太白山不同海拔土壤碳、氮、磷含量及生態(tài)化學(xué)計量特征*

李丹維王紫泉田海霞和文祥，2?耿增超

（1 西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西楊凌 712100）

（2 農(nóng)業(yè)部西北植物營養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點實驗室，陜西楊凌 712100）

太白山不同海拔土壤碳、氮、磷含量及生態(tài)化學(xué)計量特征*

李丹維1王紫泉1田海霞1和文祥1，2?耿增超1

（1 西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西楊凌 712100）

（2 農(nóng)業(yè)部西北植物營養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點實驗室，陜西楊凌 712100）

為探究太白山土壤碳（C）、氮（N）、磷（P）含量垂直分布特征，闡明土壤C、N、P生態(tài)化學(xué)計量學(xué)特征對海拔梯度的響應(yīng)規(guī)律，在秦嶺太白山1 700～3 500 m區(qū)域以100 m海拔間隔進(jìn)行研究。結(jié)果表明：（1）不同海拔高度下土壤有機碳、全氮、全磷變化范圍分別是23.56～83.59 g kg-1、2.00～5.77 g kg-1、0.32～0.47 g kg-1。土壤有機碳與全氮含量隨海拔梯度升高先增后降，土壤全磷含量空間變異較小；（2）土壤C∶N、C∶P、N∶P范圍分別為7.17～18.41、60.61～190.4、5.81～12.26。隨海拔增加，土壤C∶N在闊葉林帶呈降低趨勢，針葉林帶時轉(zhuǎn)變?yōu)樵黾于厔荨Ｍ寥繡∶P隨海拔梯度的變化趨勢與土壤C∶N類似，N∶P隨海拔梯度增加先升后降，至3 200 m有所升高；（3）兩個闊葉林帶（遼東櫟林帶和樺木林帶）與高山草甸的土壤C、N含量及生態(tài)化學(xué)計量比高。冷杉林帶C、N含量及其生態(tài)化學(xué)計量比最小；（4）溫度、含水量、海拔和植被對土壤C、N、P化學(xué)計量特征具有重要影響，通過冗余分析揭示每個因素分別可解釋系統(tǒng)變異信息的25.0%、24.3%、11.1% 和6.9%，合計為67.3%。可見這些環(huán)境因素直接決定了土壤養(yǎng)分及生態(tài)化學(xué)計量特征。結(jié)果可為探明森林土壤養(yǎng)分供應(yīng)狀況和限制因素及太白山生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)、森林土壤質(zhì)量評價等提供基礎(chǔ)。

海拔高度；太白山；土壤養(yǎng)分；化學(xué)計量特征；植被類型

生態(tài)化學(xué)計量學(xué)是一門研究生態(tài)系統(tǒng)中能量平衡和多重化學(xué)元素平衡的科學(xué)，在生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力制約因素以及物質(zhì)（特別是碳（C）、氮（N）和磷（P））循環(huán)等方面得到廣泛應(yīng)用。借助于生態(tài)化學(xué)計量學(xué)這一研究工具開展生態(tài)系統(tǒng)C、N、P養(yǎng)分分布［1］、循環(huán)［2］及養(yǎng)分限制指示［3］等研究，對于揭示生態(tài)系統(tǒng)過程影響因素及其作用機制具有重要意義。目前有關(guān)森林生態(tài)系統(tǒng)化學(xué)計量特征的文獻(xiàn)主要針對區(qū)域乃至全球范圍內(nèi)植物器官（葉片、細(xì)根和凋落物等）和植被C、N、P化學(xué)計量空間分布格局的研究［4］。此外，也有學(xué)者對土壤化學(xué)計量特征進(jìn)行了大量的研究［5-6］。這些研究對豐富生態(tài)系統(tǒng)化學(xué)計量特征起到了關(guān)鍵作用［7］。然而，這些研究一般針對不同緯度森林生態(tài)系統(tǒng)土壤生態(tài)計量學(xué)特征，已有結(jié)果表明土壤C∶N在不同緯度梯度上無明顯變化，受氣候變化影響較小，而土壤C∶P、N∶P隨緯度的升高顯著下降且變異性較大［8-10］。

