張億艷

（福建省三明市林業(yè)局，福建 三明365500）

氮、磷、鉀是植物需求量大且土壤中含量相對(duì)較少的元素，是植物生長(zhǎng)的限制性養(yǎng)分元素［1-2］，碳（C）則是結(jié)構(gòu)性物質(zhì)，碳、氮、磷和鉀均在生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)和能量循環(huán)以及多元素平衡過(guò)程中發(fā)揮著重要作用［3］。海拔作為重要的地形因子，其變化會(huì)對(duì)區(qū)域氣候、環(huán)境和土壤養(yǎng)分等產(chǎn)生明顯的影響［4-6］。有研究表明，隨著海拔梯度的升高，土壤養(yǎng)分含量會(huì)發(fā)生變化，如氮、磷含量的明顯下降，有機(jī)質(zhì)含量增加等［7-8］，也即海拔變化會(huì)引起土壤養(yǎng)分含量及其化學(xué)計(jì)量特征發(fā)生明顯的改變。因而研究土壤C、N、P和K含量及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量比的變化規(guī)律對(duì)于揭示土壤養(yǎng)分的可獲得性、養(yǎng)分元素的循環(huán)和平衡機(jī)制、生態(tài)系統(tǒng)健康狀況均具有重要理論意義［9-10］。

苦竹（Pleioblastus amarus）隸屬大明竹屬，地下莖復(fù)軸混生型，中型竹，是優(yōu)良的筍材兼用竹種，竹材可制作工藝品、樂(lè)器等，其筍味苦，具清熱解毒、去火利便的功效，并兼有減肥、降壓之功能［11-12］。特別是近年來(lái)，保健類(lèi)食品日益受到人們的青睞，苦竹筍市場(chǎng)需求量日益增長(zhǎng)，福建、浙江等地已經(jīng)對(duì)苦竹資源進(jìn)行了規(guī)模化開(kāi)發(fā)利用，但總體而言，多屬粗放經(jīng)營(yíng)狀態(tài)?？嘀窳滞寥鲤B(yǎng)分的研究多見(jiàn)于施肥［13-14］、土壤呼吸［15-16］、酶活性［17-18］及碳、氮組分［18-19］的變化特征等，而不同海拔梯度苦竹林土壤養(yǎng)分含量及其化學(xué)計(jì)量比的變化規(guī)律研究尚未見(jiàn)報(bào)道。研究以福建省沙縣粗放經(jīng)營(yíng)水平的3個(gè)海拔梯度的苦竹林為對(duì)象，測(cè)定了林地土壤養(yǎng)分全量及速效養(yǎng)分含量，分析了土壤養(yǎng)分含量及其化學(xué)計(jì)量比在海拔梯度上的變化規(guī)律，試圖闡明苦竹林土壤養(yǎng)分化學(xué)計(jì)量特征的海拔梯度效應(yīng)，為試驗(yàn)區(qū)苦竹林高效培育提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于福建省沙縣夏茂鎮(zhèn)的雪峰山區(qū)域（26°29′～26°40′N(xiāo)，117°32′～117°46′E）。年平均氣溫19.5℃，極端高溫40.6℃，極端低溫-8.3℃，年平均降水量1 529 mm，雨季主要集中在5月到8月。土壤為紅壤，土層厚度50 cm以上。該區(qū)域土地利用類(lèi)型和植被分布海拔間差異較為明顯，山上部區(qū)域（海拔800 m以上）主要為針闊混交林，中部區(qū)域（海拔200～800 m）以苦竹林為主，山下部區(qū)域（海拔200 m以下）主要為農(nóng)田。試驗(yàn)區(qū)苦竹林資源豐富，全鎮(zhèn)有苦竹林面積800 hm2以上，以筍材兼用林經(jīng)營(yíng)類(lèi)型為主，經(jīng)營(yíng)粗放，主要實(shí)施季節(jié)性留筍養(yǎng)竹和選擇性伐竹措施，不進(jìn)行林地墾復(fù)和施肥等措施。

