秦仕憶,喻陽華,邢容容,王 璐

(1.貴州師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,貴陽 550025；2.貴州師范大學(xué) 喀斯特研究院,貴陽 550001；3.貴州大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院,貴陽 550025)

喀斯特高原山地區(qū)水源涵養(yǎng)林土壤及凋落物的生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征

秦仕憶1,喻陽華2,邢容容3,王 璐1

(1.貴州師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,貴陽 550025；2.貴州師范大學(xué) 喀斯特研究院,貴陽 550001；3.貴州大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院,貴陽 550025)

探明石漠化區(qū)水源涵養(yǎng)林凋落物與土壤化學(xué)計(jì)量特征有助于深入了解養(yǎng)分狀況。以喀斯特高原山地區(qū)云南松(Pinusyunnanensis)+光皮樺(Betulaluminifera)+銀白楊(Populusalba)林、栓皮櫟(Quercusvariabilis)+川榛(Corylusheterophylla)林、銀白楊(Populusalba)+光皮樺(Betulaluminifera)林、杜鵑(Rhododendronsimsii)+銀白楊(Populusalba)林、光皮樺(Betulaluminifera)林為對(duì)象,研究凋落物與土壤OC,TN,TP化學(xué)計(jì)量特征及內(nèi)在關(guān)聯(lián)。結(jié)果表明:1)表層土壤OC,TN,TP含量分別是25.02,1.56,0.33mg/g；凋落物OC,TN,TP含量分別為407.09,16.07,2.06mg/g。2)土壤C∶N為15.13,C∶P為78.40,N∶P為5.17；凋落物C∶N為25.67,C∶P為212.87,N∶P為8.38；C∶N,C∶P,N∶P均呈凋落物層>土壤層。3)凋落物層、土壤層C∶P與N∶P均呈極顯著正相關(guān),土壤C∶N與凋落物C∶N,N∶P分別呈極顯著正、顯著負(fù)相關(guān)。4)該區(qū)土壤N,P養(yǎng)分虧缺,凋落物呈低C高N高P格局,土壤固持養(yǎng)分能力不強(qiáng)。

水源涵養(yǎng)林；凋落物；土壤；生態(tài)化學(xué)計(jì)量；喀斯特高原山地區(qū)

0 引言

生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)是一門分析多重化學(xué)元素質(zhì)量平衡與生態(tài)過程間相互影響的科學(xué),為研究退化生態(tài)系統(tǒng)植物內(nèi)穩(wěn)性與N,P等限制提供了有效手段[1]。C,N,P作為植物生長(zhǎng)的必需元素,對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育、養(yǎng)分循環(huán)以及個(gè)體功能的運(yùn)行具有重要作用[2-3]。凋落物分解過程中養(yǎng)分的歸還使得土壤養(yǎng)分供應(yīng)量具有明顯的時(shí)空變異[4-5],增加了二者間關(guān)系的復(fù)雜性。而在喀斯特強(qiáng)烈發(fā)育的地區(qū),凋落物養(yǎng)分的歸還量是貧瘠土壤養(yǎng)分的重要來源[6],使得對(duì)森林群落凋落物、土壤的生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征研究具有十分重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。對(duì)喀斯特區(qū)土壤水分和養(yǎng)分水平研究表明:土層厚度、土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤顆粒組成及0.03～0.3mm孔隙度是影響土壤水分庫容的主要因素[7]；推行自然恢復(fù),減少人為干擾可有效提高喀斯特退化生態(tài)系統(tǒng)土壤生產(chǎn)力,增加土壤有機(jī)碳積累[8]。在生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)研究方面:潘復(fù)靜等[9]分析了喀斯特峰叢洼地4個(gè)不同演替階段植被生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征在不同坡位間的差異,發(fā)現(xiàn)在上坡位,成熟林群落的凋落物有利于積累養(yǎng)分；曾昭霞等[10]對(duì)喀斯特原生林和次生林植物-凋落物-土壤的研究結(jié)果表明,喀斯特森林凋落物與植物均呈現(xiàn)低C∶N和高N∶P的生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征；張亞冰等[11]應(yīng)用生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的方法對(duì)貴州月亮山5種森林類型土壤進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)不同森林類型的C,N,P含量及其化學(xué)計(jì)量特征存在顯著差異。以上學(xué)者的研究,初步揭示了喀斯特森林凋落物、土壤養(yǎng)分含量及生態(tài)化學(xué)計(jì)量。水源涵養(yǎng)林在攔蓄降水、調(diào)節(jié)徑流和凈化水質(zhì)等方面的重要功能對(duì)喀斯特高原山地區(qū)十分重要[12],但是關(guān)于此地區(qū)水源涵養(yǎng)林生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征方面的研究卻鮮有報(bào)到。本文以喀斯特高原山地區(qū)5種典型水源涵養(yǎng)林為研究對(duì)象,對(duì)不同植物群落凋落物、土壤的C,N,P含量及生態(tài)學(xué)計(jì)量特征予以研究,試圖回答不同水源涵養(yǎng)林的養(yǎng)分變化及其相互關(guān)系,以期完善喀斯特退化生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的研究。

