趙云飛, 洪苗苗, 歐延升, 黃政, 張洋洋, 汪霞,2,*

?

青藏高原東部山地草地土壤碳、氮、磷元素計(jì)量特征

趙云飛1, 洪苗苗1, 歐延升1, 黃政1, 張洋洋1, 汪霞1,2,*

1. 蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院, 蘭州 730000 2. 蘭州大學(xué)西部環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 蘭州 730000

以青藏高原東部山地草地作為研究對(duì)象, 分析了0—30 cm土壤層有機(jī)碳(C)、全氮(N)、全磷(P)化學(xué)計(jì)量特征, 并探討其與緯度、海拔、年均氣溫、年降水量、干旱因子之間的關(guān)系。結(jié)果表明: (1)在土壤垂直剖面上, 土壤C、N含量變異性較大, 表層土壤含量高于底層; 土壤P含量垂直變異性較小, 各土壤層間沒有顯著差異; 土壤C:N變化范圍為7.52—18.47、均值為11.62, 比較穩(wěn)定, 各土壤層間沒有顯著差異; 土壤C:P變化范圍為22.86—156.76, 均值為62.06, N:P變化范圍 1.02—9.92, 均值為4.85, C:P和 N:P比值隨土層加深顯著降低。(2)土壤C含量與N含量極顯著正相關(guān)(<0.01), 隨海拔、年降水量、干旱指數(shù)的增大而增大, 而隨年均氣溫的增加而降低; 土壤P與環(huán)境因子沒有顯著關(guān)系。(3)土壤C、N、P含量及其比值在緯度梯度上沒有規(guī)律性變化。土壤C:P和 N:P比值隨海拔的升高而增大, 說明在青藏高原東部沿緯度分布的山地草地中土壤磷有效性隨海拔的升高而降低; C:N比值相對(duì)穩(wěn)定, 受環(huán)境因子的影響較小。

青藏高原; 山地草地; 碳氮磷; 化學(xué)計(jì)量學(xué)特征; 氣候因子; 地理因子

1 前言

生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)結(jié)合了化學(xué)、物理學(xué)和生物學(xué)等學(xué)科的基本原理, 包括了化學(xué)計(jì)量學(xué)和生態(tài)學(xué)的基本原理[1], 可以將生物學(xué)科不同層次、不同領(lǐng)域的研究理論統(tǒng)一起來[2], 逐漸成為研究生態(tài)系統(tǒng)能量及元素平衡的重要學(xué)科, 為研究生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)提供了一種新的思路和方法[3]。生態(tài)系統(tǒng)碳(C)、氮(N)、磷(P)元素的循環(huán)是全球氣候變化研究熱點(diǎn)之一, 并且C、N、P在生態(tài)系統(tǒng)間的循環(huán)過程是相互耦合的[4–6], 某一元素的改變將影響生態(tài)系統(tǒng)中相關(guān)元素的周轉(zhuǎn)循環(huán)過程。土壤C、N、P受氣候、地理等因素的影響, 因而具有較高的變異性[7]。降水和溫度的綜合作用決定了陸地土壤碳分布的地理地帶性[8–9]。曹宏杰等[10]的研究發(fā)現(xiàn)東北地區(qū)土壤有機(jī)碳、全氮與氣候因素之間存在良好的相關(guān)性。緯度的變化是導(dǎo)致溫度、降水、光照等差異的主要因素, 黃土高原地區(qū)土壤碳氮磷計(jì)量學(xué)特征與緯度存在相關(guān)性[11]。目前青藏高原東部生態(tài)計(jì)量學(xué)特征研究主要集中在不同類型土壤碳氮磷分布規(guī)律及植物碳氮磷分配格局等方面[12–15], 而關(guān)于山地草地土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征與環(huán)境因子關(guān)系的研究, 鮮有報(bào)道。