近年來，圍繞海拔梯度上自然林土壤養(yǎng)分組成的分布和變化等研究逐漸增多，這是因為海拔梯度變化作為一種自然地理變化，對森林土壤理化性質(zhì)、植被分布以及因植被密度不同導(dǎo)致凋落物量的變化均有較大影響［11］，而這些因素又會直接或間接地影響森林土壤碳庫大小及碳庫組成［12］。因此，研究森林土壤養(yǎng)分及其計量學(xué)特征隨海拔的變化是非常必要的。張廣帥等［13］對亞熱帶不同海拔土壤研究表明土壤C∶N與緯度梯度上的土壤生態(tài)化學(xué)計量學(xué)特征結(jié)果一致，C∶P 和N∶P則隨海拔升高呈增加趨勢。而Nottingham等［14］對熱帶不同海拔梯度土壤研究發(fā)現(xiàn)C∶N、C∶P和N∶P均隨海拔升高而增加，且C∶P和N∶P具有更高空間變異特征。可見不同海拔梯度土壤生態(tài)化學(xué)計量特征尚存爭議。因此有必要探明秦嶺不同海拔梯度森林土壤化學(xué)計量學(xué)特征。

秦嶺是我國南北氣候天然的分界線，是重要的森林生態(tài)區(qū)。其主峰太白山海拔高，氣候和植被垂直特征明顯，是我國廣域植被水平地帶性（北亞熱帶到寒溫帶）的縮影，是在較小區(qū)域內(nèi)研究多種類型森林生態(tài)系統(tǒng)的理想?yún)^(qū)域［15］。已有研究表明該地區(qū)森林土壤pH、有機質(zhì)、全氮和有效磷含量與海拔高度之間存在相關(guān)性［16］。但這些研究僅涉及低山溫帶季風(fēng)氣候帶和中山寒溫帶季風(fēng)氣候帶森林土壤養(yǎng)分特征，缺乏對高山亞寒帶氣候帶（3 000～3 350 m）和高山寒帶氣候帶（＞3 350 m）的研究。且對該區(qū)域土壤化學(xué)計量特征的空間分布格局的研究更是鮮見報道。由于秦嶺海拔相對高差較大，氣候和植被類型垂直變化分異明顯，因此揭示土壤各組分間的化學(xué)計量特征及其相互關(guān)系和空間變異，有助于深入認(rèn)識C、N、P生物地球化學(xué)循環(huán)的特征。

為此，本文采集太白山北坡不同海拔高度（1 700～3 500 m）土壤，測定土壤C、N、P等養(yǎng)分含量，以生態(tài)化學(xué)計量學(xué)方法探討太白山北坡土壤C、N、P養(yǎng)分垂直分布特征，分析海拔對土壤養(yǎng)分及生態(tài)化學(xué)計量特征的影響，為太白山森林土壤養(yǎng)分供應(yīng)狀況及限制情況提供參考，也可為太白山生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)提供重要的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

太白山為秦嶺主峰，海拔3 767 m。其北坡年降水量為694. 2 mm，年均溫13℃［15］。研究區(qū)內(nèi)植被類型豐富，垂直地帶性明顯，具有不同典型植被林帶（銳齒櫟、遼東櫟、樺木林、冷杉林、落葉松和高山草甸）。

1.2 土壤樣品采集

2014年8月以100 m海拔間隔，采集太白山北坡1 700 ～3 500 m海拔梯度的土樣。在研究區(qū)內(nèi)選取地形、地貌、坡度和坡向等基本一致的標(biāo)準(zhǔn)樣地，按照“S”型方法選擇5個點進(jìn)行采樣。采樣時先去除枯枝落葉，然后用土鉆采集0～10 cm土樣，將5點土樣混合均勻后裝入自封袋。每個樣地內(nèi)2個重復(fù)，共采集38個土壤樣品。

