祁连山不同海拔梯度下模拟增温对土壤碳氮组分影响研究

doi:10.11733/j.issn.1007-0435.2025.10.020

草地学报 ›› 2025, Vol. 33 ›› Issue (10): 3318-3329.DOI: 10.11733/j.issn.1007-0435.2025.10.020

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祁连山不同海拔梯度下模拟增温对土壤碳氮组分影响研究

王泽岳¹, 王文颖^1,3, 熊友才², 陈晓玥¹, 王宇星¹, 马燕梅¹, 杨方堃¹

1. 青海师范大学生命科学学院, 青海西宁 810008;
2. 兰州大学生态学院, 甘肃兰州 730000;
3. 青海省人民政府-北京师范大学高原科学与可持续发展研究院, 青海西宁 810008

收稿日期:2024-11-26 修回日期:2025-01-05 发布日期:2025-10-17
通讯作者: 王文颖,E-mail:wangwy0106@163.com
作者简介:王文颖,E-mail:wangwy0106@163.com
基金资助:
国家重点研发计划（2023YFF1304305）；青海省科技厅自然科学基金项目（2025-ZJ-969T）；111引智基地（D23029）资助

Effects of Simulated Warming on Soil Carbon and Nitrogen Components Under Different Altitude Gradients in Qilian

WANG Ze-yue¹, WANG Wen-ying^1,3, XIONG You-cai², CHEN Xiao-yue¹, WANG Yu-xing¹, MA Yan-mei¹, YANG Fang-kun¹

1. College of Life Sciences, Qinghai Normal University, Xining, Qinghai Province 810008, China;
2. College of Ecology, Lanzhou University, Lanzhou, Gansu Province 730000, China;
3. Academy of Plateau Science and Sustainability, People's Government of Qinghai Province, Beijing Normal University, Xining, Qinghai Province 810008, China

Received:2024-11-26 Revised:2025-01-05 Published:2025-10-17

摘要/Abstract

摘要： 为明确祁连山不同海拔梯度（2700~4100 m）土壤碳氮组分变化特征及模拟增温的影响，通过采集不增温与模拟增温处理的各土层土壤样品，分析碳氮组分及速效养分含量。结果表明：（1）有机碳含量为20.95~82.55 g·kg^-1，针叶林与高寒灌丛显著高于草甸化草原及高寒草甸（P<0.05），后者显著高于流石滩（P<0.05）。增温使表层（0~10 cm）含量下降至14.64~69.13 g·kg^-1 （P<0.05）。（2）总氮含量2.3~9.67 g·kg^-1，流石滩显著低于其他海拔（P<0.05），增温未产生显著影响。（3）植硅体含量3.8~15.25 g·kg^-1，针叶林最高（P<0.05）。增温处理后（3.36~15.42 g·kg^-1）无显著变化。（4）植硅体碳含量0.03~0.19 g·kg^-1，增温后0.04~0.17 g·kg^-1无显著差异。（5）增温使流石滩外各海拔速效养分显著降低，表层铵态氮减少20%、硝态氮减少10.9%。研究表明：海拔梯度显著影响碳氮组分空间分布，模拟增温通过降低有机碳和速效养分改变碳循环，但对总氮、植硅体及其碳含量无显著影响。