青藏高原約占我國陸地面積的26.8%[16], 具有海拔高、氣溫相對(duì)較低、太陽輻射較強(qiáng)等地理氣候特征, 使其成為全球變化的脆弱區(qū)和敏感區(qū)[17], 同時(shí)也是研究生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球氣候變化響應(yīng)和適應(yīng)的天然實(shí)驗(yàn)室[18]。青藏高原東部邊緣是青藏高原與黃土高原過渡帶, 氣候與地理特征獨(dú)特, 山地草地是其主要植被類型之一。本研究選擇青藏高原東部山地草地, 在經(jīng)度基本相同下, 并由北向南設(shè)置不同緯度梯度的采樣點(diǎn), 研究青藏高原東部山地草地土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)特征與環(huán)境因子之間的關(guān)系, 在區(qū)域尺度上, 揭示山地草地土壤碳氮磷生態(tài)化學(xué)計(jì)量的變化規(guī)律, 并闡明土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量與環(huán)境因子的關(guān)系, 為青藏高原東部山地草地管理保護(hù)提供重要參考。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)概況

本研究區(qū)由南向北分別涉及四川省丹巴縣、小金縣、金川縣、馬爾康縣、紅原縣、若爾蓋縣及甘肅省的瑪曲縣、碌曲縣(圖1), 位于青藏高原的東部(30°51′—34°10′N, 101°52′—102°37′E), 海拔2500—4300 m; 年均降水量550—780 mm, 主要分布在7—9月; 年平均氣溫–1 ℃—10.0 ℃, 1月均溫–10.0 ℃, 7月均溫11.5 ℃ , 生長季最高氣溫23.6—28.9 ℃ ; 年平均霜期少于270天。植被主要包括莎草科、禾本科植物及多種其它科屬雙子葉植物[14]。

2.2 野外采樣和分析

于2016年8月野外調(diào)查, 在青藏高原東部沿相同經(jīng)度設(shè)計(jì)12個(gè)山地草地采樣點(diǎn), 采集土壤樣品, 每個(gè)樣點(diǎn)隨機(jī)設(shè)置3個(gè)2 m×2 m的樣方, 并記錄樣點(diǎn)的經(jīng)緯度、海拔和樣方的基本信息, 同時(shí)按對(duì)角線法, 在每個(gè)樣方內(nèi), 用土鉆采集3個(gè)點(diǎn)土壤樣品, 每鉆按0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm將土樣分層混合均勻, 放入自封袋中, 帶回實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干。

風(fēng)干土壤樣品, 揀出碎石、植物殘?bào)w等雜物, 研磨, 用四分法取研磨樣品, 過100目篩, 用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定土壤有機(jī)碳(C), 全氮(N)采用CuSO4– K2SO4–Se(100:1:1)消化, 全磷(P)采用HClO4–H2SO4消化, 全自動(dòng)化學(xué)分析儀(Smartchem 200)測(cè)定土壤全氮和全磷含量[19]。

圖 1 研究樣點(diǎn)分布圖

2.3 氣象數(shù)據(jù)的獲取

氣象數(shù)據(jù)是通過全球氣候數(shù)據(jù)網(wǎng)站(http:// worldclim.org)獲取[20], 然后通過樣點(diǎn)的經(jīng)緯度, 獲得1970—2000年的30年的每月降水、氣溫平均值, 本文采用的是年降水量、年平均氣溫兩個(gè)指標(biāo)。干旱指數(shù)可以表示有效降水量、土壤水分有效性。

干旱指數(shù)的計(jì)算:

式中,是為年累計(jì)降水(mm),為年平均溫度(℃)[21]。

2.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS22.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析, 用單因素方差(One-way ANOVA)和多重比較(LSD)分析不同土層C、N、P含量及C:N:P比值的顯著差異; 用Pearson相關(guān)分析, 檢驗(yàn)土壤C、N、P含量、C:N:P比值及環(huán)境因子的之間的相關(guān)性。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同土層C、N、P含量及化學(xué)計(jì)量特征

