摘要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(jì)量學(xué)特征對海拔梯度的響應(yīng)規(guī)律，在秦嶺太白山1700～3500m區(qū)域以100m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(jī)碳、全氮、全磷變化范圍分別是23.56～83.59gkg-1、2.00～5.77gkg-1、0.32～0.47gkg-1。土壤有機(jī)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(shí)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3200m有所升高；（3）兩個(gè)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(jì)量比高。冷杉林帶C、N含量及其生態(tài)化學(xué)計(jì)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(jì)量特征具有重要影響，通過冗余分析揭示每個(gè)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(jì)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(jì)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(jià)等提供基礎(chǔ)。

　　關(guān)鍵詞海拔高度；太白山；土壤養(yǎng)分；化學(xué)計(jì)量特征；植被類型

　　生態(tài)化學(xué)計(jì)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(jì)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(jī)制具有重要意義。目前有關(guān)森林生態(tài)系統(tǒng)化學(xué)計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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］。

　　1材料與方法

　　1.1研究區(qū)概況

　　太白山為秦嶺主峰，海拔3767m。其北坡年降水量為694.2mm，年均溫13°C［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100m海拔間隔，采集太白山北坡1700～3500m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(gè)點(diǎn)進(jìn)行采樣。采樣時(shí)先去除枯枝落葉，然后用土鉆采集0～10cm土樣，將5點(diǎn)土樣混合均勻后裝入自封袋。每個(gè)樣地內(nèi)2個(gè)重復(fù)，共采集38個(gè)土壤樣品。

　　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(jī)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(jī)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(jī)碳含量變化范圍為23.56～83.59gkg-1，均值為40.58gkg-1，變異系數(shù)為39.37%。土壤有機(jī)碳含量隨海拔增加呈先增后降的趨勢。土壤有機(jī)碳含量在中海拔（2200～2300m）明顯高于其他海拔（1700～2100m、2400m～3300m）。海拔1700～2100m與2600～3300m的土壤有機(jī)碳含量變化并不明顯，至3400m處有機(jī)碳含量小幅度增加。

　　2.2不同海拔土壤C、N、P生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征

　　對不同海拔梯度土壤C、N、P生態(tài)化學(xué)計(jì)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2712m最低（7.17），在2284m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(shí)呈增加趨勢。除海拔2097m、2600～3000m外，其他海拔高度土壤C∶N均高于全球森林0～10cm土壤C∶N均值12.4［17］。

　　3討論

　　3.1土壤有機(jī)碳、全氮、全磷垂直變異特征

　　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(jī)質(zhì)的空間分布具一致性。本研究中土壤有機(jī)碳和全氮含量分別為40.58gkg-1、3.11gkg-1，高于我國0～10cm土壤有機(jī)碳、全氮含量均值24.56gkg-1、1.88gkg-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(jī)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(jī)質(zhì)較多，但低海拔地區(qū)降雨量高，濕潤地區(qū)具有較強(qiáng)的生物化學(xué)循環(huán)過程，促進(jìn)土壤有機(jī)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(jī)質(zhì)含量差異并不顯著，因此本研究中土壤有機(jī)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。

　　3.2C、N、P化學(xué)計(jì)量特征的影響因素

　　土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)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(chǔ)量計(jì)算，全球土壤C∶N平均為13.33［20］，而全球森林0～10cm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0～10cm土壤C∶P均值（81.9）［17］，較高的C∶P是磷有效性低的一個(gè)指標(biāo)，這從另一個(gè)方面驗(yàn)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。

　　4結(jié)論

　　研究區(qū)土壤有機(jī)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0～10cm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(jì)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(jì)量特征。

　　參考文獻(xiàn)

　　［１］LiA，GuoDL，WangZQ，etal.Nitrogenandphosphorusallocationinleaves，twigs，andfinerootsacross49temperate，subtropicalandtropicaltreespecies：Ahierarchicalpattern.FunctionalEcology，2010，24（1）：224—232

　　［２］ManzoniS，TrofymowJA，JacksonRB，etal.Stoichiometriccontrolsoncarbon，nitrogen，andphosphorusdynamicsindecomposinglitter.EcologicalMonographs，2010，80（1）：89—106

　　［３］WangM，MooreTR.Carbon，nitrogen，phosphorus，andpotassiumstoichiometryinanombrotrophicpeatlandreflectsplantfunctionaltype.Ecosystems，2014，17（4）：673—684

　　*李丹維1王紫泉1田海霞1和文祥1，2耿增超1