1 材料與方法

1.1研究區(qū)概況

畢節(jié)撒拉溪喀斯特高原山地潛在-輕度石漠化綜合治理示范區(qū)位于貴州省畢節(jié)市西南部(27°11′36″～27°16′51″N,105°02′01″～105°08′09″E),喀斯特面積占74.25%,海拔1 600～1 950m,屬長(zhǎng)江流域?yàn)踅盗鶝_河上游支流區(qū)。土壤以黃壤為主,有部分黃棕壤和石灰土；植被以亞熱帶針、闊葉林和落葉闊葉林為主；年均氣溫12.9℃,≥10℃積溫4 109℃,年均日照1 261h,無霜期258d,年相對(duì)濕度81.69%,年均降雨量984.40mm,降水主要集中在5—9月,占年降雨總量的57.6%～87.3%[13]。

1.2樣品采集

水源涵養(yǎng)林以云南松(Pinusyunnanensis)、光皮樺(Betulaluminifera)、銀白楊(Populusalba)、栓皮櫟(Quercusvariabilis)、川榛(Corylusheterophylla)、杜鵑(Rhododendronsimsii)為優(yōu)勢(shì)樹種。本文選取云南松+光皮樺+銀白楊林(1號(hào))、栓皮櫟+川榛林(2號(hào))、銀白楊+光皮樺林(3號(hào))、杜鵑+銀白楊林(4號(hào))、光皮樺林(5號(hào))等5種水源涵養(yǎng)林為研究對(duì)象(表1)。于2016年7月中旬,在不同水源涵養(yǎng)林內(nèi)分別設(shè)置20m×20m樣地,采用蛇形布點(diǎn)法設(shè)置5～7個(gè)取樣點(diǎn),用尼龍網(wǎng)袋收集凋落物組成混合樣品,同時(shí)采集0～20cm表層土壤制成混合樣品。樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后,凋落物置于恒溫干燥箱中,65℃烘至恒質(zhì)量,研細(xì)并充分混勻備用；土壤剔除可見石礫、根系及動(dòng)植物殘?bào)w,自然風(fēng)干后研磨,依次過2.00,1.00,0.250,0.150mm篩備用。

1.3樣品分析

用重鉻酸鉀-外加熱法測(cè)定凋落物與土壤的有機(jī)碳。用凱氏定氮法測(cè)定土壤全氮；用高氯酸-硫酸消煮,鉬銻抗比色法測(cè)定土壤全磷。用硫酸-過氧化氫消煮,奈氏比色法測(cè)定凋落物全氮；用硫酸-過氧化氫消煮,鉬銻抗比色法測(cè)定凋落物全磷[14]。