對(duì)整個(gè)研究區(qū)山地草地不同土層的C、N、P含量及C:N:P生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征進(jìn)行分析(表1)。土壤C、N、P含量在0—10 cm 的平均值分別為(27.38± 14.69) g·kg–1、(2.46±1.15) g·kg–1和(0.55±0.23) g·kg–1。C、N含量隨著土層深度的增加而降低, 土壤C含量在0—10 cm 與20—30 cm 土層之間存在顯著性差異(<0.05), 土壤P含量在不同土層間不存在顯著性差異(>0.05)。不同土層的C、N、P含量變異系數(shù)介于0.3—0.6之間, 屬中等變異(表1)。

C:N、C:P、N:P的比值變化范圍分別為7.52—18.47、12.86—156.76和1.02—9.92, 其0—10 cm土層的均值分別為11.62±3.53、62.06±33.46和4.85±2.56。隨著土層的加深, C:P和 N:P呈減少的趨勢(shì), C:P在0—10 cm 與10—20 cm 和20—30 cm 土層存在顯著性差異(<0.05), N:P在0—10 cm 與20—30 cm 土層之間存在顯著性差異(<0.05), C:N在不同土層間不存在顯著性差異(>0.05)。C:P、N:P的變異系數(shù)隨著土壤深度的加深, 呈減小趨勢(shì)(表1)。

3.2 不同土層C、N、P含量及化學(xué)計(jì)量特征與氣候因子的關(guān)系

如圖2所示, 0—30 cm 三個(gè)土層土壤C含量與年降水量顯著正相關(guān), 而與年平均氣溫顯著負(fù)相關(guān)(<0.05); 0—30 cm 三個(gè)土層土壤N含量與年降水量線性正相關(guān), 0—10、10—20 cm 土層土壤N含量與年平均氣溫線性負(fù)相關(guān); 0—30 cm 三個(gè)土層土壤P含量與年降水、年均氣溫不存在顯著相關(guān)性(>0.05, 圖2)。0—30 cm 土層土壤中, 只有20—30 cm 土層的C:P與年降水量線性正相關(guān), 與年均氣溫線性負(fù)相關(guān)(<0.05, 圖3)。

表1 不同土層深度C、N、P及C:N:P比值的統(tǒng)計(jì)學(xué)參數(shù)

注: 同一列數(shù)值后的不同小寫字母表示不同土層測(cè)定指標(biāo)在0.05水平上差異顯著。

3.3 土壤C、N、P含量、化學(xué)計(jì)量特征及環(huán)境因子的相關(guān)性分析

對(duì)0—20cm土壤C、N、P含量及C:N:P比值進(jìn)行相關(guān)分析(表2)。土壤C含量與N含量、C:P比值均極顯著正相關(guān)(<0.01), 與N:P比值顯著正相關(guān)(<0.05)與其它指標(biāo)不存在顯著相關(guān)性; 土壤N含量與C 含量、P含量顯著正相關(guān), 與C:N:P比值不存在顯著相關(guān)性(>0.05); 土壤P含量與N含量顯著正相關(guān), 與C含量、C:N:P比值不存在顯著相關(guān)性(>0.05); C:N:P比值中, 只有C:P比值與N:P比值極顯著正相關(guān), 其它指標(biāo)間不存在顯著相關(guān)性。

注: 圖(a)、(b)、(c)分別表示0—30 cm三個(gè)土層土壤碳、氮、磷含量土層與年降水量的關(guān)系; 圖(d)、(e)、(f)分別表示0—30 cm三個(gè)土層土壤碳、氮、磷含量與年平均氣溫的關(guān)系。

注: 圖(a)、(b)、(c)分別表示0—30 cm三個(gè)土層C:N、C:P、N:P與年降水量的關(guān)系; 圖(d)、(e)、(f)分別表示0—30 cm三個(gè)土層 C:N、C:P、N:P與年平均氣溫的關(guān)系。

