｕｆｕ∗， ＰＵ Ｑｉｎ， ＳＨＵ Ｘｉａｎｇｙａｎｇ， ＹＵＡＮ Ｃｈｅｎｇｍｉｎｇ， ＹＵ Ｑｉａｎ
Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ， Ｓｉｃｈｕａｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１１１３０， Ｃｈｉｎａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｇｒａｓｓｌａｎｄ ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｓｅｒｉｏｕｓ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ Ｃｈｉｎａ． Ｈｏｗｅｖｅｒ， ｍａｎｙ ｓｔｕｄｉｅｓ
ｅｘａｍｉｎｉｎｇ ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｄｕｒｉｎｇ ｇｒａｓｓｌａｎｄ ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｈａｖｅ ｆｏｃｕｓｅｄ ｏｎ ａｒｉｄ ｏｒ ｓｅｍｉ⁃ａｒｉｄ ｒｅｇｉｏｎｓ， ａｎｄ
ｆｅｗ ｓｔｕｄｉｅｓ ｈａｖｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｓｅｍｉ⁃ｈｕｍｉｄ ｒｅｇｉｏｎｓ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ， ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｉｎ ａ ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ｓｉｃｈｕａｎ ａｌｐｉｎｅ ａｒｅａ， ａ ｓｅｍｉ⁃ｈｕｍｉｄ ｒｅｇｉｏｎ， ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｈａｄ ａ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｉｍｐａｃｔ ｏｎ ｓｏｉｌ
ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｉｎ ｔｈｅ ０—１００ ｃｍ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ， ａｎｄ ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ， ａｖａｉｌａｂｌｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ， ＮＨ＋４ ⁃Ｎ， ＮＯ
－
３ ⁃Ｎ， ａｎｄ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｂｉｏｍａｓｓ
ｎｉｔｒｏｇｅｎ （ＭＢＮ） ｄｅｃｒａｓｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｇｒａｓｓｌａｎｄ ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｂｙ ７３． ９５％， ７７． ７２％， ７６． ７５％，
７９．７７％， ａｎｄ ８４． １２％， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ） ． Ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ， ａｖａｉｌａｂｌｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ， ＮＨ＋４ ⁃Ｎ， ＮＯ
－
３ ⁃Ｎ， ａｎｄ ＭＢＮ ｄｅｃｒａｓｅｄ ｍｏｓｔ
ｓｔｒｏｎｇｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ０—２０ ｃｍ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ ａｍｏｎｇ ａｌｌ ｌａｙｅｒｓ ｗｉｔｈｉｎ ０—１００ ｃｍ ｂｙ ８６．４３％， ８３．５２％， ８２．１１％， ８８．８２％， ａｎｄ
９１．７７％， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ａｓ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｄｅｐｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ， ｂｏｔｈ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｃｈａｎｇｅ ｄｕｒｉｎｇ ｇｒａｓｓｌａｎｄ ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ． Ｔｈｅ ｅｘｔｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｃｒａｓｅ ｉｎ ｓｏｉｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｖａｒｉｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ ｇｒａｓｓｌａｎｄ
ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ． Ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｅａｒｌｙ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ， ｓｏｉｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅ ｍｏｓｔ； Ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ， ａｖａｉｌａｂｌｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ，
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
ＮＨ＋４ ⁃Ｎ， ＮＯ
－
３ ⁃Ｎ ａｎｄ ＭＢＮ ｄｅｃｒａｓｅｄ ４１．１８％， ３５．１７％， ４６．７４％， ４３．４６％， ａｎｄ ４６．８８％， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅｓｅ
ｒｅｓｕｌｔｓ， ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ｓｏｉｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｉｎ ｓｅｍｉ⁃ｈｕｍｉｄ ｒｅｇｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｓｉｍｉｌａｒ ｔｏ
ｔｈｏｓｅ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｉｎ ｐｒｅｖｉｏｕｓ ｓｔｕｄｉｅｓ ｆｏｒ ａｒｉｄ ａｎｄ ｓｅｍｉ⁃ａｒｉｄ ｒｅｇｉｏｎｓ． Ｐｌａｎｔｓ ａｒｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｉｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ，
ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｂｅｃａｕｓｅ ｔｈｅｙ ａｃｔ ａｓ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｓｏｕｒｃｅｓ， ｂｕｔ ａｌｓｏ ｂｅｃａｕｓｅ ｔｈｅｙ ｐｒｏｔｅｃｔ ｓｏｉｌ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｆｒｏｍ ｂｌｏｗｉｎｇ ａｗａｙ． Ａ
ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ， ａｖａｉｌａｂｌｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ， ＮＨ＋４ ⁃Ｎ， ＮＯ
－
３ ⁃Ｎ ａｎｄ ＭＢＮ ｗｅｒｅ ａｌｌ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｐｏｓｉｔｉｖｅｌｙ
ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ｃｏｖｅｒａｇｅ （Ｐ＜０．０１）． Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ， ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ， ａｖａｉｌａｂｌｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ， ＮＨ＋４ ⁃Ｎ， ＮＯ
－
３ ⁃Ｎ ａｎｄ ＭＢＮ
ｗｅｒｅ ａｌｌ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｐｏｓｉｔｉｖｅｌｙ ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｓｉｌｔ ａｎｄ ｃｌａｙ， ｗｈｉｃｈ ｈａｖｅ ｈｉｇｈ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｃｏｎｔｅｎｔｓ （Ｐ＜０．０１）． Ｉｎ ｃｏｎｔｒａｓｔ，
ｃｏａｒｓｅ ｓａｎｄ ｌａｃｋｉｎｇ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｗａｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｎｅｇａｔｉｖｅｌｙ ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ， ａｖａｉｌａｂｌｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ， ＮＨ＋４ ⁃Ｎ， ＮＯ
－
３ ⁃Ｎ
ａｎｄ ＭＢＮ （Ｐ＜ ０．０１）． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅｓｅ ｒｅｓｕｌｔｓ， ｗｅ ｉｎｆｅｒｒｅｄ ｔｈａｔ ｓｏｉｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｌｏｓｓ ｗａｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ａ ｇｒａｄｕａｌ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｉｎ
ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ｃｏｖｅｒａｇｅ ｄｕｒｉｎｇ ｇｒａｓｓｌａｎｄ ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ， ａｎｄ ｔｈｅ ｌｏｓｓ ｏｆ ｓｉｌｔ ａｎｄ ｃｌａｙ ｖｉａ ｗｉｎｄ ｅｒｏｓｉｏｎ． Ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔｌｙ， ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ
ｍｅａｓｕｒｅｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｔａｋｅｎ ｔｏ ｐｒｏｔｅｃｔ ｓｉｌｔ ａｎｄ ｃｌａｙ ｆｒｏｍ ｗｉｎｄ ｅｒｏｓｉｏｎ， ａｎｄ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ｃｏｖｅｒａｇｅ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ
ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｇｒａｓｓｌａｎｄ． Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ， ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｇｒａｓｓｌａｎｄ ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ， ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｅａｒｌｙ ｓｔａｇｅ， ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ
ｍａｎａｇｅｄ ｕｓｉｎｇ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ ａｖｏｉｄ ｔｈｅ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｇｒａｓｓｌａｎｄ ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ．