1.2 試驗(yàn)方法

在雪峰山南坡根據(jù)苦竹林自然分布狀況，選擇3個(gè)海拔梯度的苦竹林：低海拔，（190±20）m；中海拔，（380±20）m；高海拔，（600±20）m；分別設(shè)置20 m×20 m的樣地各3個(gè)，調(diào)查試驗(yàn)林立竹密度、立竹胸徑、立竹年齡結(jié)構(gòu)等林分結(jié)構(gòu)狀況（表1）。在每個(gè)樣地中以5點(diǎn)取樣法取表層（0～30 cm）土壤5份，每份約500 g，混勻后，分取約500 g，裝于樣品袋中帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干，研磨過(guò)100目篩，裝袋儲(chǔ)于真空干燥器中以備化學(xué)分析。土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定；pH值采用1∶2.5土液比水提，酸度計(jì)測(cè)定；全氮采用半微量凱氏定氮法測(cè)定；全磷采用HClO4-H2SO4消化-鉬銻抗比色法測(cè)定；全鉀采用HClO4-H2SO4消化-火焰光度法測(cè)定；堿解氮采用擴(kuò)散吸收法測(cè)定；速效磷采用雙酸浸提-鉬銻抗顯色法測(cè)定；速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法測(cè)定［20］。

表1 試驗(yàn)林林分結(jié)構(gòu)Tab.1 Summary of Pleioblastus amarus forest structure

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)在Excel 2016統(tǒng)計(jì)軟件中進(jìn)行整理和圖表制作，在SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件中進(jìn)行單因素方差分析、Pearson相關(guān)性分析，分析不同海拔苦竹林土壤養(yǎng)分含量、化學(xué)計(jì)量比間的差異及相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同海拔苦竹林土壤養(yǎng)分含量

由表1分析可知，苦竹林土壤有機(jī)碳、全氮、全磷、全鉀和pH變化范圍分別為14.16～19.56、1.06～1.71、0.34～0.58、3.71～9.67g·kg-1和4.16～4.83。隨海拔梯度的升高，土壤全氮、全磷和全鉀含量均呈下降趨勢(shì)，且不同海拔梯度間差異顯著（P＜0.05）；而有機(jī)碳和pH變化趨勢(shì)一致，均隨海拔梯度的升高呈升高趨勢(shì)，且不同海拔梯度間差異顯著（P＜0.05）（表2）。苦竹林土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量變化范圍分別為102.51～135.52、1.38～2.36和35.13～61.32 mg·kg-1（表2），且隨海拔梯度的升高均呈顯著下降的變化趨勢(shì)（P＜0.05）。

表2 不同海拔苦竹林土壤p H和養(yǎng)分含量Tab.2 pH and content of soil nutrition of Pleioblastus amarus stand at different altitudes

2.2 不同海拔苦竹林土壤養(yǎng)分化學(xué)計(jì)量比

苦竹林土壤碳/氮、碳/磷、碳/鉀變化范圍分別為8.28～18.45、24.41～57.53和1.46～5.21，隨海拔梯度的升高總體上均呈升高的變化趨勢(shì)，且不同海拔梯度間均差異顯著（P＜0.05）；土壤氮/磷、氮/鉀變化范圍分別為2.94～3.11和0.176～0.285，隨海拔梯度的升高也呈升高的變化趨勢(shì)，但氮/磷不同海拔梯度間差異并不顯著（P＞0.05），而氮/鉀差異達(dá)顯著水平（P＜0.05）；土壤磷/鉀變化范圍為0.059～0.092，隨海拔梯度的升高呈升高的變化趨勢(shì)，且不同海拔梯度間差異顯著（P＜0.05）（表3）。

苦竹林土壤堿解氮/有效磷、堿解氮/速效鉀、有效磷/速效鉀的變化范圍分別為74.24～57.42、2.21～2.91和0.038～0.040。隨海拔梯度的升高，土壤堿解氮/有效磷、堿解氮/速效鉀均呈升高的變化趨勢(shì)，不同海拔梯度間差異顯著 （P＜0.05），而有效磷/速效鉀變化幅度較小，海拔梯度間并無(wú)顯著差異（P＞0.05）（表 3）。

表3 不同海拔苦竹林土壤養(yǎng)分化學(xué)計(jì)量比Tab.3 Stoichiometry of soil nutrition of Pleioblastus amarus stand at different altitudes