對(duì)0—20 cm土壤C、N、P含量及C:N:P比值與緯度、海拔、干旱指數(shù)進(jìn)行了Pearson相關(guān)分析表明(表2): 土壤C、N、P含量、C:N:P比值、年均溫、年降水、海拔與緯度均不存在顯著相關(guān)性。C含量、N含量、C:P比值、N:P比值、年降水與海拔顯著正相關(guān)(<0.05), 年均溫度與海拔極顯著負(fù)相關(guān)(<0.01), P含量、C:N比與海拔不存在顯著相關(guān)性。C、N含量與干旱指數(shù)極顯著正相關(guān)(<0.01), P含量、C:N:P比值與干旱指數(shù)不存在顯著相關(guān)性; 干旱指數(shù)與海拔極顯著正相關(guān)(<0.01)。

4 討論

4.1 不同土層C、N、P含量及化學(xué)計(jì)量特征

調(diào)查發(fā)現(xiàn)青藏高原東部山地草地土壤C、N、P的含量在0—10 cm土層的平均值分別為(27.38± 14.69) g·kg–1、(2.46±1.15) g·kg–1和(0.55±0.23) g·kg–1, 普遍低于青藏高原灌叢土壤表層C、N、P含量[22], 并且C、N含量隨著土壤深度的加深, 呈下降趨勢(shì), 這已經(jīng)被很多研究證明[11,23]; 土壤P含量在土壤剖面上垂直變異小, 分布比較穩(wěn)定[24]。C、N、P來源可能是造成這種垂直分布格局的主要原因, 土壤C主要來源于植被凋落物、動(dòng)物及微生物殘?bào)w, 土壤N主要來源于氮沉降以及凋落物合成的有機(jī)質(zhì), 土壤磷主要來源于母巖風(fēng)化[25], 即土壤C、N首先在土壤表層密集, 然后隨各種介質(zhì)向下遷移擴(kuò)散, 形成了土壤C、N隨深度增加而降低的分布格局, 而土壤P是一種沉積性元素, 巖石風(fēng)化又是一個(gè)漫長的過程, 且風(fēng)化程度在0—60 cm土層差異不大[11], 因此土壤P的空間變異性小。

表2 土壤(0—20 cm) C、N、P及C:N:P比值及環(huán)境因子的相關(guān)性分析

注: *<0.05; **<0.01。

土壤C、N、P比值是反映土壤碳氮磷元素循環(huán)的重要指標(biāo)[1], 同時(shí), 又是碳氮磷固持作用和礦化作用的指標(biāo)[26–27], 也是C、N、P有效性預(yù)測(cè)重要指標(biāo)[28]。本研究發(fā)現(xiàn)本研究區(qū)土壤的C:N比值與中國陸地、全球陸地土壤的C:N比值基本一致, 而C:P、N:P比值低于中國陸地土壤和全球草地土壤[29–30]。C:P和 N:P比值, 隨土壤深度加深而降低, 這可能是C、N含量隨土壤深度的增加而降低, 而P含量相對(duì)穩(wěn)定導(dǎo)致的。土壤C:N在各土層不存在顯著差異, 這表明土壤碳和氮的垂直分布具有一致性。