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ： Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｓｉｃｈｕａｎ； Ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｇｒａｓｓｌａｎｄ； Ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ； ＮＨ＋４ ⁃Ｎ； ＮＯ
－
３ ⁃Ｎ； ＭＢＮ
沙漠化是土地荒漠化的主要类型之一，它不仅能够导致土壤沙化和风沙地貌的形成，还会引起土地生产
潜力明显降低，是世界上多数干旱半干旱地区及部分半湿润地区最严重的社会与环境问题之一［１⁃５］。 土壤氮
素对土壤的物理、化学、生态性状和土壤肥力等具有重要作用，是植物生长发育的必须元素［６⁃９］。 张珂等［１０］研
究指出，土壤氮素是限制荒漠化植物生长最主要的营养元素。 因此，掌握沙漠化过程中土壤氮素的变化特征
及土壤氮素与土地沙漠化的关系，对于维系土壤质量，保护环境等方面均有极为重要的积极作用，也有利于掌
握沙漠化对土壤肥力的影响机制［４，１１⁃１３］。 近年来，我国关于沙漠化土地土壤氮素的研究主要集中在草地生态
系统［５，１４⁃１９］，但这些研究多针对于我国干旱半干旱地区草地沙化过程中土壤氮素的变化，而对于我国半湿润
地区草地沙化过程中土壤氮素的变化关注和研究较少。 此外，已有相关研究报道多局限于草地沙化过程中土
壤全氮、碱解氮的变化特征，而关于草地沙化过程中 ＮＨ＋４ ⁃Ｎ、ＮＯ
－
３ ⁃Ｎ和 ＭＢＮ等植物可直接吸收利用的氮素的
相关报道相对缺乏。
川西北高寒草原地处青藏高原东部边缘半湿润地区，是我国长江、黄河两大水系的重要水源涵养区，还是
世界上最大的高原泥炭沼泽湿地［２０］，对保护我国生态环境安全具有极为重要的作用。 但受长期的风蚀气候
影响，及近几十年来超载放牧、人类活动强度加大等因素影响，川西北高寒草地退化严重，导致成片草地沙化，
严重制约了该地区社会经济的可持续发展，削弱了该地区生态环境屏障的作用。 已有研究表明，１９９４—２００９
年间该地区沙化总面积增加了 ２８．１％，截止 ２００９年沙化土地面积达 ８２．１９ 万 ｈｍ２，占四川全省沙化土地面积
的 ８９．９％［２１⁃２３］。 因此，本文通过野外勘查，采取空间代替时间的方法，对川西北高寒草原不同程度沙化草地土
壤全氮、碱解氮、ＮＯ－３ ⁃Ｎ和 ＮＨ
＋
４ ⁃Ｎ、ＭＢＮ等进行研究，以期揭示该地区草地沙化过程中土壤氮素的变化特征，
为该区域草地沙化机制的探讨及沙化草地生态恢复等提供理论参考。
１　 研究区域与研究方法
１．１　 研究区域概况
研究区地处四川阿坝藏族羌族自治州红原县境内，境域分属长江、黄河两大水系，地势由东南向西北倾
斜，地貌具有山原向丘状高原过渡的典型特征。 气候属大陆性高原寒温带季风气候，春秋短促、长冬无夏。 年
均降雨量 ７９１．９５ｍｍ，降雨主要集中在 ５—１０月，年均气温为 ０．９℃，最冷月平均气温－１０．３℃，最热月平均气温
１０．９℃，年均积雪期为 ７６ｄ，无绝对的无霜期。 日照时间长，太阳辐射强，年均日照时间 ２１５８．７ ｈ，太阳辐射年
总量为 ６１９４ＭＪ ／ ｍ２。 土地利用现状以草地为主，也有较大面积的沼泽地和沙化地分布，其中沙化土地总面积
５４６４　 １５期 　 　 　 蒋双龙　 等：川西北高寒草地沙化过程中土壤氮素变化特征 　
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约为 ６９１５ｈｍ２，主要分布于邛溪镇和瓦切乡境内［２４］。 土壤类型以亚高山草甸土为主，沼泽土、沼泽化草甸土
和风沙土等也均有分布［２１］。 植被以华扁穗草（Ｂｌｙｓｍｕｓ ｓｉｎｏｃｏｍｐｒｅｓｓｕｓ），垂穗披碱草（Ｅｌｙｍｕｓ ｓｉｂｉｒｉｃｕｓ），线叶嵩
草（Ｋｏｂｒｅｓｉａ ｃａｐｉｌｌｉｆｏｌｉａ），赖草（Ｌｅｙｍｕｓ ｓｅｃａｌｉｎｕｓ），淡黄香青（Ａｎａｐｈａｌｉｓ ｆｌａｖｅｓｃｅｎｓ），黑穗薹草（Ｃａｒｅｘ ａｔｒａｔａ），沙
生薹草（Ｃａｒｅｘ ｐｒａｅｃｌａｒａ），木里薹草（Ｃａｒｅｘ ｍｕｌｉｅｎｓｉｓ），细叶亚菊（Ａｊａｎｉａ ｔｅｎｕｉｆｏｌｉａ）等为主，植被组合以亚高山
草甸为主，沼泽草甸与沼泽植被较为发达，植物群落外貌鲜艳，富有季相之变化［２５］。
１．２　 土壤样品采集
通过实地勘察，本研究在红原县沙化土地分布多而集中的瓦切乡选择采样点。 参照前人研究［２，１８］，选择
不同沙化程度的草地为研究样地，分别为：未沙化草地、轻度沙化草地、中度沙化草地、重度沙化草地和极重度
沙化草地。 ５种沙化类型草地均选择 ３处地形和土壤母质一致的样地作为重复，每个样地内均选取 １ 个面积
大小为 １ｍ×１ｍ的样方用于植被信息调查和土壤样品采集，并采用 ＧＰＳ 定位样方经纬度信息和高程信息（表
１），在选定样方内分别采集 ０—２０ｃｍ、２０—４０ｃｍ、４０—６０ｃｍ、６０—８０ｃｍ和 ８０—１００ｃｍ土壤样品，去除杂物及植
物根系、凋落物等。 土壤样品一部分土样冷藏于－４℃冰箱内，于 ５个工作日内测定 ＭＢＮ、ＮＨ＋４ ⁃Ｎ和 ＮＯ
－
３ ⁃Ｎ，另
一部分土样于室内风干，分别过 １００ 目筛和 １０ 目筛，保存于密封袋内，用于土壤颗粒组成、全氮和碱解氮的
测定。
表 １　 草地样方信息记录表
Ｔａｂｌｅ １　 Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｇｒａｓｓｌａｎｄ ｑｕａｄｒａｔ
编号
Ｎｕｍｂｅｒ
沙化程度
Ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｄｅｇｒｅｅ
地理位置
Ｐｏｓｉｔｉｏｎ
植物群落特征
Ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ
沙化现状
Ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ
１ 未沙化 １０２°３７′０４．３６″ Ｅ，　 ３３°１０′５５．２３″Ｎ　 海拔 ３４５８ｍ
２ １０２°３７′０６．６８″ Ｅ，　 ３３°１０′５４．７４″Ｎ　 海拔 ３４５８ｍ
３ １０２°３５′４４．０１″ Ｅ，　 ３３°１５′４１．５９″Ｎ　 海拔 ３４５８ｍ
４ 轻度沙化 １０２°３７′０６．４４″ Ｅ，　 ３３°１０′５５．１２″Ｎ　 海拔 ３４５８ｍ
５ １０２°３７′０７．８４″ Ｅ，　 ３３°１０′５５．０４″Ｎ　 海拔 ３４５８ｍ
６ １０２°３５′５４．０１″ Ｅ，　 ３３°１０′４１．５９″ Ｎ海拔 ３４５８ｍ
７ 中度沙化 １０２°３７′０８．２１″Ｅ，　 ３３°１０′５４．６５″Ｎ　 海拔 ３４５８ｍ
８ １０２°３７′０７．１９″Ｅ，　 ３３°１０′５０．４６″Ｎ　 海拔 ３４５７ｍ
９ １０２°３６′０４．３４″Ｅ，　 ３３°１１′１２．８８″Ｎ　 海拔 ３４５９ｍ
１０ 重度沙化 １０２°３７′０９．６３″Ｅ，　 ３３°１０′５４．５９″Ｎ　 海拔 ３４５８ｍ
１１ １０２°３８′０７．４４″Ｅ，　 ３３°１０′５０．１３″Ｎ　 海拔 ３４５９ｍ
１２ １０２°３５′５８．５９″Ｅ，　 ３３°１１′１０．１４″Ｎ　 海拔 ３４５９ｍ
１３ 极重度沙化 １０２°３７′１０．３６″Ｅ，　 ３３°１０′５３．４７″Ｎ　 海拔 ３４５８ｍ