表1 植物群落基本概況

注:“—”表示沒有出現(xiàn)。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在Excel 2010和SPSS 20統(tǒng)計(jì)軟件中進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、整理。采用單因素方差分析(one-way ANOVA)的最小顯著差異(LSD)法對(duì)凋落物和土壤有機(jī)碳(OC)、全氮(TN)、全磷(TP)及其化學(xué)計(jì)量比進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn),采用Pearson相關(guān)系數(shù)法進(jìn)行指標(biāo)之間的相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1不同群落土壤與凋落物OC，TN，TP含量

從表2可知,各水源涵養(yǎng)林OC,TN,TP含量變化規(guī)律較為相似。土壤與凋落物的OC,TN,TP含量均為OC>TN>TP,表明土壤與凋落物連續(xù)體間具有明顯的關(guān)聯(lián)性,且凋落物OC,TN,TP高于土壤,這與植物體為維持自身正常代謝,吸收土壤中的大部分營養(yǎng),并以凋落物的形式逐步返還給土壤的實(shí)際相符合[6]。不同群落土壤:OC與TN均為4號(hào)最大(55.74,3.20mg/g)、3號(hào)最小(9.24,0.70mg/g),各群落間差異顯著(P<0.05)；TP為2號(hào)(0.63mg/g)顯著高于其他群落,是其他群落的1～4倍,1號(hào)最低僅為0.16mg/g。不同群落凋落物:1)OC為5號(hào)最高(430.45mg/g)、2號(hào)最低(389.61mg/g),TN為1號(hào)最高(18.02mg/g)、2號(hào)最低(13.49mg/g),表明5號(hào)凋落物分解速率相對(duì)較慢,2號(hào)凋落物分解速率相對(duì)較快；2)TP差異不顯著(P>0.05)。

2.2不同群落土壤與凋落物C-N-P生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征

不同群落土壤的生態(tài)化學(xué)計(jì)量比如表3所示:C∶N為4號(hào)最大(17.44),與2號(hào)、5號(hào)差異不顯著(P>0.05),與1號(hào)、3號(hào)呈顯著差異(P<0.05),1號(hào)群落最小(12.09)；C∶P,N∶P均為4號(hào)最高(分別為129.45,7.42)、2號(hào)最低(分別為32.44,2.03),4號(hào)在這兩個(gè)指標(biāo)上均約為2號(hào)的4倍,這與4號(hào)具有較高的OC與TN有關(guān),不同群落間均呈顯著差異(P<0.05)。如表3所示,不同群落凋落物C∶N表現(xiàn)為2號(hào)最大(28.91)、1號(hào)最小(22.22),但群落間差異不顯著(P>0.05)；C∶P差異較小,5個(gè)群落之間無顯著差異(P>0.05)；N∶P表現(xiàn)為1號(hào)最高,為12.01,與3,4,5號(hào)差異不顯著(P>0.05),與2號(hào)差異顯著(P<0.05)。

5種群落中:土壤的C∶N波動(dòng)范圍為12.09～17.44(均值15.13),C∶P為32.44～129.45(均值78.40),N∶P為2.03～7.42(均值5.17)；凋落物的C∶N在22.22～28.91之間(均值25.67),C∶P為183.19～268.98(均值212.87),N∶P變幅為6.82～12.01(均值8.38)。凋落物的C∶N是土壤C∶N的1.70倍,C∶P是土壤的2.72倍,N∶P是土壤的1.62倍,表明群落C∶N，C∶P，N∶P均為凋落物層>土壤層。

表2 群落凋落物與土壤的OC,TN,TP含量 mg/g

注:表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差,同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

表3 群落凋落物與土壤的生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征

注:表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差,同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.3土壤與凋落物OC，TN，TP含量及其化學(xué)計(jì)量比的相關(guān)性