关键词: 青藏高原, 模拟增温, 土壤碳氮组分, 海拔梯度

Abstract: To clarify the effects of simulated warming on soil carbon and nitrogen components in the altitude gradients （2700-4100 m） of Qilian Mountains， soil samples from non-warmed and warmed treatments across different soil layers were collected to analyze carbon-nitrogen components and available nutrient content. The results showed that：（1） Organic carbon （OC） content ranged from 20.95 to 82.55 g·kg^-1， with significantly higher values in coniferous forests and alpine shrublands compared to meadow steppe and alpine meadows （P<0.05）， and the latter two were notably higher than scree slopes （P<0.05）. Warming reduced surface-layer （0-10 cm） OC to 14.64-69.13 g·kg^-1 （P<0.05）.（2） Total nitrogen （TN） content was 2.3-9.67 g·kg^-1， significantly lower in scree slopes than other elevations （P<0.05）， with no warming-induced variation.（3） Phytolith content （3.8-15.25 g·kg^-1） peaked in coniferous forests （P<0.05）， showing no significant change after warming （3.36-15.42 g·kg^-1）.（4） Phytolith-occluded carbon （PhytOC） ranged from 0.03 to 0.19 g·kg^-1， with no warming-induced difference （0.04-0.17 g·kg^-1）.（5） Warming significantly reduced available nutrients （excluding scree slopes）， decreasing surface ammonium nitrogen by 20% and nitrate nitrogen by 10.9%.These findings demonstrated that altitude gradients dominated the spatial distribution of carbon-nitrogen components. Simulated warming altered carbon cycling by reducing OC and available nutrients but had no significant impact on TN， phytoliths， or PhytOC， highlighting the critical role of phytolith-stabilized carbon in maintaining soil carbon stability.

Key words: Qinghai-Tibet Plateau, Simulated warming, Soil carbon and nitrogen components, Altitude gradient

中图分类号:

S812.2

王泽岳, 王文颖, 熊友才, 陈晓玥, 王宇星, 马燕梅, 杨方堃. 祁连山不同海拔梯度下模拟增温对土壤碳氮组分影响研究[J]. 草地学报, 2025, 33(10): 3318-3329.

WANG Ze-yue, WANG Wen-ying, XIONG You-cai, CHEN Xiao-yue, WANG Yu-xing, MA Yan-mei, YANG Fang-kun. Effects of Simulated Warming on Soil Carbon and Nitrogen Components Under Different Altitude Gradients in Qilian[J]. Acta Agrestia Sinica, 2025, 33(10): 3318-3329.