１４ １０２°３７′０８．７２″Ｅ，　 ３３°１０′４９．８２″Ｎ　 海拔 ３４５８ｍ
１５ １０２°３６′０１．８６″Ｅ，　 ３３°１１′１０．４２″Ｎ　 海拔 ３４６０ｍ
平均盖度达 ９０％以上，平均高度
约 ２５ｃｍ，物种丰富度最高，达
２１—２８种
无沙化现象，表层枯枝
落叶较多
平均盖度为 ６０％—７５％；平均高
度约 ２０ｃｍ。 物种丰富度较高，
为 １８—２２种
无明显沙化现象，表层
枯枝落叶明显减少，部
分土壤裸露
平均盖度为 ４０％—５０％，平均高
度约 １５ｃｍ 物种丰富度相对较
高，为 １４—１７种
沙化明显，表层枯枝落
叶明显减少，形成典型
的露沙草地
平均盖度为 ２０％—３５％，平均高
度约为 １０ ｃｍ物种丰富度较低，
为 ９—１３种
沙化严重，表层沙粒大
量增加，枯枝落叶数量
极少
平均盖度低于 １０％，平均高度仅
为 ７ｃｍ，物种丰富度最低，仅为
３—５种
土壤完全沙化，表层无
枯枝落叶
１．３　 测定方法及数据处理
土壤颗粒组成采用比重计法测定，全氮采用半微量开氏法测定，碱解氮采用碱解扩散法测定［２６］， ＮＨ＋４ ⁃Ｎ
测定采用靛酚蓝比色法［２７］， ＮＯ－３ ⁃Ｎ 测定采用双波长紫外分光光度法［２８］， ＭＢＮ 测定采用氯仿熏蒸紫外比
色法［２９］。
数据统计、方差分析、相关分析及图表绘制在 ＥＸＣＥＬ２０１０和 ＳＰＳＳ １７．０软件下进行。
２　 结果分析
２．１　 草地沙化过程中地表植被变化特征
不同程度沙化草地地表植物群落外貌变化极其明显，随着沙化程度的增加，群落盖度、植被平均高度和物
６４６４ 　 生　 态　 学　 报　 　 　 ３６卷　
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
图 １　 不同沙化程度植物群落外貌特征
　 Ｆｉｇ．１　 Ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ｐｈｙｓｉｏｇｎｏｍｙ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｇｒａｓｓｌａｎｄｓ
ＣＴＲＬ：未沙化样地 Ｎｏｎ⁃ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｇｒａｓｓｌａｎｄ； ＬＤＧ：轻度沙化
样地 Ｌｉｇｈｔ⁃ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｇｒａｓｓｌａｎｄ； ＭＤＧ：中度沙化样地 Ｍｅｄｉｕｍ⁃
ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｇｒａｓｓｌａｎｄ；ＨＤＧ： 重度沙化草地 Ｈｅａｖｙ⁃ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｇｒａｓｓｌａｎｄ； ＳＤＧ：严重沙化样地 Ｓｅｖｅｒｅ⁃ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｇｒａｓｓｌａｎｄ；不
同小写字母代表处理间显著水平为 ０．０５，不同大写字母代表处
理间显著水平为 ０．０１，相同字母代表处理之间者差异不显著
种丰度均呈现出急剧下降的变化特征（Ｐ＜０．０１）（图 １，
图 ２）。 统计结果表明，未沙化草地群落盖度达 ９５％以
上，而极重度沙化群落盖度不足 １０％，下降幅度达
９４．５７％；未沙化草地平均株高近 ２５ｃｍ，极重度沙化群落
盖度低于 ７ｃｍ左右，下降幅度达 ７１．６８％；未沙化草地物
种丰度达 ２０种以上，极重度沙化则不足 ５种，下降幅度
达 ８３． ３３％。 说明沙化导致草地地表植被状况逐渐
变差。
２．２　 草地沙化过程中土壤颗粒组成变化特征
土壤颗粒组成是土壤质地和结构的重要表征，而土
地沙化的核心问题是土壤颗粒的粗大化［３０］。 结果表
明，随着草地沙化严重程度增加，０—１００ｃｍ 土层土壤颗
粒组成变化明显，呈现出砂粒（ ＞０．０５ｍｍ）含量增加，粉
粒（＜０．０１ｍｍ）、黏粒（０．０１—０．０５ｍｍ）含量减少的变化
特征，其中，极重度沙化草地较未沙化草地沙粒含量增
加了 ９． ４９％，粉粒和粘粒含量分别减少了 ７８． ４３％和
６０．５９％（Ｐ＜０．０５）（表 ２）；土层剖面上，０—２０ｃｍ和 ２０—
图 ２　 不同程度沙化草地物种丰富度变化情况
　 Ｆｉｇ．２　 Ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｓｐｅｃｉｅｓ ｒｉｃｈｎｅｓｓ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｇｒａｓｓｌａｎｄｓ　
４０ｃｍ土层不同程度沙化草地的土壤沙粒、粉粒和粘粒
含量变化明显，极重度沙化草地较未沙化草地土壤沙粒
含量分别增加了 ２８．１５％和 １４．３９％（Ｐ＜０．０５），粉粒和粘
粒含量分别减少了 ８７．５７％和 ８２．９６％、７５．８２％和６５．７３％
（Ｐ＜０．０５）。 随着土层深度的增加，不同程度沙化草地
土壤颗粒组成之间的差异逐渐减小。
２．３　 草地沙化过程中土壤全氮变化特征
草地沙化导致 ０—１００ｃｍ 土层全氮大量流失，极重
度沙化阶段较未沙化阶段全氮含量下降幅度达
７３．９５％。 随着沙化进程，全氮含量及降低幅度呈逐渐
减少的变化特征，其中，轻度沙化阶段较未沙化草地、中
度沙化阶段较轻度沙化阶段、重度沙化阶段较中度沙化
阶段、极重度沙化阶段较重度沙化阶段分别下降了
４１．１８％、３３．１６％、２１．３７％和 １５．７４％，方差分析结果表明，不同程度沙化草地之间土壤全氮含量差异达极显著
水平（Ｐ＜０．０１） （表 ３）；在土层剖面上，０—２０ｃｍ 土层全氮含量受草地沙化影响最为明显，其下降幅度达
８６．４３％，其中，轻度沙化阶段减少最多，达 ０．５１ｇ ／ ｋｇ，且随着沙化严重程度增加，全氮减少量呈现逐渐降低的
变化特征。 随着土层深度增加，草地沙化对土壤全氮的影响程度逐渐减弱，８０—１００ｃｍ 土层全氮含量下降幅
度相对最低，为 ４９．０４％。
２．４　 草地沙化过程中土壤碱解氮变化特征
草地沙化导致 ０—１００ｃｍ土层碱解氮含量下降了 ７．７２％。 随着沙化进程，碱解氮含量呈逐渐减少的变化
特征，其中，轻度沙化阶段较未沙化阶段、中度沙化阶段较轻度沙化阶段、重度沙化阶段较中度沙化阶段、极重
度沙化阶段较重度沙化阶段分别降低了 ３５．１７％、３３．２０％、２４．８８％和 ３１．５３％（Ｐ＜０．０１）（表 ４）；在土层剖面上，０—
２０ｃｍ土层土壤碱解氮含量减少最明显，下降的幅度达 ８３．５２％。 其中，轻度沙化阶段减少量最多，达８．９０ｍｇ ／ ｋｇ。
随着土层深度增加，碱解氮受草地沙化的影响程度逐渐减小，其中，８０—１００ｃｍ土层仅下降了 ４９．９１％。
７４６４　 １５期 　 　 　 蒋双龙　 等：川西北高寒草地沙化过程中土壤氮素变化特征 　
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表 ２　 不同沙化程度草地土壤颗粒组成