4.2 環(huán)境因子對(duì)C、N、P含量及化學(xué)計(jì)量特征的影響

Post[31]和Lee[32]等認(rèn)為土壤C含量隨著溫度降低和年降水的增加而增加, 張鵬等[33]認(rèn)為土壤Ｎ含量隨著溫度降低和年降水的增加而增加。本研究結(jié)果與上述結(jié)果基本相同, 即土壤C、Ｎ含量隨著溫度降低而線性增加、隨著年降水量增加而線性增加。本研究中土壤C、N含量隨著海拔的升高而增加, 這與張鵬等[33]在祁連山北麓山地得到的土壤N、P含量隨海拔的升高而增加結(jié)果一致; 與李相楹等[34]在梵凈山得出土壤N與海拔顯著正相關(guān), 土壤C隨海拔的升高呈先增加后下降的趨勢(shì)結(jié)果, 部分一致。海拔是生態(tài)環(huán)境因子的綜合體現(xiàn), 可以影響植被生產(chǎn)力、土壤水分和溫度等理化性質(zhì), 進(jìn)而影響進(jìn)入土壤中的有機(jī)物量和微生物的分解轉(zhuǎn)換速率。在本研究區(qū), 隨著海拔的增加, 年均氣溫降低, 降水量增加(表2), 微生物活性降低, 植物凋落物、動(dòng)物和微生物殘?bào)w分解速率下降, 土壤有機(jī)碳氮礦化速率減緩, 從而促進(jìn)土壤碳氮累積。

土壤C、N含量與緯度沒有顯著關(guān)系, 這與丁小慧等[35]在呼倫貝爾草地得到的土壤C、N含量隨著緯度梯度增加而降低趨勢(shì)不一致, 也與李婷等[11]在黃土高原得到的土壤C、N含量隨著緯度梯度增加而呈指數(shù)減小趨勢(shì)的結(jié)果不一致, 這可能與本研究區(qū)氣候有關(guān), 即隨著緯度梯度的變化, 降水、氣溫、海拔沒有規(guī)律性變化。土壤C、N含量與干旱指數(shù)極顯著正相關(guān), 這與Lee[32]在東中亞得到的土壤C、N含量與干旱指數(shù)正相關(guān)結(jié)果一致。干旱指數(shù)是降水和氣溫的綜合體現(xiàn), 與降水顯著正相關(guān), 與氣溫顯著負(fù)相關(guān), 所以隨著干旱指數(shù)的增大, 土壤C、N含量增加。

歐勇勝[36]等認(rèn)為土壤P含量, 隨著海拔的增高而增加; 姜沛沛[37]等認(rèn)為土壤P含量隨著海拔、緯度的增加和年降水、年均溫度的降低而增加; 張向茹等[38]發(fā)現(xiàn)在黃土高原研究區(qū), 土壤的全磷含量隨緯度梯度的升高呈先增加后減小的變化趨勢(shì)。本研究中土壤P含量與地理因素海拔、緯度和氣候因子氣溫、降水都不存在相關(guān)性, 與上述研究結(jié)果不一致。這與邱揚(yáng)等[39]得到的全磷在整個(gè)空間中的分布較為均勻的研究結(jié)果大致相同, 土壤母質(zhì)是土壤磷的主要來源, 磷元素是一種沉積性礦物, 在土壤中磷素的遷移率低, 所以P含量在短時(shí)期內(nèi)是相對(duì)穩(wěn)定的, 隨環(huán)境變化較小[40]。

本研究中土壤C:N比值與環(huán)境因子降水、氣溫、海拔、緯度、干旱指數(shù)均不存在相關(guān)性, 這與Tian和Yang等[29,41]對(duì)全國碳氮比值研究結(jié)果一致。雖然C、N含量空間變異較大, 但是土壤C:N比值較為穩(wěn)定。通過C、N相關(guān)性分析, 發(fā)現(xiàn)C與N含量極顯著正相關(guān)(表2), 這說明隨著環(huán)境因子變化, C、N有相同的變化趨勢(shì), 所以碳氮比值有相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)果, 這符合生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征。本研究中土壤C:P和N:P比值均隨海拔高度的上升而增加, 這與李相楹等[34]在梵凈山的研究結(jié)果大致相同。高海拔地區(qū), 降雨較大, 溫度較低, 從而促進(jìn)了土壤碳氮的累積, 但是土壤磷的風(fēng)化和淋溶作用較強(qiáng), 不利于磷素的累積[42], 較低的C:P比值是磷有效性高的指標(biāo)之一[1], 表明本研究區(qū)土壤磷有效性隨海拔的升高而降低。