1.3 測定方法

采樣同時用水銀溫度計測定土壤溫度，土壤水分速測儀（TDR-3型，劍橋，英國）測定土壤含水量。

土壤風(fēng)干過0.1 mm篩后常規(guī)方法測定土壤基本性質(zhì)，其中土壤pH：電位法（水土比為2.5∶1）；含水量：105℃烘干法；土壤有機碳：重鉻酸鉀外加熱法；全氮：凱氏定氮法；全磷：鉬銻抗比色法。結(jié)果見表1。

1.4 數(shù)據(jù)處理

本研究中土壤C∶N∶P比均為元素質(zhì)量比。采用Micsoft Excel 2003和SPSS 22.0軟件分析數(shù)據(jù)，顯著性分析采用最小顯著差異法（LSD法），相關(guān)分析采用皮爾森（Pearson）雙尾檢驗。采用CANOCO（Version 5.0）對土壤養(yǎng)分及地形因子進(jìn)行冗余分析（RDA）排序，并繪制二維排序圖。

2 結(jié) 果

2.1 土壤C、N、P含量與垂直分布特征及其相關(guān)性

對不同海拔梯度土壤有機碳、全氮、全磷含量進(jìn)行分析（表1）。可看出，隨海拔梯度增加，有機碳、全氮、全磷含量表現(xiàn)為不同的變化規(guī)律。其中，不同海拔土壤有機碳含量變化范圍

為23.56～83.59 g kg-1，均值為40.58 g kg-1，變異系數(shù)為39.37%。土壤有機碳含量隨海拔增加呈先增后降的趨勢。土壤有機碳含量在中海拔（2 200～2 300 m）明顯高于其他海拔（1 700～2 100 m、2 400 m～3 300 m）。海拔1 700～2 100 m 與2 600～3 300 m的土壤有機碳含量變化并不明顯，至3 400 m處有機碳含量小幅度增加。

表1 太白山不同海拔高度土壤理化性質(zhì)Table 1 Soil physical and chemical properties in different altitudes at Taibai Mountain

隨海拔梯度增加，土壤全氮含量先增后降，變化范圍為2.00～5.77 g kg-1，均值為3.11 g kg-1，變異系數(shù)為28.65%。土壤全氮含量與有機碳含量垂直分布特征相似，最高含量出現(xiàn)在2 200 m，最低含量出現(xiàn)在3 203 m，且至海拔3 400 m時含量有所增加。

土壤全磷含量隨海拔梯度增加無明顯變化趨勢，全磷含量變化范圍為0.32～0.47 g kg-1，平均為0.39 g kg-1，變異系數(shù)10.34%。土壤全磷含量空間變異較小。

對不同海拔梯度土壤有機碳、全氮、全磷含量進(jìn)行相關(guān)分析（圖1），結(jié)果顯示土壤有機碳、全氮、全磷三者間極顯著相關(guān)，決定系數(shù)R2分別為0.592（p=0.000）、0.363（p=0.004）、0.366 （p=0.004）。從空間尺度上，土壤有機碳、全氮含量隨海拔梯度變化同步。表明太白山森林土壤有機碳、全氮、全磷分布在一定程度上相互耦合。

圖1 不同海拔土壤有機碳、全氮、全磷元素相關(guān)性Fig. 1 Correlation of soil organic carbon，total nitrogen，and total phosphorus relative to elevation

2.2 不同海拔土壤C、N、P生態(tài)化學(xué)計量特征

對不同海拔梯度土壤C、N、P生態(tài)化學(xué)計量比C∶N、C∶P、N∶P進(jìn)行分析（圖2），其中，土壤C∶N變化范圍為7.17～18.41，均值為12.99，變異系數(shù)為22.54%。C∶N在海拔2 712 m最低（7.17），在2 284 m最高（18.41），增加2.57倍。隨海拔升高，土壤C∶N在闊葉林帶呈降低趨勢，林帶轉(zhuǎn)變?yōu)獒樔~林帶時呈增加趨勢。除海拔2 097 m、2 600～3 000 m外，其他海拔高度土壤C∶N均高于全球森林0～10 cm土壤C∶N均值12.4［17］。