Ｔａｂｌｅ ２　 Ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ｓｏｉｌ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｉｎ ０—１００ ｃｍ ｄｅｐｔｈ ｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｄｅｇｒｅｅｓ ｏｆ ｇｒａｓｓｌａｎｄ ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
土层深度 ／ ｃｍ
Ｓｏｉｌ ｄｅｐｔｈ
未沙化草地
Ｎｏｎ⁃ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｇｒａｓｓｌａｎｄ
轻度沙化草地
Ｌｉｇｈｔ⁃ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｇｒａｓｓｌａｎｄ
中度沙化草地
Ｍｅｄｉｕｍ⁃ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｇｒａｓｓｌａｎｄ
重度沙化草地
Ｈｅａｖｙ⁃ ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｇｒａｓｓｌａｎｄ
极重度沙化草地
Ｓｅｖｅｒｅ⁃ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｇｒａｓｓｌａｎｄ
沙粒含量 Ｃｏａｒｓｅ ｓａｎｄ （２—０．０２ｍｍ，％）
０—２０ ７４．７８±６．８５Ｄｄ ８５．８０±５．７２ Ｃｃ ９０．２０±２．６２ Ｂｂ ９３．４９±４．７５ Ａａ ９５．８３±２．３７ Ａ ａ
２０—４０ ８４．２７±３．２４ Ｂｃ ９０．６０±２．９９ Ａｂ ９３．５７±４．１７ Ａａｂ ９５．４７±１．３６ Ａａ ９６．４０±４．２０ Ａａ
４０—６０ ９０．４４±３．５６ Ａｃ ９３．４０±５．２２ Ａｂ ９４．８０±２．２５ Ａａ ９５．７７±２．２７ Ａａ ９６．４７±２．２３ Ａａ
６０—８０ ９２．６７±０．８９ Ａｂ ９４．５６±２．４５ Ａａ ９５．２９±１．８２ Ａａ ９６．０１±３．３６ Ａａ ９６．５２±１．７５ Ａａ
８０—１００ ９４．１２±３．０７ Ａａ ９４．７２±１．４３ Ａａ ９５．６８±０．９７Ａａ ９６．３６±１．６３ Ａａ ９６．８１±２．５８ Ａａ
均值 Ａｖｅｒａｇｅ ８７．２６±３．５２ Ａｂ ９１．８２±３．５６ Ａａｂ ９３．９１±２．３７ Ａａ ９５．４２±２．６７ Ａａ ９６．４１±２．６３ Ａａ
粉粒含量 Ｓｉｌｔ（０．０２—０．００２ｍｍ，％）
０—２０ １６．４１±１．７１Ａａ ８．６６±０．８１ Ｂｂ ５．１０±１．９５ Ｃｃ ３．０４±０．６０ Ｄｄ ２．０４±０．４０ Ｄｄ
２０—４０ １０．３９±０．８８Ａａ ５．９３±１．４０ Ｂｂ ３．７３±０．５３ Ｂｃ ２．３０±０．８７ Ｂｃ １．７７±０．４７ Ｃｄ
４０—６０ ５．１１±１．４２ Ａａ ２．９０±０．７４ Ａｂ ２．４０±１．０３ Ａｂ ２．０３±１．２５ Ａｂｃ １．６３±０．２３ Ａｃ
６０—８０ ４．７２±１．０２ Ａａ ３．２４±０．４８ Ａａｂ ２．２６±０．６５ Ａｂ ２．０６±０．６１Ａｂ １．６０±０．２１ Ａｂ
８０—１００ ３．４６±０．３６ Ａａ ２．８３±０．４２ Ａａ ２．２８±０．７３ Ａａ １．８６±０．８７ Ａａ １．６２±０．４３ Ａａ
均值 Ａｖｅｒａｇｅ ８．０２±１．０８ Ａａ ４．７１±０．７７ Ａｂ ３．１５±０．９８ Ａｂ ２．２６±０．８４ Ａｂｃ １．７３±０．３５ Ａｃ
粘粒含量 Ｃｌａｙ （＜０．００２ｍｍ，％）
０—２０ ８．８１±１．３２Ａａ ５．５４±０．７１ Ｂｂ ４．７±１．６６ Ｂｃ ３．４７±１．０９ Ｃｄ ２．１３±１．０６ Ｃｄ
２０—４０ ５．３４±０．６７Ａａ ３．４７±０．６１ Ｂｂ ２．７０±１．２０ Ｃｂｃ ２．２３±１．００ Ｃｃ １．８３±０．２９ Ｃｃ
４０—６０ ４．４５±０．９２ Ａａ ３．７０±０．６０ Ａｂ ２．８０±０．６４ Ａｃ ２．２０±０．３５ Ａｃｄ １．９０±１．０１ Ａｄ
６０—８０ ２．６１±０．８４ Ａａ ２．２０±０．７４ Ａａ ２．４５±０．４６ Ａａ １．９３±０．２３Ａａｂ １．８８±０．２９ Ａｂ
８０—１００ ２．４２±０．２７ Ａａ ２．４５±０．３７ Ａａ ２．０４±０．１３ Ａａ １．７８±０．４６ Ａａ １．５７±０．１８ Ａａ
均值 Ａｖｅｒａｇｅ ４．７２±０．７６ Ａａ ３．４７±０．６１ Ａａ ２．９４±０．８２ Ａｂ ２．３２±０．６３ Ａｂ １．８６±０．５７ Ａｂ
　 　 不同小写字母代表处理间显著水平为 ０．０５，不同大写字母代表处理间显著水平为 ０．０１，相同字母代表处理之间差异不显著
表 ３　 不同程度沙化草地土壤全氮含量 ／ （ｇ ／ ｋｇ）
Ｔａｂｌｅ ３　 Ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｓｏｉｌ ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｇｒａｓｓｌａｎｄｓ
土层深度 ／ ｃｍ
Ｓｏｉｌ ｄｅｐｔｈ
未沙化草地
Ｎｏｎ⁃ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｇｒａｓｓｌａｎｄ
轻度沙化草地
Ｌｉｇｈｔ⁃ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｇｒａｓｓｌａｎｄ
中度沙化草地
Ｍｅｄｉｕｍ⁃ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｇｒａｓｓｌａｎｄ
重度沙化草地
Ｈｅａｖｙ⁃ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｇｒａｓｓｌａｎｄ
极重度沙化草地
Ｓｅｖｅｒｅ⁃ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｇｒａｓｓｌａｎｄ
０—２０ ０．９７３±０．２０３Ａａ ０．４６３±０．１０１Ｂｂ ０．２６７±０．０４２Ｃｃ ０．１７７±０．０５１Ｄｄ ０．１３２±０．０３６Ｅｅ
２０—４０ ０．４７６±０．０９２Ａａ ０．３０７±０．０６１Ｂｂ ０．２０７±０．０４７ｃＣ ０．１５３±０．００９Ｄｄ ０．１２１±０．０２６Ｅｅ
４０—６０ ０．３５７±０．０６８Ａａ ０．２３１±０．０１１Ｂｂ ０．１６５±０．０７３Ｃｃ ０．１３３±０．００８Ｄｄ ０．１１７±０．００４Ｄｄ
６０—８０ ０．２４７±０．０３２Ａａ ０．１７６±０．０１７Ｂｂ ０．１３２±０．０２３Ｃｃ ０．１２４±０．０１０Ｃｃ ０．１１３±０．００９Ｃｃ
８０—１００ ０．２０８±０．０４６Ａａ ０．１５３±０．０３３Ａｂ ０．１１８±０．００４Ｂｃ ０．１１２±０．００７Ｂｃ ０．１０６±０．００３Ｂｃ