5 結(jié)論

對(duì)青藏高原東部山地草地土壤研究表明, 土壤C、N含量垂直變異性較大, 表層土壤含量高于底層, 土壤P含量垂直變異性較小, 各土壤層間沒有顯著差異。土壤C:N比較穩(wěn)定, 各土壤層間沒有顯著差異, 土壤C:P和 N:P比值隨土層加深顯著降低。土壤C含量與N含量極顯著正相關(guān), 隨海拔、年降水量、干旱指數(shù)的增大而增大, 而隨年均氣溫的增加而降低。土壤C:P和 N:P比值隨海拔的升高而增大, 與其它環(huán)境因子沒有顯著相關(guān)性, 說明在本研究區(qū)沿緯度分布的山地草地土壤磷有效性隨海拔的升高而降低。

[1] 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): 3937–3947.

[2] 程濱, 趙永軍, 張文廣, 等. 生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2010, 30(6): 1628–1637.

[3] 邢偉, 吳昊平, 史俏, 等. 生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)理論的應(yīng)用、完善與擴(kuò)展[J]. 生態(tài)科學(xué), 2015, 34(1): 190–197.

[4] SUN Peiying, LI Xiuzhen, GONG Xiaoling, et al. Carbon, nitrogen and phosphorus ecological stoichiometry of Lateolabrax macultus, and Acanthogobius ommaturus, in the Estuary of Yangtze River, China[J]. Acta Ecologica Sinica, 2014, 34(4): 196–203.

[5] SUGIHARA S, SHIBATA M, Ze A D M, et al. Effects of vegetation on soil microbial C, N, and P dynamics in a tropical forest and savanna of Central Africa[J]. Applied Soil Ecology, 2015, 87: 91–98.

[6] HAN Wenxuan, FANG Jingyun, GUO Dali, et al. Leaf nitrogen and phosphorus stoichiometry across 753 terrestrial plant species in China[J]. New Phytologist, 2005, 168(2): 377.

[7] 李丹維, 王紫泉, 田海霞, 等. 太白山不同海拔土壤碳、氮、磷含量及生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2017, 54(1): 160–170.

[8] ESWARAN H, BERG E V D, REICH P. Organic Carbon in Soils of the World[J]. Soil Science Society of America Journal, 1993, 90(4): 269–73.

[9] 代杰瑞, 龐緒貴, 曾憲東, 等. 山東省土壤有機(jī)碳密度的空間分布特征及其影響因素[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2015, 28(9): 1449–1458.

[10] 曹宏杰, 汪景寬, 李雙異, 等. 水熱梯度變化及不同施肥措施對(duì)東北地區(qū)土壤有機(jī)碳、氮影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào), 2007, 21(4): 122–125.

[11] 李婷, 鄧強(qiáng), 袁志友, 等. 黃土高原緯度梯度上的植物與土壤碳、氮、磷化學(xué)計(jì)量學(xué)特征[J]. 環(huán)境科學(xué), 2015(8): 2988–2996.

[12] 劉順, 羅達(dá), 劉千里, 等. 川西亞高山不同森林生態(tài)系統(tǒng)碳氮儲(chǔ)量及其分配格局[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2017, 37(4): 1074–1083.

[13] 王建林, 鐘志明, 王忠紅, 等. 青藏高原高寒草原生態(tài)系統(tǒng)土壤碳磷比的分布特征[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2013, 34(12): 6678–6691.

[14] 顧振寬, 杜國禎, 朱煒歆, 等. 青藏高原東部不同草地類型土壤養(yǎng)分的分布規(guī)律[J]. 草業(yè)科學(xué), 2012, 29(4): 507–512.

[15] 賀合亮, 陽小成, 李丹丹, 等. 青藏高原東部窄葉鮮卑花碳、氮、磷化學(xué)計(jì)量特征[J]. 植物生態(tài)學(xué)報(bào), 2017, 41(1): 126–135.

[16] 張鐿鋰, 李炳元, 鄭度. 論青藏高原范圍與面積[J]. 地理研究, 2002, 21(1): 1–8.