参考文献

[1] 赵晓妮，黄萌田，庞博.IPCC最新发布《气候变化2021:公众摘要》[N]. 中国气象报，2022-11-11（001）
[2] WIGLEY T M，RAPER S C. Interpretation of high projections for global-mean warming[J]. Science，2001，293（5529）:451-454
[3] YOU Q L，CAI Z Y，PEPIN N，et al. Warming amplification over the Arctic pole and third pole:trends，mechanisms and consequences[J]. Earth-Science Reviews，2021，217:103625
[4] GEORGIOU K，JACKSON R B，VINDUŠKOVÁ O，et al. Global stocks and capacity of mineral-associated soil organic carbon[J]. Nature Communications，2022，13（1）:3797
[5] MUTALIFU W，MA F L，LIU X W ，et al. Effects of winter warming and clipping on the soil ecosystem of the alpine grassland on the Tibetan Plateau[J]. Pratacultural Science，2025，42（6）:1378-1390 木塔力甫·吾布力，马扶林，刘小伟，等. 冬季增温和刈割对青藏高原高寒草原土壤生态系统的影响[J]. 草业科学，2025，42（6）:1378-1390
[6] MA Q，BAI W，MOU G X，et al. Effects of warming on soil aggregate stability and contents of carbon and nitrogen in alpine swamp meadow[J]. Acta Agrestia Sinica，2025，33（2）:547-555 马群，白炜，牟国旭，等. 增温对高寒沼泽草甸土壤团聚体稳定性及碳氮含量的影响[J]. 草地学报，2025，33（2）:547-555
[7] SUN R F，HAN G X. Effects of simulated warming on content，fractions and chemical structure of soil organic carbon: progress and prospects[J]. Chinese Journal of Applied Ecology，2024，35（9）:2432-2444 孙瑞丰，韩广轩. 模拟增温对土壤有机碳含量、组分和化学结构的影响:进展与展望[J]. 应用生态学报，2024，35（9）:2432-2444
[8] LIANG X H，CAO X，HUANG M J，et al. Effects of combined application of organic and inorganic fertilizers on yield，nutrient utilization，and soil physicochemical properties in continuous cropping of sorghum[J]. Agricultural Research in the Arid Areas，2024，42（6）:261-275 梁晓红，曹雄，黄敏佳，等. 有机无机肥配施对连作高粱产量、养分利用及土壤理化性状的影响[J]. 干旱地区农业研究，2024，42（6）:261-275
[9] MENG C F，JIANG P K，XU Q F，et al. PhytOC in plant ecological system and its important roles in the global soil carbon sink[J]. Journal of Zhejiang A F University，2013，30（6）:921-929 孟赐福，姜培坤，徐秋芳，等. 植物生态系统中的植硅体闭蓄有机碳及其在全球土壤碳汇中的重要作用[J]. 浙江农林大学学报，2013，30（6）:921-929
[10] WANG F Y，YOU H M，HONG Z M，et al. A review on phytoliths and phytolith-occluded-carbon in wetland ecosystem[J]. Journal of Ecology and Rural Environment，2023，39（3）:282-293 王方怡，游惠明，洪志猛，等. 湿地生态系统植硅体及其封存有机碳研究进展[J]. 生态与农村环境学报，2023，39（3）:282-293
[11] HE Y J. Effects of subtropical vegetation restoration on soil soluble nitrogen components and soil nitrogen mineralization[D]. Changsha:Central South University of Forestry Technology，2022:2-6 何玉姣. 亚热带植被恢复对土壤可溶性氮组分及土壤氮矿化的影响[D]. 长沙:中南林业科技大学，2022:2-6
[12] ZHANG X L，ZHAO W J，CHE Z X. Characteristics of nitrogen contents of Picea crassifolia forest in Qilian Mountains[J]. Soils，2013，45（4）:616-622 张学龙，赵维俊，车宗玺. 祁连山青海云杉林土壤氮的含量特征[J]. 土壤，2013，45（4）:616-622
[13] ZHAO W J，LIU X D，CHE Z X，et al. Soil available nitrogen of Picea crassifolia forest in eastern Qilian Mountains[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation，2011，31（4）:99-102 赵维俊，刘贤德，车宗玺，等. 祁连山东段青海云杉林土壤有效氮研究[J]. 水土保持通报，2011，31（4）:99-102
[14] LEI X，HAI X Q. Impacts of land use change on carbon storage and estimation of economic value in Qilian Mountain region[J]. Arid Zone Research，2023，40（11）:1845-1854 雷馨，海新权. 祁连山地区土地利用变化对碳储量的影响及经济价值估算[J]. 干旱区研究，2023，40（11）:1845-1854
[15] YANG X，XUE H Z，DONG G T，et al. Vegetation changes and driving factors in the Qilian Mountains during 1982-2022[J]. Chinese Journal of Ecology，2024，43（6）:1576-1586 杨欣，薛华柱，董国涛，等. 1982—2022年祁连山植被变化及其驱动因子[J]. 生态学杂志，2024，43（6）:1576-1586