均值 Ａｖｅｒａｇｅ ０．４５２ ±０．０５４Ａａ ０．２６６ ±０．０３７Ｂｂ ０．１７８ ±０．０１３Ｃｃ ０．１４０ ±０．０２１Ｄｄ ０．１１８ ±０．００７Ｄｅ
表 ４　 不同程度沙化草地土壤碱解氮含量 ／ （ｍｇ ／ ｋｇ）
Ｔａｂｌｅ ４　 Ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｓｏｉｌ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｇｒａｓｓｌａｎｄｓ
土层深度 ／ ｃｍ
Ｓｏｉｌ ｄｅｐｔｈ
未沙化草地
Ｎｏｎ⁃ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｇｒａｓｓｌａｎｄ
轻度沙化草地
Ｌｉｇｈｔ⁃ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｇｒａｓｓｌａｎｄ
中度沙化草地
Ｍｅｄｉｕｍ⁃ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｇｒａｓｓｌａｎｄ
重度沙化草地
Ｈｅａｖｙ⁃ ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｇｒａｓｓｌａｎｄ
极重度沙化草地
Ｓｅｖｅｒｅ⁃ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｇｒａｓｓｌａｎｄ
０—２０ ４３．７６±１．４３Ａａ ２４．５７±１．７４Ｂｂ １６．５７±０．３２Ｃｃ １３．６２±０．６７Ｄｄ ７．２１±０．２２Ｅｅ
２０—４０ ２３．０４±１．５７Ａａ １６．１４±０．９８Ｂｂ １０．１５±０．５６Ｃｃ ６．２８±０．４４Ｄｄ ４．１１±０．１６Ｅｅ
４０—６０ １０．４５±０．７８Ａａ ８．４６±０．４５Ｂｂ ５．９３±０．８６Ｃｃ ３．５１±０．３３Ｄｄ ３．１３±０．５２Ｄｄ
６０—８０ ６．６３±１．１３Ａａ ４．６７±０．８９Ｂｂ ３．０６±０．６６ＢＣｃ ２．８１±０．４７ＢＣｃ ２．７３±０．０９Ｃｃ
８０—１００ ５．４１±０．４３Ａａ ４．０５±０．５７Ａｂ ２．９６±０．１３Ｂｃ ２．８３±０．２３Ｂｃ ２．７１±０．１７Ｂｃ
均值 Ａｖｅｒａｇｅ １７．８６ ±０．７８Ａａ １１．５８ ±０．４６Ｂｂ ７．７３ ±０．５７Ｃｃ ５．８１ ±０．３３Ｄｄ ３．９８ ±０．２８Ｅｅ
８４６４ 　 生　 态　 学　 报　 　 　 ３６卷　
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２．５　 草地沙化过程中土壤 ＮＨ＋４ ⁃Ｎ变化特征
草地沙化导致 ０—１００ｃｍ 土层 ＮＨ＋４ ⁃Ｎ 含量下降幅度达 ７６．７５％，其中，轻度沙化阶段较未沙化阶段、中度
沙化阶段较轻度沙化阶段、重度沙化阶段较中度沙化阶段、极重度沙化阶段较重度沙化阶段分别降低了
４６．７４％、２７．９５％、２７．２１％和 １６．７９％（Ｐ＜０．０１）（表 ５）；土层剖面上，０—２０ｃｍ 土层 ＮＨ＋４ ⁃Ｎ 受草地沙化影响最明
显，下降幅度达 ８２．１１％。 其中，轻度沙化阶段减少数量最多，达 ４．２７ｍｇ ／ ｋｇ，其随着沙化严重程度增加，其减少
量呈现逐渐降低的变化特征。 随着土层深度增加，草地沙化对土壤 ＮＨ＋４ ⁃Ｎ的影响程度逐渐降低。
表 ５　 不同程度沙化草地土壤 ＮＨ＋４ ⁃Ｎ含量 ／ （ｍｇ ／ ｋｇ）
Ｔａｂｌｅ ５　 Ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ＮＨ＋４ ⁃Ｎ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｇｒａｓｓｌａｎｄｓ
土层深度 ／ ｃｍ
Ｓｏｉｌ ｄｅｐｔｈ
未沙化草地
Ｎｏｎ⁃ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｇｒａｓｓｌａｎｄ
轻度沙化草地
Ｌｉｇｈｔ⁃ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｇｒａｓｓｌａｎｄ
中度沙化草地
Ｍｅｄｉｕｍ⁃ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｇｒａｓｓｌａｎｄ
重度沙化草地
Ｈｅａｖｙ⁃ ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｇｒａｓｓｌａｎｄ
极重度沙化草地
Ｓｅｖｅｒｅ⁃ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｇｒａｓｓｌａｎｄ
０—２０ ９．３９±０．８９Ａａ ５．１２±０．７６Ｂｂ ３．０２±０．４３Ｃｃ ２．０６±０．２２Ｄｄ １．６８±０．０７Ｅｅ
２０—４０ ７．０８±０．７８Ａａ ３．６３±０．５４Ｂｂ ２．７２±０．２１Ｃｃ １．６３±０．０７Ｄｄ １．３８±０．０３Ｅｅ
４０—６０ ３．８５±１．０４Ａａ １．７２±０．６２Ｂｂ １．６６±０．３２Ｂｂ １．２０±０．０７Ｃｃ ０．９２±０．０５Ｄｄ
６０—８０ ２．７８±０．５３Ａａ １．６２±０．５７Ｂｂ １．０７±０．０７Ｃｃ １．０５±０．１１Ｃｃ ０．８７±０．０９Ｃｄ
８０—１００ １．４２±０．３２Ａａ ０．９７±０．１１Ｂｂ ０．９４±０．１３Ｂｂ ０．９１±０．０３Ｂｂ ０．８５±０．０６Ｂｂ
均值 Ａｖｅｒａｇｅ ４．９０±０．５７Ａａ ２．６１±０．６３Ｂｂ １．８８ ±０．２８Ｃｃ １．３７±０．１３Ｄｄ １．１４±０．０７Ｄｅ
２．６　 草地沙化过程中土壤 ＮＯ－３ ⁃Ｎ变化特征
草地沙化导致 ０—１００ｃｍ土层 ＮＯ－３ ⁃Ｎ含量下降了 ７９．７７％，其中，轻度沙化阶段较未沙化阶段、中度沙化
阶段较轻度沙化阶段、重度沙化阶段较中度沙化阶段、极重度沙化阶段较重度沙化阶段分别降低了 ４３．４６％、
４０．７８％、２５．９８％和 １８．３８％（Ｐ＜０．０１）（表 ６）；在土层剖面上，０—２０ｃｍ 土层 ＮＯ－３ ⁃Ｎ 下降幅度最明显，下降幅度
达 ８８．８２％，其中，轻度沙化阶段减少数量最多，达 ７．３０ｍｇ ／ ｋｇ，且随着沙化严重程度增加，其减少数量呈逐渐降
低的变化特征。 随着土层深度增加，草地沙化对土壤 ＮＯ－３ ⁃Ｎ的影响程度逐渐降低。
表 ６　 不同程度沙化草地土壤 ＮＯ－３ ⁃Ｎ含量 ／ （ｍｇ ／ ｋｇ）
Ｔａｂｌｅ ６　 Ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ＮＯ－３ ⁃Ｎ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｇｒａｓｓｌａｎｄｓ
土层深度 ／ ｃｍ
Ｓｏｉｌ ｄｅｐｔｈ
未沙化草地
Ｎｏｎ⁃ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｇｒａｓｓｌａｎｄ
轻度沙化草地