土壤C∶P范圍為60.61～190.4，平均值102.2，變異系數(shù)32.42%。土壤C∶P隨海拔梯度的變化趨勢與土壤C∶N類似，其在海拔2 284 m最大，且2 200～2 300 m的土壤C∶P高于全球森林0～10 cm土壤C∶P均值（81.9）［17］。

土壤N∶P范圍為5.81～12.26，平均值7.90，變異系數(shù)22.21%。N∶P隨海拔梯度增加先升后降，至3 200 m有所升高。與C∶P類似，土壤N∶P 在2 200～2 300 m海拔梯度的值高于全球森林0～10 cm土壤N∶P均值（6.6）［17］。

2.3 不同林帶土壤C、N、P含量及生態(tài)化學(xué)計量特征

典型植被林帶隨海拔梯度增加由闊葉林帶向針葉林帶演替，因此對不同植被帶的土壤有機碳、全氮、全磷含量與生態(tài)化學(xué)計量比進(jìn)行了分析（表2）。結(jié)果表明，土壤有機碳含量變化范圍為23.84～49.54 g kg-1，均值為39.82 g kg-1，變異系數(shù)為22.58%。有機碳含量在不同林帶的大小為：高山草甸＞遼東櫟林帶＞銳齒櫟林帶＞樺木林帶＞落葉松林帶＞冷杉林帶，冷杉林帶土壤有機碳含量顯著低于高山草甸與3個闊葉林帶（銳齒櫟林帶、遼東櫟林帶、樺木林帶）（p＜0.05）。

圖2 太白山不同海拔土壤C∶N、C∶P、N∶P特征Fig. 2 Stoichiometric characteristics of soil C∶N，C∶P and N∶P in the Taibai Mountain relative to elevation

土壤全氮含量變化范圍為2.42～3.62 g kg-1，均值為2.97 g kg-1，變異系數(shù)為16.17%。全氮含量在不同林帶的大小為：遼東櫟林帶＞高山草甸＞樺木林帶＞銳齒櫟林帶＞落葉松林帶＞冷杉林帶，2個針葉林帶（冷杉林帶、落葉松林帶）的土壤全氮含量顯著低于遼東櫟林帶（3.62 g kg-1）與高山草甸（3.38 g kg-1），與其他林帶無顯著差異（p＞0.05）。

土壤全磷含量變化范圍為0.36～0.42 g kg-1，均值為0.39 g kg-1，變異系數(shù)為4.43%。全磷含量在林帶的大小為：高山草甸＞銳齒櫟林帶＞落葉松林帶＞樺木林帶＞遼東櫟林帶＞冷杉林帶，各林帶土壤全磷含量無顯著差異（p＞0.05）。

從銳齒櫟林帶向高山草甸演替的過程中，土壤C∶N先減小而后增加，變化范圍為9.80～15.49，均值為13.36，變異系數(shù)為15.76%。冷杉林帶土壤C∶N顯著低于高山草甸、落葉松林帶與銳齒櫟林帶（p＜0.05）。土壤C∶P變化范圍為67.01～119.40，均值為100.80，變異系數(shù)為18.98%。冷杉林帶土壤C∶P最小，顯著低于高山草甸與遼東櫟林帶（p＜0.05）。土壤N∶P變化范圍為6.32～9.21，均值為7.54，變異系數(shù)為14.06%。遼東櫟林帶土壤N∶P最大，顯著高于銳齒櫟林帶與2個針葉林帶（落葉松林帶和冷杉林帶，p＜0.05）。

冷杉林帶有機碳、全氮含量普遍較低，且其生態(tài)化學(xué)計量比同樣較小。2個闊葉林帶（遼東櫟林帶和樺木林帶）與高山草甸的土壤有機碳、全氮含量較高且生態(tài)化學(xué)計量比高。可見，隨海拔梯度增加而改變的植被類型對土壤有機碳、全氮含量分布以及生態(tài)化學(xué)計量特征具有重要影響。

表2 不同典型林帶土壤有機碳、全氮、全磷含量及生態(tài)化學(xué)計量特征Table 2 Contents of soil organic carbon, total nitrogen and total phosphorus and their eco-stoichiometric characteristics relative to type of vegetation

