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 system164330卷自然资源学报粉碎过100目筛后装袋保存。

枯落物样品直接在70℃下烘至恒重，粉碎过100目筛后装袋保存。

土壤、植物、枯落物的有机碳含量均采用重铬酸钾-外加热法测定，土壤中全氮含量采用凯氏定氮仪测定（KDY-9830，KETUO ），全磷采用高氯酸-硫酸消化-钼锑抗比色法进行测定（UV-2450紫外分光光度计）。

枯落物和植物中全氮、全磷采用H 2SO 4-H 2O 2消煮法，其中全氮采用凯氏定氮仪测定（KDY-9830，KETUO ），全磷采用钒钼黄比色法测定（UV-2450紫外分光光度计）。

1.3数据分析本研究中所有化学计量比为元素的摩尔比。

应用Excel 2003和SPSS 18.0软件对所有测定数据进行整理分析。

各统计数据均采用平均值及标准误差表示，采用One-Way ANOV A 对不同立地条件下土壤、植物和枯落物的化学计量比进行差异性检验。

2结果与分析2.1不同立地条件土壤-枯落物-植物养分分布特征表2为不同立地条件土壤-枯落物-共有植物（达乌里胡枝子）中有机碳、全氮、全磷含量分布。

土壤有机碳含量变化范围为3.79~6.07g ·kg -1，不同立地条件下土壤有机碳含量表现为：阳峁坡>峁顶>阴沟坡>阳沟坡>阴峁坡，且呈现显著性差异。

土壤全氮含量变化在0.45~0.65g ·kg -1之间，其中阳峁坡和峁顶相对较高，阴沟坡和阴峁坡相对次之，阳沟坡最低。

不同立地条件下土壤全磷含量比较稳定，分布在0.57~0.60g ·kg -1之间，不同立地条件之间无显著性差异。

阳沟坡植物有机碳含量最高，阴峁坡、峁顶、阳峁坡次之，阴沟坡最低。

植物全氮含量分布在22.13~33.06g ·kg -1之间，且因立地条件不同存在显著差异，阴峁坡植物全氮含量最高，峁顶最低。

不同立地条件下植物全磷在阳沟坡含量最高，为3.42g ·kg -1之间，其他立地条件分布在1.69~2.39g ·kg -1之间，且无显著性差异。

枯落物中的有机碳、全氮、全磷含量明显高于土壤。

枯落物中有机碳含量分布在337.09~367.70g ·kg -1之间，不同立地条件之间无显著性差异。

不同立地条件中枯落物的表1各采样点地理位置和植被信息Table 1Geographic information and vegetation situation ofsites 164410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全氮含量呈现显著性差异，变化在6.86~10.94g ·kg -1之间，表现为阴沟坡>峁顶>阳沟坡>阴峁坡>阳峁坡。

阴沟坡枯落物全磷含量最低，为1.84g ·kg -1，阳沟坡、阳峁坡、峁顶、阴峁坡分别比阴沟坡枯落物全磷含量高0.77、1.10、0.45、0.32g ·kg -1。

2.2不同立地条件土壤生态化学计量特征如图2所示，不同立地条件下0~10cm 土层土壤碳氮比为9.02~12.30，平均值为表2不同立地条件下土壤-植物-枯落物养分分布特征Table 2The nutrient characteristics of soil,plant and litter under different siteconditions注：不同小写字母表示不同立地条件存在显著差异。

下同。

图2不同立地条件下土壤化学计量比Fig.2Soil stoichiometry under different site conditionss164530卷自然资源学报10.88，变异系数为1.22；土壤碳磷比为17.18~27.51，平均值为23.14，变异系数为4.01；土壤氮磷比为1.75~2.53，平均值为2.13，变异系数为0.33。

不同立地条件下土壤生态化学计量比呈现较显著差异。

阳沟坡和阴沟坡土壤碳氮比最大，阳峁坡、峁顶相对次之，阴峁坡最低。

土壤碳磷比表现为：阳峁坡、峁顶和阴沟坡相对较高，且两两之间无显著差异，阳沟坡次之，阴峁坡最小。

不同立地条件下土壤氮磷比无显著性差异。

2.3不同立地条件共有植物生态化学计量特征如图3所示，不同立地条件下共有植物化学计量比高于土壤化学计量比。