Ｌｉｇｈｔ⁃ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｇｒａｓｓｌａｎｄ
中度沙化草地
Ｍｅｄｉｕｍ⁃ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｇｒａｓｓｌａｎｄ
重度沙化草地
Ｈｅａｖｙ⁃ ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｇｒａｓｓｌａｎｄ
极重度沙化草地
Ｓｅｖｅｒｅ⁃ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｇｒａｓｓｌａｎｄ
０—２０ １３．７７±１．２９Ａａ ６．４７±１．０４Ｂｂ ３．４２±０．８２Ｃｃ ２．３０±０．１２Ｄｄ １．５４±０．０７Ｅｅ
２０—４０ ７．４８±１．０５Ａａ ４．２７±０．６３Ｂｂ ２．１２±０．５１Ｃｃ １．６０±０．０７Ｄｄ １．４３±０．０３Ｅｅ
４０—６０ ３．４１±１．０２Ａａ ２．５６±０．７２Ｂｂ １．６３±０．１３Ｃｃ １．２４±０．１１Ｄｄ １．０３±０．０９Ｄｅ
６０—８０ ２．５２±０．９１Ａａ １．８３±０．６１Ｂｂ １．３２±０．１７Ｃｃ １．０９±０．２４Ｃｃｄ ０．９５±０．０３Ｃｄ
８０—１００ １．７９±０．４１Ａａ １．２５±０．２７Ａｂ １．２１±０．０９Ｂｂ ０．９５±０．０５Ｂｃ ０．９１±０．０７Ｂｃ
均值 Ａｖｅｒａｇｅ ５．７９±１．０３Ａａ ３．２８±０．４７Ｂｂ １．９４±０．３１Ｃｃ １．４４±０．１３Ｄｄ １．１７±０．０５Ｄｅ
２．７　 草地沙化过程中土壤 ＭＢＮ变化特征
草地沙化导致 ０—１００ｃｍ土层 ＭＢＮ含量下降了 ８４．１２％，其中，轻度沙化阶段较未沙化阶段、中度沙化阶
段较轻度沙化阶段、重度沙化阶段较中度沙化阶段、极重度沙化阶段较重度沙化阶段分别降低了 ４６．８８％、
４４．２２％、３１．１６％和 ２２．１４％（Ｐ＜０．０１）（表 ７）；在土层剖面上，０—２０ｃｍ土层 ＭＢＮ下降幅度最明显，达 ９１．７７％，
其中，轻度沙化阶段减少数量最多，达 ９．４６ｍｇ ／ ｋｇ，随着沙化严重程度增加，ＭＢＮ 减少量呈现逐渐降低的变化
特征。 随着土层深度增加，草地沙化对土壤 ＭＢＮ的影响逐渐降低。
９４６４　 １５期 　 　 　 蒋双龙　 等：川西北高寒草地沙化过程中土壤氮素变化特征 　
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表 ７　 不同程度沙化草地土壤ＭＢＮ含量 ／ （ｍｇ ／ ｋｇ）
Ｔａｂｌｅ ７　 Ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｍｉｃｒｏｂｉａｌｂｉｏｍａｓｓｎｉｔｒｏｇｅｎ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｇｒａｓｓｌａｎｄｓ
土层深度 ／ ｃｍ
Ｓｏｉｌ ｄｅｐｔｈ
未沙化草地
Ｎｏｎ⁃ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｇｒａｓｓｌａｎｄ
轻度沙化草地
Ｌｉｇｈｔ⁃ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｇｒａｓｓｌａｎｄ
中度沙化草地
Ｍｅｄｉｕｍ⁃ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｇｒａｓｓｌａｎｄ
重度沙化草地
Ｈｅａｖｙ⁃ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｇｒａｓｓｌａｎｄ
极重度沙化草地
Ｓｅｖｅｒｅ⁃ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｇｒａｓｓｌａｎｄ
０—２０ １８．７１±０．８５Ａａ ９．２５±０．９８Ｂｂ ４．１８±０．１３Ｃｃ ２．４５±０．４６Ｄｄ １．５４±０．３１Ｅｅ
２０—４０ ８．３２±１．３８Ａａ ３．５１±０．６４Ｂｂ ２．２５±０．５２Ｃｃ １．６９±０．０９Ｄｄ １．２８±０．１３Ｄｅ
４０—６０ ４．１５±０．６７Ａａ ２．８１±０．４６Ｂｂ １．７８±０．２３Ｃｃ １．２８±０．１７Ｄｄ １．０８±０．０５Ｄｄ
６０—８０ ２．４８±０．５３Ａａ １．７９±０．４１Ｂｂ １．２４±０．１３Ｃｃ ０．９２±０．０８Ｃｄ ０．８４±０．０３Ｃｄ
８０—１００ １．５４±０．２７Ａａ １．３４±０．２３Ａｂ ０．９８±０．０７Ｂｃ ０．８４±０．０３Ｂｃ ０．８５±０．０２Ｂｃ
均值 Ａｖｅｒａｇｅ ７．０４±０．７４Ａａ ３．７４±０．４８Ｂｂ ２．０９±０．３Ｃｃ １．４４±０．２７Ｄｄ １．１２±０．０８Ｄｅ
２．８　 沙化草地土壤氮素与土壤颗粒组成相关分析
相关分析结果表明，研究区土壤全氮、碱解氮、ＮＨ＋４ ⁃Ｎ、ＮＯ
－
３ ⁃Ｎ和 ＭＢＮ与土壤沙粒含量均呈极显著负相关
特征（Ｐ＜０．０１），相关系数分别达－０．９８７、－０．９６６、－０．９８０、－０．９９１ 和－０．９８１，与粘粒、粉粒含量均呈极显著正相
关特征，相关系数分别达 ０．９８３ 和 ０．９６０、０．９５０ 和 ０．９６４、０．９８２ 和 ０．９４１、０．９９０ 和 ０．９５７、０．９７５ 和 ０．９５９（Ｐ＜
０．０１）（表 ８）。 说明草地沙化过程中，土壤颗粒组成对全氮、碱解氮、ＮＨ＋４ ⁃Ｎ、ＮＯ
－
３ ⁃Ｎ和 ＭＢＮ具有显著影响。
表 ８　 相关性分析
Ｔａｂｌｅ ８　 Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ
项目 Ｉｔｅｍ 全氮Ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ
碱解氮
Ａｖａｉｌａｂｌｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ
铵态氮
ＮＨ＋４ ⁃Ｎ
硝态氮
ＮＯ－３ ⁃Ｎ
微生物量氮
ＭＢＮ
沙粒 Ｃｏａｒｓｅ ｓａｎｄ －０．９８７∗∗ －０．９６６∗∗ －０．９８０∗∗ －０．９９１∗∗ －０．９８１∗∗
粉粒 Ｓｉｌｔ ０．９８３∗∗ ０．９５０∗∗ ０．９８２∗∗ ０．９９０∗∗ ０．９７５∗∗
粘粒 Ｃｌａｙ ０．９６０∗∗ ０．９６４∗∗ ０．９４１∗∗ ０．９５７∗∗ ０．９５９∗∗
　 　 ∗∗为极显著相关（Ｐ＜０．０１）
２．９　 草地沙化过程中土壤氮变素对地表群落盖度的响应特征
研究结果表明，土壤全氮、碱解氮、ＮＨ＋４ ⁃Ｎ、ＮＯ
－
３ ⁃Ｎ和 ＭＢＮ含量均随地表植被群落盖度降低呈现出逐渐减
少的变化特征，但不同土层变化趋势程度存在差异，其中，０—２０ｃｍ土层折线变化趋势最陡，降低幅度最大（图
３）。 随着土层深度增加，地表植被群落盖度对土壤全氮、碱解氮、ＮＨ＋４ ⁃Ｎ、ＮＯ
－
３ ⁃Ｎ 和 ＭＢＮ 对的影响逐渐减弱，
２０—４０ ｃｍ、４０—６０ ｃｍ、６０—８０ ｃｍ和 ８０—１００ ｃｍ土层各氮素与群落盖度拟合折线趋于平缓，降低幅度较小。