2.4 環(huán)境因子對土壤C、N、P生態(tài)化學(xué)計量比的影響

對環(huán)境因子與土壤有機碳、全氮、全磷含量及生態(tài)化學(xué)計量比等進(jìn)行冗余分析（RDA），得到環(huán)境因子對土壤C、N、P化學(xué)計量特征影響的排序（圖3）。土壤C、N、P化學(xué)計量特征分別在第Ⅰ、Ⅱ排序軸解釋系統(tǒng)的變異信息量分別為57.94%和9.21%，累積解釋量達(dá)到67.15%。海拔、溫度、植被和土壤含水量等環(huán)境因子影響了土壤有機碳、全氮、全磷含量及化學(xué)計量特征。海拔與土壤有機碳、全氮、全磷含量及C∶N、C∶P、N∶P比呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)性大小為：有機碳＞全氮＞全磷。溫度、含水量與土壤有機碳、全氮、全磷含量及C∶N、C∶P、N∶P比呈正相關(guān)。

各因子的貢獻(xiàn)率見表3，可看出，對土壤C、N、P化學(xué)計量特征影響的大小為：溫度＞含水量＞海拔＞植被，解釋變異信息的量分別為25.0%、24.3%、11.1%和6.9%。溫度極顯著影響土壤C、N、P化學(xué)計量特征（p＜0.01），含水量和海拔顯著影響土壤C、N、P化學(xué)計量特征（p＜0.05）。

表3 環(huán)境因子解釋量及顯著性檢驗Table 3 Explanation rate of environmental factors and Duncan test

3 討 論

3.1 土壤有機碳、全氮、全磷垂直變異特征

圖3 環(huán)境因子與土壤有機碳、全氮、全磷含量及生態(tài)化學(xué)計量比RDA分析二維排序圖Figure 3 Two-dimensional sequence diagram of the RDA analysis of environmental factors，soil organic carbon，total nitrogen，total phosphorus and eco-stoichiometric characteristics

土壤養(yǎng)分是森林生態(tài)系統(tǒng)中植物營養(yǎng)的主要來源，森林物種組成、群落結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)力均受土壤養(yǎng)分的影響。土壤養(yǎng)分的空間分布呈現(xiàn)一定的海拔梯度特征［18］。森林土壤碳主要取決于凋落物的礦化分解與轉(zhuǎn)化累積，氮含量來源于氮素礦化與固定、硝化與反硝化等過程［13］，與有機質(zhì)的空間分布具一致性。本研究中土壤有機碳和全氮含量分別為40.58 g kg-1、3.11 g kg-1，高于我國0～10 cm土壤有機碳、全氮含量均值24.56 g kg-1、1.88 g kg-1［5］，這與趙維俊等［19］在祁連山云杉林土壤的研究一致。氣候條件與植被類型綜合影響有機質(zhì)的累積與分布特征，已有研究表明：低溫可促進(jìn)森林土壤碳的累積，地下細(xì)根生物量增加以及樹種不同帶來較大的生物量輸入均可增加碳庫累積［12］。在本研究區(qū)，隨海拔增加，土壤溫度降低，植被類型由闊葉過渡為針葉，植被茂盛程度減弱，使得不同林帶凋落量與凋落物的性質(zhì)截然不同。低海拔地區(qū)闊葉林帶凋落量大，進(jìn)入土壤的有機質(zhì)較多，但低海拔地區(qū)降雨量高，濕潤地區(qū)具有較強的生物化學(xué)循環(huán)過程，促進(jìn)土壤有機質(zhì)礦化。一系列綜合原因致使輸入至不同海拔梯度土壤中的有機質(zhì)含量差異并不顯著，因此本研究中土壤有機碳和全氮含量空間變異較小，這與Zhang等［11］在長白山的研究一致。

