退化典型草原土壤团聚体稳定性变化机理研究

Soil aggregate is the key to ensuring and maintaining soil fertility, stability and sustainability. Overgrazing affects the stability of grassland soil aggregate, and results in deterioration of soil properties and soil fertility. At present, the studies on the stability of soil aggregate mainly focus on the dynamic changes of aggregates under the condition of reclamation or grazing, which can not clearly explain the mechanism of soil aggregate change. In this study, from the perspective of the changes of soil organic carbon, microbial community and environmental conditions through the study of the gradient change of degraded grassland, it is to explore the change regularity of soil aggregates, and to reveal the mechanism of soil aggregate stability. These results may provide scientific suggestions and technical support on grassland management, conservation and restoration.

土壤团聚体是保证和维持土壤肥力、稳定性和健康可持续性的关键。过度放牧影响草原土壤团聚体稳定性，导致土壤理化性状恶化，土地肥力下降。迄今有关土壤团聚体稳定性研究主要聚焦在开垦或放牧利用条件下团聚体的动态变化，尚未能清楚地解释其变化机理。本项目拟从土壤有机碳、微生物群落及环境条件变化视角，通过退化草原梯度变化研究，探明土壤团聚体的变化规律，进而揭示土壤团聚体稳定性变化机理。该研究结果可为草地管理、保护和恢复提供理论依据和技术支撑。

土壤团聚体的组成和稳定性是评价土壤质量的重要指标，它们受土壤系统中多种因素不同程度的影响，了解影响土壤团聚体组成和稳定性的关键因素的重要性和作用机制是土壤健康管理的重要内容。在这项研究中希望探究典型草地放牧后不同退化梯度下和典型草地不同垦殖利用年限下表层土壤团聚体的变化情况，以及其中的主要影响机制；结果发现典型草地放牧后随着退化梯度的不断加剧，>2 mm粒径的大的大团聚体含量不断降低，0.25-0.053 mm粒径的微团聚体含量不断增加；土壤团聚体稳定性（MWD、GMD和R0.25）显著降低；根据结构方程模型所示，在不同退化梯度下，0-10 cm土壤层土壤养分驱动微生物发生变化是引起土壤团聚体稳定性发生改变的主导因素（R2=0.750），在10-20 cm土壤养分驱动微生物发生改变对土壤团聚体稳定性有影响，但可能不是主导因素（R2=0.327），土壤团聚体稳定性变化可能受其他因素的影响（如土壤水分、黏粒和氧化物等）；而草地开垦后相比于开垦前，在0-10 cm和10-20 cm土壤层中>2mm 粒径的大的大团聚体含量降低，2-0.25 mm粒径的小的大团聚体和0.25 mm-0.053 mm粒径的微团聚体含量增加，<0.053 mm粒径的粉粒+黏粒变化不大；草地开垦后随着开垦年限的不断增加，>2 mm粒径的大的大团聚体先降低后升高，2-0.25 mm粒径的小的大团聚体先升高后降低，0.25-0.053 mm粒径的微团聚体和<0.053 mm粒径的粉粒+黏粒在0-10 cm土壤层中变化不大，而在10-20 cm土壤层中趋于增加；土壤团聚体稳定性中的MWD和GMD在未开垦草地下显著高于任一开垦年限下的垦殖草地下的MWD和GMD，而R0.25在草地开垦前后变化不大；根据结构方程模型，0-10 cm土壤层土壤养分通过影响微生物解释了土壤团聚体稳定性（MWD）33.0 %的方差，在10-20 cm土壤层土壤养分通过影响微生物解释了土壤团聚体稳定（MWD）18.3 %的方差，表明通过驱动微生物可能是表层0-10 cm中团聚体稳定性变化的主要原因之一，在10-20 cm土壤层则可能受其他途径影响。该研究首次揭开了天然草地不同利用方式下（放牧/垦殖）表层土壤团聚体稳定性变化机制——土壤养分通过驱动微生物改变从而引起土壤团聚体稳定性变化，为未来土壤团聚体改良提供理论依据。