[17] 劉曉東, 康興成. 青藏高原當(dāng)代氣候變化特征及其對(duì)溫室效應(yīng)的響應(yīng)[J]. 地理科學(xué), 1998, 18(2): 113–121.

[18] 孫鴻烈. 青藏高原形成演化與發(fā)展[M]. 廣州: 廣東科技出版社, 1998.

[19] 魯如坤. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)科技出版社, 2000.

[20] HIJMANS R J, CAMERON S E, PARRA J L, et al. Very high resolution interpolated climate surfaces for global land areas[J]. International Journal of Climatology, 2005, 25(15): 1965–1978.

[21] BOTZAN T M, MARINO M A, NECULA A I. Modified de Martonne aridity index: Application to the Napa Basin,California[J]. Physical Geography, 1998, 19(1): 55–70.

[22] 賀合亮, 陽小成, 王東, 等. 青藏高原東部窄葉鮮卑花灌叢土壤C、N、P生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)特征[J]. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào), 2015, 21(6): 1128–1135.

[23] 張宏斌, 孟好軍, 趙維俊, 等. 黑河流域中游蘆葦濕地土壤碳垂直分布特征[J]. 生態(tài)科學(xué), 2016(2): 123–127.

[24] 劉興華, 陳為峰, 段存國, 等. 黃河三角洲未利用地開發(fā)對(duì)植物與土壤碳、氮、磷化學(xué)計(jì)量特征的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào), 2013, 27(2): 204–208.

[25] 李博, 楊持, 林鵬.生態(tài)學(xué)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2000.

[26] DISE N B, MATZNER E, FORSIUS M. Evaluation of organic horizon C: N ratio as an indicator of nitrate leaching in conifer forests across Europe[J]. Environmental Pollution, 1998, 102(1): 453–456

[27] GUNDERSEN P, CALLESEN I, VRIES W D. Nitrate leaching in forest ecosystems is related to forest floor C/N ratios[J]. Environmental Pollution, 1998, 102(1): 403–407.

[28] TESSIER J T, RAYNAL D J. Use of nitrogen to phosphorus ratios in plant tissue as an indicator of nutrient limitation and nitrogen saturation[J]. Journal of Applied Ecology, 2003, 40(3): 523–534.

[29] 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(1): 139–151.

[30] CLEVELAND C C, LIPTZIN D. C: N: P stoichiometry in soil: is there a “Redfield ratio” for the microbial biomass? [J]. Biogeochemistry, 2007, 85(3): 235–252.

[31] POST W M, EMANUEL W R, ZINKE P J, et al. Soil carbon pools and world life zones[J]. Nature, 1982, 298(5870): 156–159

[32] LEE Xinqing, HUANG Yimin, HUANG Daikuai, et al. Variation of Soil Organic Carbon and Its Major Constraints in East Central Asia[J]. Plos One, 2016, 11(3): e0150709.

[33] 張鵬, 張濤, 陳年來.祁連山北麓山體垂直帶土壤碳氮分布特征及影響因素[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2009, 20(3): 518–524.

[34] 李相楹, 張維勇, 劉峰, 等. 不同海拔高度下梵凈山土壤碳、氮、磷分布特征[J]. 水土保持研究, 2016, 23(3): 19–24.

[35] 丁小慧. 呼倫貝爾草地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)特征研究[M]. 北京: 中國科學(xué)院研究生院, 2011.

[36] 歐勇勝, 張世熔, 余瓊, 等. 橫斷山北部生態(tài)脆弱區(qū)土壤磷素空間分布特征[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2005, 25(10): 2776–2781.

[37] 姜沛沛, 曹揚(yáng), 陳云明, 等. 陜西省3種主要樹種葉片、凋落物和土壤N、P化學(xué)計(jì)量特征[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2017, 37(2): 443–454.