本研究中土壤全磷含量平均為0.39 g kg-1，低于我國0～10 cm土壤全磷含量均值0.78 g kg-1［5］，其空間變異性低于土壤有機碳與全氮。這是因為磷主要來自巖石風(fēng)化且遷移率低，屬于沉積性元素。研究表明：高溫多雨可加快巖石風(fēng)化及磷的淋溶［10］，本研究中低海拔梯度土壤溫度高，加快土壤的風(fēng)化，增加磷的累積，但同時降雨加速了淋溶過程，導(dǎo)致磷含量損失。此外本研究區(qū)域的土壤母質(zhì)主要為坡積物與殘積物，因此研究中土壤全磷的空間分布較為均勻，隨海拔變化差異并不明顯。

3.2 C、N、P化學(xué)計量特征的影響因素

土壤生態(tài)化學(xué)計量特征受研究區(qū)域水熱條件及土壤母質(zhì)的風(fēng)化作用等自然環(huán)境的調(diào)控，不同海拔梯度下的森林類型表土土壤養(yǎng)分變化很大，使得土壤C、N、P比存在較大的空間變異。研究表明：我國濕潤溫帶土壤的C∶N穩(wěn)定在10～12之間，熱帶與亞熱帶土壤C∶N高達(dá)20∶1；根據(jù)土壤碳氮儲量計算，全球土壤C∶N平均為13.33［20］，而全球森林0～10 cm土壤均值為12.4［17］。本研究區(qū)域不同海拔梯度幾種森林類型的土壤C∶N介于9.80～15.49之間，均值為13.34，接近于全球土壤C∶N，與前人研究結(jié)果一致。土壤C∶P均值（102.2）高于全球森林0～10 cm土壤C∶P均值（81.9）［17］，較高的C∶P是磷有效性低的一個指標(biāo)，這從另一個方面驗證了森林生態(tài)系統(tǒng)土壤磷的缺乏，這與趙維俊等［19］研究結(jié)果一致，他還指出N∶P高主要是研究區(qū)磷含量低決定的，在本研究區(qū)域也出現(xiàn)類似結(jié)果。

土壤C∶N與有機質(zhì)分解速度成反比關(guān)系［21］，2 600～3 000 m海拔梯度的土壤C∶N較低，表明該海拔梯度內(nèi)有機質(zhì)分解速度較快。Yang等［22］也在研究中表明碳與氮的耦合并不取決于生態(tài)系統(tǒng)類型，研究中各海拔梯度土壤C∶N差異也表現(xiàn)得并不顯著，與張廣帥等［13］在云南小江流域不同海拔梯度土壤研究一致，他認(rèn)為這可能是由于取樣淺，未達(dá)礦物層造成的。這也同時驗證了不同生態(tài)系統(tǒng)的土壤C∶N相對穩(wěn)定的結(jié)論。土壤C∶P、N∶P在2 200～2 300 m較高，這是因為該海拔梯度在野外調(diào)查中采樣點坡度較平緩，植被種類豐富，草本植物生長較好；林地光照與通氣狀況良好，高大喬木造成的遮光現(xiàn)象不多；在凋落物與根系分解過程誘導(dǎo)形成的微生物區(qū)系豐富，導(dǎo)致該海拔梯度內(nèi)土壤生物活性強，使得土壤碳、氮含量相對較高，以至于該海拔梯度內(nèi)生態(tài)化學(xué)計量特征明顯高于其他海拔梯度。

森林群落物種組成和結(jié)構(gòu)的變化使凋落物的質(zhì)量程度以及非生物的環(huán)境因子發(fā)生改變，不同森林類型植被下表土土壤生態(tài)化學(xué)計量特征具有一定差異。隨海拔梯度增加，研究區(qū)域植被類型沿落葉闊葉林―針葉林―高山草甸順序演替，土壤C、N、P含量及化學(xué)計量特征隨之變化。當(dāng)海拔梯度大于2 700 m，林帶由闊葉林帶轉(zhuǎn)變?yōu)獒樔~林帶，土壤C∶N轉(zhuǎn)變?yōu)樯仙厔荩寥繡∶P、N∶P減小，這是由于土壤溫度降低，碳、氮累積速率減緩，同時針葉林帶凋落物中單寧等酯溶性物質(zhì)輸入土壤增多，碳累積速率慢于氮的累積。落葉松林帶土壤C∶N大于2個闊葉林帶（樺木林帶和遼東櫟林帶），兩個針葉林帶土壤C∶P、N∶P則小于闊葉林帶，這與龐圣江等［23］的研究結(jié)果一致。