相关分析表明，地表群落盖度与土壤全氮、碱解氮、ＮＨ＋４ ⁃Ｎ、ＮＯ
－
３ ⁃Ｎ 和 ＭＢＮ 均呈极显著正相关，相关系数分别
达 ０．９３０、０．９８２、０．９１４、０．９３２和 ０．９２８。 说明草地沙化过程中，地表植被对土壤全氮、碱解氮、ＮＨ＋４ ⁃Ｎ、ＮＯ
－
３ ⁃Ｎ和
ＭＢＮ的含量具有显著影响，且对 ０—２０ｃｍ土层土壤氮素影响尤为明显。
３　 讨论
３．１　 草地沙化对土壤氮素含量的影响
以风蚀为主要特征的土地沙化是我国最严重的草地退化类型之一［３１］。 它能导致土壤氮素含量快速降
低，引起土壤生产潜力的部分或完全损失，从而破坏草地生态系统氮素平衡［３２⁃３３］。 本研究结果表明，随着沙
化进程，川西北高寒草原不同程度沙化草地 ０—１００ｃｍ土层土壤全氮、碱解氮含量呈显著降低的变化特征，降
低幅度分别达 ７３．９５％和 ７７．７２％，其中，轻度沙化阶段变化最为明显，降低幅度分别为 ４１．１８％和 ３５．１７％。 表
明沙化对研究区草地土壤氮素含量影响显著，其中沙化前期阶段影响最为显著。 ０—２０ｃｍ 土层全氮、碱解氮
含量分别降低了 ８６．４３％和 ８３．５２％，而随着土层深度增加，全氮、碱解氮含量降低幅度逐渐减小，表明草地沙
化对表层土壤氮素影响更为显著。 上述结果与赵哈林等［５， ３４⁃３５］、Ｚｈｏｕ［１８］和李侠等［１５］关于我国干旱半干旱地
０５６４ 　 生　 态　 学　 报　 　 　 ３６卷　
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图 ３　 群落盖度与土壤氮素相关分析
Ｆｉｇ．３　 Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ｃｏｖｅｒａｇｅ ａｎｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎｓ
区草地沙化进程中土壤氮素的变化规律相一致。 说明川西北半湿润地区草地沙化过程中土壤全氮和碱解氮
变化特征与我国北方半干旱地区草地相似。
ＮＨ＋４ ⁃Ｎ、ＮＯ
－
３ ⁃Ｎ等无机态氮是植物直接吸收利用的重要地下氮素宝库，对于植物生长具有至关重要的作
用［３６⁃３７］。 掌握草地沙化过程中土壤 ＮＨ＋４ ⁃Ｎ、ＮＯ
－
３ ⁃Ｎ、ＭＢＮ 的变化特征，对于掌握草地沙化过程中土壤肥力降
低机制，培肥沙化草地，恢复地表植被具有关键性作用。 本研究结果表明，不同程度沙化草地土壤 ＮＨ＋４ ⁃Ｎ、
ＮＯ－３ ⁃Ｎ和 ＭＢＮ含量差异均呈极显著水平（Ｐ＜０．０１），但其差异随土层深度增加呈逐渐缩小的变化特征。 随着
草地沙化进程，ＮＯ－３ ⁃Ｎ、ＮＨ
＋
４ ⁃Ｎ和 ＭＢＮ含量逐渐减少，且呈现出草地沙化前期减少快，后期减少相对较慢的变
化特征。 在土层剖面上，表层 ０—２０ｃｍ土层土壤 ＮＨ＋４ ⁃Ｎ、ＮＯ
－
３ ⁃Ｎ、ＭＢＮ对草地沙化的响应最明显，其含量分别
降低了 ８２．１１％、８８．８２％和 ９１．７７％（Ｐ＜０．０１）。 随着土层深度增加，ＮＨ＋４ ⁃Ｎ、ＮＯ
－
３ ⁃Ｎ、ＭＢＮ 受草地沙化的影响逐
渐减弱。 这与全氮、碱解氮的变化特征相同。 这是由于 ＮＯ－３ ⁃Ｎ、ＮＨ
＋
４ ⁃Ｎ、ＭＢＮ是土壤氮素的重要组成部分，其
含量高低与土壤全氮含量密切相关。
３．２　 土壤氮素损失与草地沙化的关系
过度放牧、人类活动增强是研究区草地沙化的潜在威胁，而风蚀则是导致研究区草地沙化的主要驱动因
素，影响着地表特征和土壤生物潜力［３８⁃３９］。 以风蚀驱动的土地沙化能导致土壤细颗粒损失，使土壤质地变得
更加沙质化［３１，４０］。 苏永中等［４１］和赵哈林等［３５］研究指出，与粘粉粒、极细沙结合的全氮含量远高于粗沙组分
全氮含量。 本研究相关分析表明，土壤全氮、碱解氮、ＮＨ＋４ ⁃Ｎ、ＮＯ
－
３ ⁃Ｎ和 ＭＢＮ与土壤粉粒和粘粒均呈极显著正
相关关系（Ｐ＜０．０１），草地沙化过程中，土壤粉粒和粘粒含量大幅减少，分别降低了 ８２．９６％和６５．７３％。 这表明
研究区草地沙化过程中，风蚀选择性吹蚀粉粒和粘粒是引起土壤氮素损失的重要原因。 这与 Ｓｐａｉｎ等［４２］结论
一致。 表层 ０—２０ｃｍ土层土壤氮素损失最为明显，这与以风蚀为主要特征的土地沙化能够去除表层富含养
分的土壤有关［３３， ４３］。 因此，通过设置生态沙障或物理沙障等措施来降低风蚀对沙化草地的吹蚀作用，对于研
１５６４　 １５期 　 　 　 蒋双龙　 等：川西北高寒草地沙化过程中土壤氮素变化特征 　
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究区沙化草地的生态恢复和治理尤为关键。 此外，研究区土壤氮素损失还与地表植被群落盖度密切相关，相
关分析表明，土壤全氮、碱解氮、ＮＨ＋４ ⁃Ｎ、ＮＯ
－
３ ⁃Ｎ和 ＭＢＮ与群落盖度均呈现极显著正相关特征。 随着沙化严重
程度加剧，地表植被群落盖度逐渐降低，土壤全氮、碱解氮、ＮＨ＋４ ⁃Ｎ、ＮＯ
－
３ ⁃Ｎ 和 ＭＢＮ 含量均呈逐渐减少的变化
趋势。 这与 Ｚｈｏｕ等［１８］研究一致。 这一方面是由于在以风蚀为驱动的沙化草地生态系统中，地表植被对土壤
具有保护作用，能够降低土壤受风蚀的影响。 另一方面，在无其它因素干扰下，地表植被群落盖度也高，进入
土壤中的有机质就越多，其土壤氮素含量就越高［４４⁃４６］。 说明草地沙化过程中地表植被状况逐渐恶化也是导
致土壤氮素损失的重要原因之一。 因此，通过种植研究区沙化草地适生植物来提高沙化草地地表植被状况是
提高沙化草地土壤氮素含量和治理沙化草地的有效途径。
４　 结论
（１）草地沙化是川西北高寒草地最严重的生态环境问题之一，其导致 ０—１００ｃｍ土层土壤氮素大量损失，
极重度沙化阶段较未沙化阶段草地土壤全氮、碱解氮、ＮＨ＋４ ⁃Ｎ、ＮＯ
－
３ ⁃Ｎ 和 ＭＢＮ 分别减少了 ７３．９５％、７７．７２％、
７６．７５％、７９．７７％和 ８４．１２％，其中，０—２０ｃｍ 土层损失最明显，分别减少了 ８６．４３％、８３．５２％、８２．１１％、８８．８２％和
９１．７７％。 随着土层深度增加，沙化过程中土壤氮素降低数量逐渐减少。 相关分析表明，全氮、碱解氮、ＮＨ＋４ ⁃Ｎ、
ＮＯ－３ ⁃Ｎ和ＭＢＮ与土壤粉粒、粘粒含量和植被群落盖度均呈极显著正相关关系，与土壤沙粒含量呈极显著负相
关关系。
（２）草地沙化过程中，风蚀选择性吹蚀土壤粉粒、粘粒及地表植物盖度逐渐降低是导致土壤氮素损失的
主要因素。 不同沙化阶段，土壤氮素损失数量不尽相同，其中，轻度沙化阶段氮素损失最严重，全氮、碱解氮、
ＮＨ＋４ ⁃Ｎ、ＮＯ
－
３ ⁃Ｎ和ＭＢＮ含量分别降低了 ４１．１８％、３５．１７％、４６．７４％、４３．４６％和 ４６．８８％。 这与我国半干旱地区草
地沙化过程中土壤氮素损失特征相同。 说明该区域治沙的关键一方面是要采取措施降低风蚀对地表土壤吹
蚀作用，提高沙化草地地表植被覆盖。 另一方面，还应及时对沙化前期阶段及潜在沙化的草地进行生态治理，
从而避免草地沙化继续恶化。
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３５６４　 １５期 　 　 　 蒋双龙　 等：川西北高寒草地沙化过程中土壤氮素变化特征