由表4可知:1)土壤的OC與TN,C∶N,C∶P呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到了0.99,0.77,0.79；與N∶P呈顯著正相關(guān)(P<0.05),相關(guān)系數(shù)為0.53。土壤的TN與C∶N,C∶P呈極顯著正相關(guān)(P<0.01,相關(guān)系數(shù)分別為0.71,0.81)；與N∶P呈顯著正相關(guān)(P<0.05,相關(guān)系數(shù)為0.58)。土壤的TP與C∶N呈顯著正相關(guān)(P<0.05),相關(guān)系數(shù)為0.63。土壤的C∶P與N∶P呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),相關(guān)系數(shù)是0.91。2)凋落物的TN與C∶N呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01),相關(guān)系數(shù)為-0.96；凋落物的TP與C∶P,N∶P呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01),相關(guān)系數(shù)分別為-0.91,-0.79；凋落物的C∶P與N∶P呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),相關(guān)系數(shù)為0.93。3)土壤的TP與凋落物的TN呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01),系數(shù)為-0.78；與凋落物C∶N呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),系數(shù)是0.78。土壤的C∶N與凋落物的C∶N呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.65；與凋落物N∶P呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05),相關(guān)系數(shù)是-0.55。土壤的C∶P與凋落物的OC的相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.52,為顯著正相關(guān)(P<0.05)。

表4 凋落物與土壤OC,TN,TP含量及生態(tài)化學(xué)計(jì)量比的相關(guān)性

注:“*”表示在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)；“**”表示在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

3 討論

3.1群落土壤的生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征

從表5可以看出,研究區(qū)0～20cm土壤層OC含量為9.24～55.74mg/g,平均值為25.02mg/g。土壤C,N等養(yǎng)分主要來源于凋落物的分解,這致使養(yǎng)分首先在土壤表層聚集。在隨水或其他介質(zhì)向下層逐漸擴(kuò)散的過程中,養(yǎng)分濃度存在明顯的下降趨勢(shì)[15]。研究區(qū)0～20cm土壤層OC均值高于贛中地區(qū)4種林分0～10cm土壤層OC含量[16],與全國土壤0～10cm土壤層OC含量[17]接近,表明示范區(qū)0～20cm土壤層OC含量處于較高水平。而土壤OC的形成和分解受植被類型、溫度、降水、成土母質(zhì)、土壤性質(zhì)等因子的影響[18],該區(qū)土壤OC含量水平與喀斯特高原山地區(qū)高寒干旱的氣候環(huán)境有一定關(guān)系。同時(shí),研究區(qū)土壤OC含量低于廣西環(huán)江木論喀斯特保護(hù)區(qū)2種原生林分0～20cm土壤層OC平均含量[19],這可能與喀斯特峰叢洼地復(fù)雜的生境,較高的空間異質(zhì)性有關(guān)[20]；研究區(qū)0～20cm土壤層TN變化范圍是0.70～3.20mg/g,平均值為1.56mg/g,低于廣西環(huán)江木論喀斯特保護(hù)區(qū)2種原生林分0～20cm土壤層TN含量[19]；研究區(qū)0～20cm土壤層TP的變化幅度為0.16～0.63mg/g,均值是0.33mg/g。土壤磷(P)素的來源較為固定,主要是通過漫長(zhǎng)的巖石風(fēng)化,所以在土壤中的垂直分布中呈“圓柱體”狀,差異不大[15],使得不同深度的研究區(qū)之間存在可比性。研究區(qū)TP含量雖然高于廣西喀斯特地區(qū)0～20cm土壤TP含量[19]和贛中地區(qū)4種林分0～10cm土壤TP的研究成果[16],但僅達(dá)全國0～10cm土壤層TP平均水平[17]的42.86%,說明研究區(qū)0～20cm土壤層的TP含量較低。這可能與研究區(qū)地表流失和地下漏失嚴(yán)重有關(guān)。