[16] ZHOU B L，GU J X，YI Y Y，et al. Water-holding characteristics of the moss under Qinghai spruce（Picea crassifolia） forest in Qilian Mountains[J]. Journal of Lanzhou University （Natural Sciences），2024，60（1）:60-67 周碧莲，顾继雄，易玉媛，等. 祁连山青海云杉林下苔藓层持水及截留特征[J]. 兰州大学学报（自然科学版），2024，60（1）:60-67
[17] ZHANG X D，SONG Z L，ZHAO Z Q，et al. Impact of climate and lithology on soil phytolith-occluded carbon accumulation in Eastern China[J]. Journal of Soils and Sediments，2017，17（2）:481-490
[18] ZHANG C L，LU J，LI X L，et al. Storage and stability of phytolith-occluded carbon in three typical coniferous forests at Mt. Funiu[J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences，2023，38（9）:1124-1132 张楚磊，鲁静，李晓林，等. 伏牛山3种典型针叶林植硅体碳的封存特性及稳定性比较研究[J]. 福建农业学报，2023，38（9）:1124-1132
[19] WANG K. Distribution characteristics and influencing soil environmental factors of soil PhytOC in the karst ecosystem of southwest China[D]. Guiyang:Guizhou Normal University，2022:10-21 王轲. 西南喀斯特生态系统土壤植硅体碳分布特征及其土壤环境影响因子[D]. 贵阳:贵州师范大学，2022:10-21
[20] ZHANG X D，SONG Z L，MCGROUTHER K，et al. The impact of different forest types on phytolith-occluded carbon accumulation in subtropical forest soils[J]. Journal of Soils and Sediments，2016，16（2）:461-466
[21] WANG L N. Correlation and mechanism between soil characteristics and SOC in Mongolian plateau[D]. Hohhot:Inner Mongolia Agricultural University，2022:10-30 王丽娜. 土壤特征与SOC的关系及机制——以蒙古高原为例[D]. 呼和浩特:内蒙古大学，2022:10-30
[22] MA J，JIN M，JING W M，et al. Study on soil organic carbon density of typical vegetation in middle Qilian mountains[J]. Journal of Central South University of Forestry Technology，2020，40（8）:99-105 马剑，金铭，敬文茂，等. 祁连山中段典型植被土壤有机碳密度研究[J]. 中南林业科技大学学报，2020，40（8）:99-105
[23] HUO J J，SONG M H. Changes in nitrogen uptake rate of plant species in different degradation stages of an alpine meadow on the Qinghai-Tibet Plateau[J]. Acta Prataculturae Sinica，2025，34（2）:16-26 霍佳娟，宋明华. 青藏高原高寒草甸不同退化阶段植物氮利用速率变化[J]. 草业学报，2025，34（2）:16-26
[24] AN X T，YU Z Y，HU S B，et al. Effects of different fertilization combinations on soil physicochemical properties and enzyme activities in alpine mining area[J]. Acta Agrestia Sinica，2025，33（3）:984-991 安晓婷，于中阳，胡生斌，等. 不同施肥组合对高寒矿区土壤理化性质及酶活性的影响[J]. 草地学报，2025，33（3）:984-991
[25] LI S. Distribution characteristics and influencing factors of SOC and soil PhytOC in the karst rocky desertification ecosystem，SW China[D]. Guiyang:Guizhou Normal University，2021:22-23 李双. 西南喀斯特石漠化生态系统土壤有机碳和植硅体碳分布特征及其影响因素[D]. 贵阳:贵州师范大学，2021:22-23
[26] YANG J. Effect of N and Si addition on phytolith-occluded organic carbon in Phyllostachys edulis[J]. Journal of Zhejiang A F University，2024，41（2）:369-378 杨杰. 外源氮和硅添加对毛竹植硅体碳的影响[J]. 浙江农林大学学报，2024，41（2）:369-378
[27] ZHANG X D，SONG Z L，HAO Q，et al. Storage of soil phytoliths and phytolith-occluded carbon along a precipitation gradient in grasslands of northern China[J]. Geoderma，2020，364:114200
[28] YANG J. Changes in growing season and gross primary productivity of vegetation in the Hengduan mountains and the main drivers[D]. Xi’an:Changan University，2023:4-11 杨靖. 横断山区植被的生长季和总初级生产力变化及主要驱动因素[D]. 西安:长安大学，2023:4-11
[29] LI L L. Vegetation change and its response to climate change in the Mongolian plateau from 2001 to 2018[D]. Lanzhou:Northwest Normal University，2023:5-7 李亮亮. 2001-2018年蒙古高原植被变化及其对气候变化的响应[D]. 兰州:西北师范大学，2023:5-7
