水蚀风蚀交错带小流域土壤碳氮及微生物特性对环境管理的响应

The main objectives of this research are to know what kinds of main factors affect the soil microbes and carbon cycling with microbe participation and how they influence. This study will be carried out in Liudaogou catchment, which is a typical catchment located in water-wind erosion crisscross region on the Loess Plateau. The microbial dynamics and carbon properties will be measured at different ecosystems，different landscape positions, and land under different duration after the land returning to grass, which will identify the spatiotemporal variability of soil microbes and carbon cycling with microbe participation. This will improve our understanding how the environmental factors and management activities affect microbes, carbon cycling with microbe participation, the effect degree and their mechanism. Based on this research, some useful management patterns will be advanced to regulate microbial dynamics and carbon cycling, which will give us some theoretical basis and scientific and technological support to rational utilization of water and land resources, vegetation restoration and reconstruction, and sustainable development of ecosystem. Moreover, it will benefit the future research on biodiversity and biogeochemical cycling.

为了揭示影响土壤微生物及其参与的碳氮循环过程的主要因素和机理，本研究选取黄土高原水蚀风蚀交错带典型的六道沟流域为研究地点，通过测定不同生态系统、不同坡位和不同退耕年限处理下土壤微生物和土壤碳库的变化特征，探讨土壤微生物及其参与的碳氮循环过程的时空演变规律，分析自然环境因素和人为管理活动对土壤微生物属性和碳氮循环的影响程度和作用机理，提出调控生态系统中土壤微生物和碳氮循环的有效途径，为该地区水土资源合理利用，植被恢复建设和生态系统可持续发展提供理论依据和科技支撑，并为下一步研究该地区土壤生物多样性和生物地球化学循环过程奠定基础。

为了揭示黄土高原水蚀风蚀交错带典型小流域中影响土壤微生物及其参与的碳氮循环过程的主要因素和机理，选取陕西省榆林市神木县神木镇六道沟流域为研究地点，通过测定不同土地利用方式、不同坡向坡位和不同退耕年限处理下土壤微生物和土壤碳库的动态变化特征，探讨土壤微生物及其参与的碳氮循环过程的时空演变规律和影响因素。研究结果表明：水蚀风蚀交错带小流域土壤碳氮和微生物属性受到土地利用方式、地形因素和退耕年限的影响。土壤有机质和微生物对土地利用方式的转化比较敏感，特别是自然生态系统转变为农业生态系统后土壤碳氮和微生物均呈现下降趋势。油松林和旱地农田各项土壤指标均较低，但其原因却不尽相同，油松林凋落物质量较差，不宜分解而造成土壤生物指标较低，而坡地农田则是由于碳源输入较少造成的。受坡向和坡位影响，植物群落在阳坡以耐旱的拧条（Caragana korshinkii）为主，坡脊以拧条（Caragana korshinkii）和苜蓿（Medicago sativa）为主，阴坡以铁杆蒿（Artemisiasacrorum），长芒草（Stipa bungeana）为主。不同的土壤含水量和植物凋落物输入使土壤碳氮和微生物属性在不同坡向上均呈现出阴坡 > 坡脊 > 阳坡，同一坡面上不同坡位表现为坡底 > 坡顶 > 坡中的分布特点。坡底部位是碳氮积累和土壤微生物分布的热点（Hot spots）区域，也是伴随土壤侵蚀而容易发生有机质分解和养分流失的重要部位，在流域治理方面应加强管理。退耕过程中植被群落的演替所导致的有机物质输入变化是决定土壤碳氮和微生物的主要因素，土壤碳氮和微生物在不同退耕年限苜蓿群落中均表现出在10～15年最高，然后随着退耕年限的增加而逐渐降低的趋势。苜蓿群落最终演替为长芒草群落后其土壤碳氮含量仍比旱作农田高出44%和21%。有效的生态系统管理可以让生态系统在持续发展的基础上有最大的产出，坝地农田，拧条和长芒草系统均有利于该地区生态系统的发展。在水蚀风蚀交错带小流域治理过程中应遵循土壤水分分布规律，在不同坡向和坡位应因地制宜，布设不同的土地利用和植被恢复模式，以达到水土资源的高效利用。本研究为该地区植被恢复建设和生态系统可持续发展提供理论依据和科技支撑，并为下一步研究该地区土壤生物多样性和生物地球化学循环过程奠定基础。