貴州喀斯特高原山地區(qū)水源涵養(yǎng)林0～20cm土壤層C∶P,N∶P均值分別是78.40和5.17,僅為廣西環(huán)江喀斯特地區(qū)[19]0～20cm土壤層C∶P,N∶P值的37.48%和21.72%,同時(shí)也低于贛中地區(qū)[16]、全國0～10cm土壤層平均水平[17]和全球0～10cm森林土壤層[21]?？梢?研究區(qū)土壤C∶P,N∶P值均較低。C∶P是指示P有效性高低的一個(gè)指標(biāo)[22],較低的C∶P說明研究區(qū)土壤P具有較高的有效性。同時(shí),有研究提出,在土壤N,P含量不太高或太低的前提下,可將N∶P<10和N∶P>20作為評(píng)價(jià)植被生產(chǎn)力受到N或者P限制的指標(biāo)[23]。研究區(qū)土壤N∶P均值為5.17<10,表明該區(qū)域的林分生產(chǎn)力主要是受N的限制。綜合分析表明,森林土壤N,P處于虧缺狀態(tài),因此在群落建植過程中應(yīng)注重養(yǎng)分質(zhì)量的保護(hù),可采取促進(jìn)養(yǎng)分循環(huán)和自肥措施。尤其是促進(jìn)主要限制養(yǎng)分N的循環(huán),是研究區(qū)水源涵養(yǎng)林恢復(fù)的重要途徑之一。

表5 貴州喀斯特高寒山地與其他區(qū)域凋落物 土壤的C,N,P含量及計(jì)量特征

注:表中所示凋落物、土壤元素含量直接來自文獻(xiàn)或是各文獻(xiàn)所研究對(duì)象中元素含量的平均值。

3.2群落凋落物的生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征

由表5可知,5種群落凋落物OC含量389.61～430.45mg/g(均值為407.09mg/g),TN為13.49～18.02mg/g(平均值是16.07mg/g),TP為1.60～2.50mg/g(平均值為2.06mg/g),相對(duì)于廣東鼎湖山亞熱帶常綠闊葉林[24],其OC含量低于后者,而TN,TP含量高于后者。研究區(qū)TN,TP含量也高于祁連山高寒半干旱山地青海云杉[25]、廣西環(huán)江喀斯特地區(qū)森林[10]和全球水平[26](10.90,0.90),表明研究區(qū)凋落物OC含量處于偏低水平,TN,TP含量較高。研究區(qū)喀斯特森林凋落物呈現(xiàn)出低C高N高P格局,這可能與凋落物的分解程度、植物體對(duì)養(yǎng)分的重吸收程度以及研究區(qū)闊葉落葉樹種較多有關(guān)。

凋落物C∶N,C∶P和N∶P的均值依次為25.67,212.87,8.38,均低于廣東鼎湖山亞熱帶常綠闊葉林[24]、祁連山青海云杉林[25]、廣西環(huán)江喀斯特森林[10]以及全球森林[27]的研究結(jié)果。表明研究區(qū)C∶N,C∶P和N∶P均較低,原因與凋落物呈低C高N高P格局有關(guān)。有研究認(rèn)為,凋落物較低的C∶N具有較高的分解速率[22],這符合落葉闊葉樹種凋落物的分解規(guī)律,但凋落物較快的分解速率不利于養(yǎng)分的儲(chǔ)存[28]。研究區(qū)凋落物TN,TP較高,但土壤TN,TP較低,說明土壤蓄養(yǎng)水分能力較弱,可能與植被退化有一定關(guān)聯(lián)。因此,采取封山育林、基于生物多樣性的石漠化綜合治理等措施,對(duì)于保持研究區(qū)土壤養(yǎng)分質(zhì)量尤為必要。

3.3群落土壤與凋落物生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的相關(guān)性

C作為構(gòu)成植物體干物質(zhì)的最主要元素[29],N,P作為生物體蛋白質(zhì)和遺傳物質(zhì)的基本組成元素,均對(duì)植物的各種功能影響深刻[30]。土壤C,N,P是植物生長(zhǎng)的重要元素,土壤養(yǎng)分供養(yǎng)狀況與植物光合作用、礦質(zhì)代謝等生態(tài)過程密切相關(guān)[31]。而凋落物是養(yǎng)分回歸土壤的主要途徑,是森林系統(tǒng)生物地球化學(xué)流的一個(gè)重要組成部分,已有研究表明森林生長(zhǎng)所需70%～90%的養(yǎng)分來自凋落物的降解[32]。本研究中,土壤和凋落物的C∶P與N∶P均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(系數(shù)分別為0.91,0.93),土壤C∶N與凋落物C∶N之間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(相關(guān)系數(shù)是0.65),土壤C∶N與凋落物N∶P呈顯著負(fù)相關(guān)(相關(guān)系數(shù)為-0.55),這與趙維俊等[25]對(duì)祁連山青海云杉林的研究結(jié)論一致,說明土壤C,N主要來源于凋落物,凋落物保留了大量的P養(yǎng)分,但是歸還至土壤中的P較少,這與土壤P主要來源于土壤母質(zhì)的事實(shí)相符合[15]。