冷杉林帶生態(tài)化學(xué)計量比在幾個森林生態(tài)系統(tǒng)中最小，這是因為太白山自冷杉林帶的物種豐富度驟然下降，落葉松林帶的種類豐富度稍高于冷杉林帶［24］。物種豐富度直接影響凋落量與凋落物，因此冷杉林帶土壤養(yǎng)分含量低，致使其生態(tài)化學(xué)計量比也低于其他林帶。

山地垂直帶綜合了溫度、濕度和光照等不同環(huán)境因子的影響，海拔梯度上生物多樣性變化，氣候因子尤其顯示出較強的相關(guān)性［25］。研究結(jié)果顯示氣候因子對土壤C、N、P化學(xué)計量特征變異的影響各異，溫度、含水量和海拔顯著地影響了土壤C、N、P化學(xué)計量特征的變異，尤以溫度影響最為顯著。李紅林等［26］和肖燁等［27］等均指出土壤含水量對土壤C、N、P化學(xué)計量特征起著最重要的作用，盧同平等［28］提出溫度也是制約N、P含量及N∶P變異的重要因素，本研究結(jié)果進(jìn)一步證實了這些結(jié)論。

本研究僅對不同海拔梯度的典型森林類型中表層土壤養(yǎng)分變化和化學(xué)計量特征進(jìn)行了初步研究，對于全面評價秦嶺森林生態(tài)系統(tǒng)土壤養(yǎng)分狀況，還需要結(jié)合樹種葉、樹干和根系等器官以及枯落物中碳、氮和磷等的比例關(guān)系開展進(jìn)一步研究，將不同尺度、不同生物群系和不同研究領(lǐng)域的生物地球化學(xué)循環(huán)研究有機地聯(lián)系在一起，揭示森林植被—枯落物—土壤間的化學(xué)計量特征及其相互關(guān)系和空間變異。

4 結(jié) 論

研究區(qū)土壤有機碳、全氮含量整體較高，全磷含量整體較低。不同海拔梯度幾種森林類型的土壤C∶N接近于全球土壤C∶N，土壤C∶P與N∶P均值高于全球森林0～10 cm土壤C∶P與N∶P均值。土壤溫度和水分是影響土壤C、N、P生態(tài)化學(xué)計量比的主要因素，其次海拔也顯著影響土壤C、N、P化學(xué)計量特征。

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Carbon，Nitrogen and Phosphorus Contents in Soils on Taibai Mountain and Their Ecological Stoichiometry relative to Elevation

LI Danwei1WANG Ziquan1TIAN Haixia1HE Wenxiang1，2?GENG Zengchao1
（1 College of Resource and Environment，Northwest A&F University，Yangling，Shaanxi 712100，China）
（2 Key Laboratory of Plant Nutrition and the Agri-environment in Northwest China，Ministry of Agriculture，Yangling，Shaanxi 712100，China）