[30] YANG X M，SONG Z L，LIU H Y，et al. Plant silicon content in forests of North China and its implications for phytolith carbon sequestration[J]. Ecological Research，2015，30（2）:347-355
[31] 谢镔嵘. 黄土高原东部山地现代植物与表土植硅体研究[D]. 太原:太原理工大学，2022:15-16
[32] TAN S H. Morphology and assemblage distribution characteristics of phytolith in soil of moso bamboo forest with different lithologies[D]. Guilin:Guilin University of Technology，2023:12-15 谭淑慧. 不同岩性毛竹林土壤植硅体形态、组合分布特征[D]. 桂林:桂林理工大学，2023:12-15
[33] LU C. Effects of land uses on soil PhytOC and organic carbon of soil aggregates[D]. Chongqing:Southwest University，2018:10-18 陆畅. 土地利用方式对土壤植硅体碳和团聚体有机碳的影响[D]. 重庆:西南大学，2018:10-18
[34] HUANG L L. Distribution characteristics and carbon sequestration potential of phytoliths in alpine meadows[D]. Xining:Qinghai University，2022:5-30 黄丽丽. 高寒草甸植硅体的分布特征与固碳潜力的研究[D]. 西宁:青海大学，2022:5-30
[35] VON DER LÜHE B，BEZLER K，HUGHES H J，et al. Oil-palm and rainforest phytoliths dissolve at different rates - with implications for silicon cycling after transformation of rainforest into oil-palm plantation[J]. Silicon，2023，15（3）:1347-1354
[36] LI P Y，ZHANG Y J，ZHONG R，et al. Theoretical research progress on the priming effect of soil organic matter[J]. Journal of Agricultural Resources and Environment，2025，42（4）:825-833 李沛岩，张有建，钟瑞，等. 土壤有机质激发效应理论研究进展[J]. 农业资源与环境学报，2025，42（4）:825-833
[37] SU H，WANG W，ZHANG Q F，et al. Research progress of soil mineral nitrogen and its determination methods[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences，2023，51（24）:24-26，30 苏涵，王维，张巧凤，等. 土壤矿质氮及其测定方法研究进展[J]. 安徽农业科学，2023，51（24）:24-26，30
[38] TANG W C，LIU X E，SU S P，et al. Effects of temperature change on soil ammonification and nitrification characteristics of communities at different succession stages in Xinglong Mountain，Gansu Province[J]. Pratacultural Science，2025，42（5）:1101-1117 唐维春，刘小娥，苏世平，等. 温度对甘肃兴隆山植物群落不同演替阶段土壤氮素氨化、硝化特征的影响[J]. 草业科学，2025，42（5）:1101-1117
[39] WANG W N，WANG F S，YANG C L，et al. Study on water regulation and drought resistance of Populus cathayana seedlings[J]. Protection Forest Science and Technology，2024（4）:14-16，35 王薇娜，王福森，杨春柳，等. 青杨类苗木水分调控与抗旱能力研究[J]. 防护林科技，2024（4）:14-16，35
[40] LIANG J H，LI Q P，HAN R H，et al. Effect of different soil bulk density on the germination and growth of three plants[J]. Guangdong Landscape Architecture，2009，31（4）:22-25 梁建华，李清平，韩瑞宏，等. 土壤容重对3种植物种子萌发及幼苗生长的影响[J]. 广东园林，2009，31（4）:22-25
[41] LENG S. Study on the mechanisms of animal grazing in different seasons affecting grassland productivity of a typical steppe in Inner Mongolia[D]. Hohhot:Inner Mongolia Agricultural University，2023:5-30 冷爽. 不同季节放牧对内蒙古草原生产力影响机制的研究[D]. 呼和浩特:内蒙古大学，2023:5-30
[42] PAN W J. Study on the accumulation of soil PhytOC and its factors in grasslands of northern China[D]. Hangzhou:Zhejiang A F University，2017:4-14 潘文杰. 中国北方草地土壤植硅体碳累积及其影响因素研究[D]. 杭州:浙江农林大学，2017:4-14
[43] SONG Z L，WU Y T，YANG Y H，et al. High potential of stable carbon sequestration in phytoliths of China’s grasslands[J]. Global Change Biology，2022，28（8）:2736-2750
[44] 武倩，黄程鹏，奇立敏，等. 草地生态系统植硅体碳研究进展[J]. 中国草地学报，2024，46（7）:135-143
[45] LU M，ZHOU X H，YANG Q，et al. Responses of ecosystem carbon cycle to experimental warming:a meta-analysis[J]. Ecology，2013，94（3）:726-738
[46] WANG G Q，LI F，PENG Y F，et al. Responses of soil respiration to experimental warming in an alpine steppe on the Tibetan Plateau[J]. Environmental Research Letters，2019，14（9）:094015