研究區(qū)水源涵養(yǎng)林0～20cm土壤層的C∶N∶P質(zhì)量比均值為78.22∶5.17∶1,與全球0～10cm森林土壤層C∶N∶P質(zhì)量比(82.04∶6.60∶1)[21]接近；凋落物C∶N∶P質(zhì)量比均值是215.11∶8.38∶1,低于全球森林凋落物水平(1 167.92∶20.58∶1)[27]。這與潘復(fù)靜[9]等對(duì)另一喀斯特地區(qū)植被群落凋落物的研究結(jié)論一致。同時(shí),5種水源涵養(yǎng)林凋落物C∶N∶P質(zhì)量比分別是266.86∶12.01∶1,197.17∶6.82∶1,193.44∶7.98∶1,218.75∶7.92∶1和181.58∶7.16∶1,群落間較為接近。由于植物在長(zhǎng)期的進(jìn)化過程中逐漸發(fā)育了較強(qiáng)的生理生化調(diào)節(jié)作用以適應(yīng)環(huán)境因子的波動(dòng)[33],植物體C,N,P含量均會(huì)隨環(huán)境不斷變化[10]；而相似的環(huán)境因子可能是群落間C∶N∶P比值在一定程度上趨于規(guī)律性的原因。

4 結(jié)論

本研究?jī)H對(duì)不同水源涵養(yǎng)林的土壤、凋落物養(yǎng)分變化和化學(xué)計(jì)量特征進(jìn)行了初步分析,對(duì)于全面評(píng)價(jià)森林生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分狀況,還需要結(jié)合葉片、根系等構(gòu)件中養(yǎng)分含量及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量關(guān)系開展進(jìn)一步的研究,即將不同尺度、不同生活型植物、不同植物群落的養(yǎng)分循環(huán)有機(jī)聯(lián)系起來,以揭示養(yǎng)分在植被-凋落物-土壤之間的生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征及其相互關(guān)系,指示養(yǎng)分限制狀況。

本研究中,5種水源涵養(yǎng)林土壤N,P均處于虧缺狀態(tài),凋落物呈現(xiàn)低C高N高P格局。土壤固持養(yǎng)分能力不強(qiáng),應(yīng)對(duì)水源涵養(yǎng)林采取保育和恢復(fù)措施。

[1] 賈國梅,何立,程虎,等.三峽庫區(qū)不同植被土壤微生物量碳氮磷生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征[J].水土保持研究,2016,23(4):23-27.

[2] Vitousek P M,Porder S,Houlton B Z,et al.Terrestrial phosphorus limitation:mechanisms,implications,and nitrogen-phosphorus interactions[J].Ecological Applications,2010,20(1):5-15.

[3] 王維奇,徐玲琳,曾從盛,等.河口濕地植物活體枯落物土壤的碳氮磷生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2011,31(23):7119-7124.

[4] Han Wenxuan,Fang Jingyun,Reich P B,et al.Biogeography and variability of eleven mineral elements in plant leaves across gradients of climate,soil and plant functional type in China[J].Ecology Letters,2011,14(8):788-796.

[5] Frouz J,Kalcík J,Velichová V.Factors causing spatial heterogeneity in soil properties,plant cover,and soil fauna in non-reclaimed post-mining site[J].Ecological Engineering,2011,37(11):1910-1913.