[38] 張向茹, 馬露莎, 陳亞南, 等.黃土高原不同緯度下刺槐林土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)特征研究[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2013, 50(4): 818–825.

[39] 邱揚(yáng), 傅伯杰, 王軍, 等. 黃土高原小流域土壤養(yǎng)分的時(shí)空變異及其影響因子[J]. 自然科學(xué)進(jìn)展, 2004, 14(3): 294–299.

[40] SHAVER G R. Plant nutrient–acquisition strategies change with soil age[J]. Trends in Ecology & Evolution, 2008, 23(2): 95.

[41] YANG Y H, FANG J Y, GUO D L, et al. Vertical patterns of soil carbon, nitrogen and carbon: nitrogen stoichiometry in Tibetan grasslands[J]. Cancer epidemiology, biomarkers & prevention, 2010, 9(6): 631–3.

[42] ZHANG Chi, TIAN Hanqin, LIU Jiyuan, et al. Pools and distributions of soil phosphorus in China[J]. Global Biogeochemical Cycles, 2005, 19(1): 347–354.

The stoichiometric characteristics of soil C, N, P in mountain steppe of eastern Tibetan Plateau

ZHAO Yunfei1, HONG Miaomiao1, OU Yansheng1, ZHANG Yangyang1, WANG Xia1,2,*

1. College of Earth and Environmental Sciences, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China 2. Key Laboratory of Western China’s Environmental Systems with the Ministry of Education, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China

To explore the relationship between soil stoichiometric characteristics and latitude, altitude, mean annual temperature, mean annual precipitation and aridity index in mountain steppe, the study collected soil samples from mountain steppe of eastern Tibetan Plateau. The experiments of soil organic carbon (C), total nitrogen (N) and total phosphorus (P) were carried in the laboratory. The results showed that C and N content had larger variability in vertical soil profiles, and the contents of it in the surface soil were higher than in the sub-layer. The P content had slight variability in vertical soil profiles and had no significant difference in different soil layers. The soil C: N ratio was relatively stable in the range of 7.52-18.47 and averaged 11.62. The C: P ratio ranged from 22.86 to 156.76 and averaged 62.06. N: P ratio ranged from 1.02 to 9.92 and averaged 4.85. C: P ratio and N: P ratio were shown to decrease with the soi1 depth. The soil C content was a significant correlation with N content (<0.01), and their variations were consistent. Soil C and N increased with altitude, mean annual precipitation and aridity index, and decreased with mean annual temperature while soil P content was not correlated with environmental factors. The study concluded that there was no significant correlation between C, N, P and their ratios and latitude. Soil C: N ratio was relatively stable, and was not correlated with environmental factors (>0.05). Soil C: P and N: P ratio decreased with altitude, which indicated that soil P availability decreased with altitude in this research area.

Tibetan Plateau; mountain steppe; CNP; stoichiometric characteristics; geographical factors; climate factors

10.14108/j.cnki.1008-8873.2018.05.004

S153.6

A

1008-8873(2018)05-025-08

2017-07-03;

2017-08-11

國家自然科學(xué)基金(NSFC41572332); 科技部基礎(chǔ)資源調(diào)查專項(xiàng)(SQ2016FY491000803)

趙云飛(1992—), 男, 山西大同人, 碩士研究生, 主要從事土壤生態(tài)研究, E-mail: zhaoyf2016@lzu.edu.cn

通信作者:汪霞, 女, 副教授, 從事環(huán)境土壤學(xué)研究, E-mail: wangxia@lzu.edu.cn

趙云飛, 洪苗苗, 歐延升, 等. 青藏高原東部山地草地土壤碳、氮、磷元素計(jì)量特征[J]. 生態(tài)科學(xué), 2018, 37(5): 25-32.

ZHAO Yunfei, HONG Miaomiao, OU Yansheng, et al. The stoichiometric characteristics of soil C, N, P in mountain steppe of eastern Tibetan Plateau[J]. Ecological Science, 2018, 37(5): 25-32.