【Objective】This study is to explore how soil carbon，nitrogen and phosphorus were distributed vertically along the slope of the Taibai Mountain and elaborate eco-stoichiometric characteristicsof these soil nutrient elements relative to elevation from 1 700 m to 3 500 m.【Method】Soil samples were collected along the slope at an interval of 100 m in elevation and soil physicochemical properties were mensurated for analysis. 【Result】Results show as follows.（1）Soil organic carbon（SOC），total nitrogen （TN）and total phosphorus（TP）in the soil varied in the range of 23.56～83.59 g kg-1，2.00～5.77 g kg-1and 0.32～0.47 g kg-1，respectively，and averaged 40.58 g kg-1，3.11 g kg-1and 0.39 g kg-1，respectively. Soil organic carbon and TN displayed a trend of rising-first-and-declining-later with the rising elevation and a peak appeared at 3 000 m. The content of SOC was obviously higher in the middle section of the slope，2 200～2 300 m in elevation than in the upper and lower sections of the slope and TN varied similarly in vertical distribution. So soil carbon and nitrogen content were quite consistent in spatial variation. However，TP varied much less spatially and along the altitude gradient. Along the slope of the Taibai Mountain，stand different types of forests in belt. In these different forest belts，regardless of type，the distributions of soil carbon，nitrogen，phosphorus were somewhat coupled. Soil C∶N，C∶P and N∶P varied in the range of 7.17～18.41，60.61～190.4 and 5.81～12.26，respectively，and averaged 12.99，102.2 and 7.90. With rising elevation，soil C∶N decreased in the broad-leaved forest belt and increased in the coniferous forest；soil C∶N was quite close to the average（12.4）of the global forest soil（0～10 cm）；soil C∶P varied in a trend similar to what soil C∶N did，and peaked in the section of the slope，2 200～2 300 m in elevation，getting higher than the average（81.9）of the global forest soil（0～10 cm）；and soil N∶P was similar to soil C∶N in variation.（2）SOC，TN and TP varied in the range of 23.84～49.54 g kg-1，2.42～3.62 g kg-1and 0.36～0.42 g kg-1，and averaged 39.82 g kg-1，2.97 g kg-1and 0.39 g kg-1，respectively，in the studied slope under whatever type of forest. SOC was obviously lower in the fir forest belt than in the broad-leaved forest（Quercus acutidentata forest，liaodong oak forest，birch forest）belt；soil TN in the coniferous forest belt was significantly lower than that in the Quercus liaotungensis forest and alpine meadow belts，and similar to those in the others；and soil TP differed slightly between forest belts. Soil C∶N，C∶P and N∶P varied in the range of 9.80～15.49，67.01～119.44 and 6.32～9.21，and averaged 13.36，100.81 and 7.54，respectively. The two broad-leaved forests（Quercus liaotungensis forest belt and birch forest belt）and the alpine meadow belt were the highest in content of soil carbon and nitrogen and their ecological stoichiometric ratio，while the fir forest belt was the lowest.（3）Temperature，water content，elevation and vegetation may quite well explain the variation of the ecological stoichiometry of soil carbon，nitrogen and phosphorus. Redundancy analysis shows that the points of Ⅰ and Ⅰ on the sequencing axis may explain 57.94% and 9.21% of the variation of the contents of soil nutrients and their stoichiometric characteristics，and the four factors，temperature，water content，elevation and vegetation，may explain 25.7%，22.5%，20.9% and 18.7%，respectively，of the system variation. Obviously，elevation is the major factor that directly determines vegetation type and environmental conditions，which in turn affect distribution and eco-stoichiometry of soil nutrients. 【Conclusion】All the findings in this study may serve as scientific basis for determining soil nutrient supply and its limiting factors in these forest soils and evaluating quality of these soils. However，more effects should be made to further discuss the issue of soil nutrients and their ecostoichiometric characteristics，and to expose stoichiometric characteristics，mutual relationships and spatial variation of the forest system of vegetation-litter-soil.

Elevation（Altitude above sea level）；Taibai Mountain；Soil nutrient；Stoichiometric characteristic；Vegetation type

S714.2

A

10.11766/trxb201604140096

（責(zé)任編輯：陳榮府）

* 國家公益性行業(yè)（林業(yè)）科研專項（201304307）、國家自然科學(xué)基金項目（41571245）和西北農(nóng)林科技大學(xué)“基本科研業(yè)務(wù)費科研創(chuàng)新重點項目”（ZD2013012）共同資助 Supported by the Special Fund for Forest Science Research in the Public Interest（No.201304307），the National Natural Science Foundation of China（No.41571245），and the“Basic Scientific Research Expenses of Major Project of Scientific Research Innovation”of Northwest Agriculture and Forestry University（No. ZD2013012）

? 通訊作者 Corresponding author，E-mail：wxhe1968@163.com

李丹維（1990―），女，陜西楊凌人，碩士研究生，主要從事土壤酶研究。E-mail：422788302@qq.com

2016-04-14；

2016-06-08；優(yōu)先數(shù)字出版日期（www.cnki.net）：2016-07-14