[6] 左巍,賀康寧,田赟,等.青海高寒區(qū)不同林分類型凋落物養(yǎng)分狀況及化學(xué)計(jì)量特征[J].生態(tài)學(xué)雜志,2016,35(9):2271-2278.

[7] 李孝良,陳效民,周煉川,等.西南喀斯特石漠化過程對(duì)土壤水分特性的影響[J].水土保持學(xué)報(bào),2008,22(5):198-203.

[8] 魏亞偉,蘇以榮,陳香碧,等.人為干擾對(duì)桂西北喀斯特生態(tài)系統(tǒng)土壤有機(jī)碳、氮、磷和微生物量剖面分布的影響[J].水土保持學(xué)報(bào),2010,24(3):164-169.

[9] 潘復(fù)靜,張偉,王克林,等.典型喀斯特峰叢洼地植被群落凋落物C∶N∶P生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2011,31(2):0335-0343.

[10] 曾昭霞,王克林,劉孝利,等.桂西北喀斯特森林植物-凋落物-土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào),2015,39(7):682-693.

[11] 張亞冰,呂文強(qiáng),易武英,等.貴州月亮山5種森林類型土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征研究[J].熱帶亞熱帶植物學(xué)報(bào),2016,24(6):617-625.

[12] 趙洋毅,王玉杰,王云琦,等.渝北水源區(qū)水源涵養(yǎng)林構(gòu)建模式對(duì)土壤滲透性的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2010,30(15):4162-4172.

[13] 池永寬.石漠化治理中農(nóng)草林草空間優(yōu)化配置技術(shù)與示范[D].貴陽:貴州師范大學(xué),2015.

[14] 鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].第3版.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2008:74-271.

[15] 劉興詔,周國逸,張德強(qiáng),等.南亞熱帶森林不同演替階段植物與土壤的N、P的化學(xué)計(jì)量特征[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào),2010,34(1):64-71.

[16] 杜滿義,范少輝,劉廣路,等.土地利用方式轉(zhuǎn)變對(duì)贛中地區(qū)土壤活性有機(jī)碳的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2013,24(10):2897-2904.

[17] Tian Hanqin,Chen Guangsheng,Zhang Chi,et al.Pattern and variation of C∶N∶P ratios in China’s soils:a synthesis of observational data[J].Biogeochemistry,2010,98:139-151.

[18] 白小芳,徐福利,王渭玲,等.華北落葉松人工林土壤碳氮磷生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征[J].中國水土保持科學(xué),2015,13(6):68-75.

[19] 俞月鳳,彭晚霞,宋同清,等.喀斯特峰叢洼地不同森林類型植物和土壤C、N、P化學(xué)計(jì)量特征[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2014,25(4):947-954.

[20] 宋同清,彭晚霞,曾馥平,等.喀斯特峰叢洼地不同類型森林群落的組成與生物多樣性特征[J].生物多樣性,2010,18(4):355-364.

[21] Cleveland C C,Liptzin D.C∶N∶P stoichiometry in soil:is there a “Redfield ratio” for the microbial biomass?[J].Biogeochemistry,2007,85:235-252.

[22] 王紹強(qiáng),于貴瑞.生態(tài)系統(tǒng)碳氮磷元素的生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)特征[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2008,28(8):2938-2947.

[23] Güsewell S.N∶P ratios in terrestrial plants:variation and functional significance[J].New Phytologist,2004,164:243-266.

[24] 王晶苑,王紹強(qiáng),李紉蘭,等.中國四種森林類型主要優(yōu)勢(shì)植物的C∶N∶P化學(xué)計(jì)量學(xué)特征[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào),2011,35(6):587-595.

[25] 趙維俊,劉賢德,金銘,等.祁連山青海云杉林葉片-枯落物-土壤的碳氮磷生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征[J].土壤學(xué)報(bào),2016,53(2):477-489.

[26] Kang Hongzhang,Xin Zaijun,Breg B,et al.Global pattern of leaf litter nitrogen and phosphorus in woody plants[J].Annals of Forest Science,2010,67,811.

