延河流域不同立地条件下植物 枯落物 土壤 生态化学计量学 …

自然资源学报JOURNAL OF NATURAL RESOURCES

第30卷第10期

2015年10月V ol.30No.10Oct.,2015延河流域不同立地条件下植物-枯落物-土壤

生态化学计量学特征

向云1,4，程曼1，安韶山1,2*，曾全超2,3

（1.西北农林科技大学资源环境学院，陕西杨凌712100；2.中国科学院、教育部水土保持与生态环境研究

中心黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，陕西杨凌712100；3.中国科学院大学，

北京100049；4.山西省环境科学研究院，太原030000）

摘要：通过对黄土高原延河流域不同立地条件的植物、枯落物和土壤进行调查、取样和分析，选取不同立地条件下的共有植物达乌里胡枝子，研究了不同立地条件下共有植物-枯落物-土

壤的碳、氮、磷化学计量特征，以期探索不同立地条件中的元素迁移和转化。结果表明：1）土壤

碳氮比的平均值为10.88，土壤碳磷比和氮磷比的平均值分别为23.14和2.13。2）土壤碳氮比表

现为阳坡>阴坡、沟坡>峁坡，氮磷比无显著差异；共有植物碳氮比表现为阳坡>阴坡，峁坡>沟

坡，碳磷比和氮磷比为阴坡>阳坡，峁坡>沟坡；枯落物碳氮比表现为阳坡>阴坡，峁坡>沟坡；氮

磷比和碳磷比在不同立地条件中均表现为阴坡>阳坡，沟坡>峁坡。3）通过对不同立地条件下

植物-枯落物-土壤化学计量特征的探讨，得知沟坡条件下土壤有机碳累积速率相对高于峁坡，阳坡土壤有机碳固定大于阴坡，各立地条件中土壤全磷含量相对一致；在植物生长后期以及枯

落物分解过程中，阳坡和峁坡表现为氮素迁移转化相对强烈，阴坡和沟坡则有利于磷的迁移和

转化。

关键词：土壤；植物；枯落物；生态化学计量学；立地条件

中图分类号：S154

文献标志码：A 文章编号：1000-3037(2015)10-1642-11DOI ：10.11849/zrzyxb.2015.10.004

植物生长发育所需的养分主要来源于土壤，土壤对植物的生长具有非常重要的影响[1]。同时，植物在生长过程中通过光合作用固定碳，以枯落物分解和根系分泌的方式将养分归还于土壤中。枯落物及其分解过程是联系植被和土壤的纽带，植物-枯落物-土壤构成一个微观的生态系统，其中土壤养分供应量、植物养分需求量以及枯落物分解过程中养分的返还量的不断调节[2]，使植物-枯落物-土壤系统的养分含量具有明显的时空变化，但同时也增加了植物-枯落物-土壤中碳、氮、磷之间相关关系的复杂性。

生态化学计量学（Ecological Stoichiometry ）结合了生态学和化学计量学的基本原理，是研究生物系统能量平衡和多重化学元素平衡的科学，它是分析多重化学元素的质量平衡对生态过程相互影响的一种理论[3-4]，为探究不同生态系统中元素迁移和元素限制提供了有效手段。近年来，越来越多的研究工作者利用化学计量手段来研究土壤植物的元素

收稿日期：2014-09-10；修订日期：2015-04-23。

基金项目：国家自然科学基金面上项目（41171226）；新世纪优秀人才支持计划（NCET-12-0479）；国家自然科学基金重点基金（41030532）。

第一作者简介：向云（1987-），男，湖南澧县人，博士研究生，主要从事植被恢复与土壤的相互作用机制研究。E-mail:xy020824@

*通信作者简介：安韶山（1972-），男，研究员，主要从事土壤生态学、水土保持效益评价、流域生态与管理研究。E-mail:shan@

10期向云等：延河流域不同立地条件下植物-枯落物-土壤生态化学计量学特征

迁移[5-10]。但是将土壤-植物-枯落物作为一个微观的整体来研究其化学计量特征则相对较少。

黄土高原地形纵横交错，在流域尺度上，地形地貌是水热空间分异的重要影响因素，微域土壤环境条件与地上植被群落分布、群落的发育以及土壤的生产能力密切相关。为了明确不同立地条件中土壤-植物-枯落物间的元素迁移和转化，本研究通过对黄土高原延河流域草原区不同立地条件下土壤、植物和枯落物进行采样分析，研究不同立地条件下土壤、植物和枯落物碳、氮、磷以及化学计量比的变化格局，试图阐明不同立地条件对草原区土壤生态化学计量特征的影响，以期进一步认识草地生态系统中不同立地条件的微观形成、演化和物质循环过程。

1材料和方法

1.1研究区概况

本研究选取陕西省延河流域高家沟小流域作为研究区域，该研究区位于黄土高原延河上游干流区（37°12′31″~37°16′36″N，108°58′5″~109°2′52″E），属草原带（参考邹厚远对陕北黄土高原植被带的划分[11]），海拔1245~1634m，流域总面积27.31km2。年平均温度8.5℃，年降雨量343~475mm。土壤类型以黄绵土为主，间有少量典型黑垆土。土地利用以草地和耕地为主。

黄土丘陵沟壑区由于长期的侵蚀，地貌形态、坡度及土壤侵蚀程度存在垂直变化，这种侵蚀垂直分带性影响水分、热量和养分的分布，从而使植被组成和土壤养分在垂直分布上发生变化。根据黄土丘陵区坡沟侵蚀类型的不同，将研究区坡沟系统划分为5种不同土壤立地条件类型：阳沟坡、阳峁坡、峁顶、阴峁坡、阴沟坡（图1）。

1.2样品采集与测定

2012年8月在高家沟流域进行植被调查，经确认达乌里胡枝子（Lespedeza davurica L.）为小流域内不同立地条件下存在的共有植物。在流域内选取3个典型的梁峁，每个梁峁在阳沟坡、阳峁坡、峁顶、阴峁坡、阴沟坡分别设置1个样点，3个梁峁共15个样点。采样过程中由于条件所限，采样数量有所减少，实际样点为11个。在每个样点随机设置3个2m×2m的样方，在样方内选择5株长势相近的达乌里胡枝子，采集其植株的所有叶片，收集样方内所有地表枯落物分别装入牛皮纸袋中，并按“S”形选择5个点采取

土壤样品，采集0~10cm土层土样，混合均匀后装入塑料自封袋，带回室内进行全量养分（碳、氮、磷）的分析。表1中为采样点地理位置和植被信息。

所收集到的土壤、植物样品和枯落物带回室内。将土壤置于室内通风阴干后，仔细去除可见动植物残体，并研磨到0.149mm后进行全量测定。植物样品于烘箱中85℃下烘15 min后，70℃

下烘干至恒重，

图1沟坡系统的横截面

Fig.1The cross section of slope-gully system

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