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[1]	窦全慧, 陈程浩, 曾太乙亥, 龙主多杰, 苗琪, 孙芳慧, 才让拉毛, 陈曦, 索南吉. 基于优化的MaxEnt模型预测龙胆科重要药用植物在青藏高原的生境适宜性研究[J]. 草地学报, 2025, 33(9): 3024-3033.
[2]	卢鑫, 徐启云, 兰水荣, 王忠康, 武俊喜. 仿生草垫对高原矿山生态修复应用效果评价[J]. 草地学报, 2025, 33(8): 2721-2727.
[3]	安海涛, 孙彩彩, 董全民, 杨晓霞, 刘文亭, 王晓丽, 赵新全. 青藏高原高寒草甸不同放牧方式下土壤粒径分形特征[J]. 草地学报, 2025, 33(4): 1106-1113.
[4]	章妮, 陈克龙, 杨紫唯, 杨艳丽, 李莹, 王明宇. 青海湖沼泽湿地cbbL固碳微生物对模拟增温的响应[J]. 草地学报, 2025, 33(3): 728-738.
[5]	马群, 白炜, 牟国旭, 陈梦佳, 马若冰, 王一博. 增温对高寒沼泽草甸土壤团聚体稳定性及碳氮含量的影响[J]. 草地学报, 2025, 33(2): 547-555.
[6]	吕卫东, 董全民, 孙彩彩, 刘文亭, 冯斌, 刘玉祯, 张振祥, 杨晓霞. 牦牛和藏羊暖季放牧对青藏高原高寒草地不同组分碳、氮的影响[J]. 草地学报, 2025, 33(1): 125-135.
[7]	任智慧, 于乔, 高士孔, 王家驹, 牛德鹏, 刘美丽, 呼天明, 付娟娟. 垂穗披碱草根际促生菌的分离鉴定及促生作用研究[J]. 草地学报, 2024, 32(6): 1693-1701.
[8]	安海涛, 孙彩彩, 董全民, 杨晓霞, 张春辉, 赵新全. 青藏高原土壤微生物生物量对放牧强度响应的Meta分析[J]. 草地学报, 2024, 32(6): 1913-1922.
[9]	邓彤彤, 周国英, 肖元明, 靳玉婷, 李长斌. 长期降水变化和氮添加对青藏高原高寒草原物种多样性和生产力的影响[J]. 草地学报, 2024, 32(5): 1448-1458.
[10]	章妮, 陈克龙, 王欣烨, 李琳, 王世婷. 青海湖沼泽湿地cbbM固碳微生物群落对模拟增温的动态响应[J]. 草地学报, 2024, 32(12): 3752-3763.
[11]	胡伟, 刘文辉, 刘凯强, 吴雨涵. 基于最小数据集土壤质量评价及生物指标的确立[J]. 草地学报, 2024, 32(12): 3855-3867.
[12]	肖强智, 徐维新, 代娜, 王淇玉, 李全平, 段旭辉, 梁好. 高寒牧草叶面积的冬季衰减过程与估算[J]. 草地学报, 2023, 31(8): 2436-2445.
[13]	李希来, Jay Gao, 师研. 黄河源永曲河流域高寒草甸地上生物量模拟与时空分布特征研究[J]. 草地学报, 2023, 31(7): 1964-1976.
[14]	周华坤, 李珊, 孙建, 曲家鹏, 张中华, 马丽, 秦瑞敏, 魏晶晶, 常涛, 苏洪烨, 胡雪, 阿的哈则, 袁访, 李宏林. 三江源区高寒草甸植物群落与土壤理化性质沿海拔梯度的变化特征[J]. 草地学报, 2023, 31(6): 1735-1743.
[15]	陈哲, 金艳霞, 孙建, 邵新庆, 王英典, 赵新全, 王文颖, 谢惠春, 张振华, 张莉, 杜岩功, 周华坤. 全球变暖对高寒冻土区温室气体通量影响研究进展[J]. 草地学报, 2023, 31(4): 929-942.