[27] McGroddy M,Daufresne T,Hedin L O.Scaling of C∶N∶P stoichiometry in forests worldwide:implications of terrestrial redfield-type ratios[J].Ecology,2004,85(9):2390-2401.

[28] 楊佳佳,張向茹,馬露莎,等.黃土高原刺槐林不同組分生態(tài)化學(xué)計(jì)量關(guān)系研究[J].土壤學(xué)報(bào),2014,51(1):133-142.

[29] 項(xiàng)文化,黃志宏,閆文德,等.森林生態(tài)系統(tǒng)碳氮循環(huán)功能耦合研究綜述[J].2006,26(7):2365-2372.

[30] 平川,王傳寬,全先奎.環(huán)境變化對(duì)興安落葉松氮磷化學(xué)計(jì)量特征的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2014,34(8):1965-1974.

[31] 賓振鈞,王靜靜,張文鵬,等.氮肥添加對(duì)青藏高原高寒草甸6個(gè)群落優(yōu)勢(shì)化學(xué)計(jì)量學(xué)特征的影響[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào),2014,38(3):213-237.

[32] 趙其國,王明珠,何園球.我國熱帶亞熱帶森林凋落物及其對(duì)土壤的影響[J].土壤,1991(1):8-15.

[33] 曾德慧,陳廣生.生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué):復(fù)雜生命系統(tǒng)奧秘的探索[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào),2005,29(6):1007-1019.

StoichiometricCharacteristicsofLitterandSoilsinWaterConservationForestsofKarstPlateauMountainousRegion

QIN Shiyi1,YU Yanghua2,XING Rongrong3,WANG Lu1

(1.SchoolofGeographyandEnvironmentalScience,GuizhouNormalUniversity,Guiyang550025,China;2.SchoolofKarstScience,GuizhouNormalUniversity,Guiyang550001,China;3.SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering,GuizhouUniversity,Guiyang550025,China)

It is helpful to understand the nutrient status by ascertaining stoichiometric characteristics of the litter and soil of water conservation forests in the rocky desertification area.In this paper,the forests ofPinusyunnanensis,BetulaluminiferaandPopulusalba,QuercusvariabilisandCorylusheterophylla,PopulusalbaandBetulaluminifera,RhododendronsimsiiandPopulusalbaandBetulaluminiferain the karst plateau mountainous were used to study the organic C,TN,TP stoichiometry and intrinsic association of litter and soil.The results show that soil organic C,TN and TP in Karst communities occurred primarily in the top 0～20 cm soil layer,at 25.02 mg/g C,1.56 mg/g N and 0.33 mg/g P,with ratios of 15.13 for C∶N,78.40 for C∶P and 5.17 for N∶P.The litter organic C,TN,TP content were estimated at 407.09 mg/g,16.07 mg/g,2.06 mg/g,and the corresponding C∶N,C∶P and N∶P were 25.67,212.87 and 8.38,respectively.In general,litter layer had higher C∶N,C∶P and N∶P than soil layer.There is a significant positive correlation between C∶P and N∶P in litter layer or soil layer,the correlation between soil C∶N and litter C∶N was negative.Besides,there was a significant negative correlation between soil C∶N and litter N∶P.Nutrition of N and P in soil is deficient,the litter has a clear structure of low C,high N and high P.The capacity of holding nutrient for soil is not strong.

water conservation forest,litter,soil,ecological stoichiometry,karst plateau mountain region

S153.1

A

1002-6622(2017)05-0066-08

2017-05-31；

2017-08-15

貴州省科技計(jì)劃項(xiàng)目“石漠化區(qū)抗凍耐旱型植被建植與恢復(fù)關(guān)鍵技術(shù)研究”(黔科合LH字〔2016〕7201號(hào))

秦仕憶(1994-),女,重慶江津人,主要從事退化生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)研究。Email:15885501304@163.com

喻陽華(1984-),男,貴州仁懷人,副教授,博士,主要從事植被適應(yīng)性修復(fù)研究。

Email:yuyanghua2003@163.com

10.13466/j.cnki.lyzygl.2017.05.012