青藏高原荒漠生态系统表层和深层土壤化学计量的不同驱动机制

作者：奈曼站  更新时间：2024-09-25

青藏高原不但是全球气候变化的指示器，更是维系高原与周边地区环境安全、水资源安全和生态安全的天然屏障。处于高寒干旱地区的青藏高原荒漠生态系统，生态环境脆弱，资源环境压力大，对气候变化的响应更为敏感。在严酷的环境条件下，生态系统处于脆弱平衡的临界状态，环境变化的微小波动都可能打破这种平衡，从而导致地表生态系统格局及其对环境适应方式的改变。因此，全面调查荒漠生态系统土壤理化与生物特征，对于理解青藏高原多圈层活动、区域气候变化格局与土壤的互馈关系至关重要。

中国科学院奈曼沙漠化研究站恢复生态学研究团队长期从事我国寒旱区生态环境领域的研究工作。团队成员通过在青藏高原荒漠区开展大范围的土壤综合调查，分析获取了330个土壤剖面不同层次（0-5 cm、5-10 cm、10-20 cm、20-40 cm、40-60 cm、60-80 cm和80-100 cm）的土壤理化指标（图1），包括土壤有机碳、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾、容重、pH等。研究发现青藏高原荒漠区土壤普遍存在缺氮现象，磷的有效性远低于氮，但钾含量相对充足，这可能导致荒漠区短命和类短命植物出现缺磷现象。土壤C:N和C:P随土壤深度的增加而显著降低，AN:AP先增加后降低，AP:AK先降低后增加（图2-图4），土壤有机质的分解和矿化率随土壤深度的增加而增加，表明荒漠区表层土壤（0-20 cm）具有较高的碳储存能力，有利于改善土壤质量并形成碳汇。相反，深层土壤（20-100 cm）有机质不稳定，更容易释放温室气体，从而加剧气候变暖。表层和深层土壤土壤化学计量的驱动机制有所不同（图5），地形和气候通过影响植被生长间接影响表层土壤养分及化学计量；然而，气候主要通过影响深层土壤质地间接影响土壤养分及化学计量。

该成果于2024年9月24日以“Divergent mechanisms driving nutrient stoichiometry in surface and deep soils of desert ecosystems on the Qinghai–Tibetan plateau”为题在线发表于中科院一区期刊CATENA，中科院西北院奈曼沙漠化研究站王旭洋副研究员为本文第一作者，李玉强研究员为通讯作者。该研究获得第二次青藏高原综合科学考察研究（2019QZKK0305），中国科学院青年创新促进会项目（2023449）等共同资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.catena.2024.108417

图1. 研究区概况

图2. QTP荒漠区土壤碳氮磷钾含量垂直分布趋势

图3. QTP荒漠区土壤碳氮磷钾化学计量垂直分布

图4. QTP荒漠区土壤速效养分及化学计量垂直分布

图5. QTP荒漠区表层和深层土壤化学计量驱动路径