2.3 苦竹林土壤養(yǎng)分化學(xué)計(jì)量特征間的關(guān)系

相關(guān)分析表明，苦竹林土壤有機(jī)碳與全氮、全鉀呈顯著或極顯著正相關(guān)，而與碳/鉀、氮/鉀呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)；全氮與全磷、堿解氮、有效磷及有效磷/速效鉀呈顯著正相關(guān)，而與pH、堿解氮/有效磷呈顯著負(fù)相關(guān)；全磷僅與氮/磷呈顯著負(fù)相關(guān)；全鉀與碳/鉀、氮/鉀呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)；pH與有效磷呈顯著負(fù)相關(guān)，而與堿解氮/有效磷呈顯著正相關(guān)；堿解氮與速效鉀、碳/氮、碳/磷呈顯著負(fù)相關(guān)，而與氮/鉀、磷/鉀、堿解氮/速效鉀及有效磷/速效鉀呈顯著或極顯著正相關(guān)；有效磷與堿解氮/有效磷呈極顯著負(fù)相關(guān)，而與有效磷/速效鉀呈極顯著正相關(guān)；速效鉀僅與堿解氮/速效鉀呈極顯著負(fù)相關(guān)；碳/氮與碳/磷、堿解氮/有效磷呈顯著正相關(guān)，而與碳/鉀、氮/鉀、磷/鉀、堿解氮/速效鉀、有效磷/速效鉀呈顯著或極顯著相關(guān)；碳/磷與氮/鉀、磷/鉀、有效磷/速效鉀呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)；碳/鉀與氮/鉀、磷/鉀呈顯著或極顯著正相關(guān)；氮/鉀與磷/鉀、堿解氮/速效鉀及有效磷/速效鉀呈顯著正相關(guān)；堿解氮/速效鉀與有效磷/速效鉀呈極顯著負(fù)相關(guān)（表4）。

表4 苦竹林土壤養(yǎng)分化學(xué)計(jì)量特征間關(guān)系Tab.4 The correlation coefficient between soil nutrient and its stoichiometry of Pleioblastus amarus stand at different altitudes

3 結(jié)論與討論

土壤由于受到以海拔主導(dǎo)的地形、氣候以及生物因子綜合作用的影響，而呈現(xiàn)明顯空間上的異質(zhì)性［21］，海拔的明顯變化使得區(qū)域小氣候、土壤質(zhì)地、養(yǎng)分含量及生物有效性等均會(huì)在一定空間范圍內(nèi)呈現(xiàn)出梯度效應(yīng)［22-23］。研究結(jié)果表明，隨海拔梯度的升高，苦竹林土壤有機(jī)碳及pH顯著升高，這與秦海龍等［21］、張廣帥等［23］的研究結(jié)果一致，其原因可能是隨海拔升高，溫度降低且林內(nèi)濕度和光強(qiáng)增加，林地土壤微生物活性受抑，土壤碳礦化速率下降，導(dǎo)致苦竹林地土壤有機(jī)質(zhì)累積量增加；隨海拔梯度升高，苦竹林土壤氮、磷及鉀含量及其有效性均顯著下降，這與秦海龍等［21］、張廣帥等［22］的研究結(jié)果不同，這可能與區(qū)域土壤性質(zhì)、苦竹生長(zhǎng)特性及人類(lèi)經(jīng)營(yíng)干擾強(qiáng)度等有關(guān)。土壤氮、磷、鉀含量及其有效性主要受成土母巖風(fēng)化、微生物活動(dòng)、人為經(jīng)營(yíng)干擾，如施肥、挖筍與伐竹強(qiáng)度等的影響，同是也受溫度和降雨淋溶的作用［24-25］。低海拔區(qū)氣溫較高，微生物活性較強(qiáng)促進(jìn)了成土母巖的風(fēng)化，加速了土壤氮、磷、鉀的釋放，導(dǎo)致其含量及其有效性明顯升高；同時(shí)，試驗(yàn)區(qū)位于中亞熱帶，年降雨量較大（1 529 mm），土壤淋溶作用較強(qiáng)，致使土壤中易于移動(dòng)的養(yǎng)分，如氮、鉀等向低海拔匯集，也使得其含量及有效性增加。綜合分析表明，低海拔區(qū)域苦竹林土壤主要養(yǎng)分含量及其有效性較高，可能是低海拔區(qū)域苦竹生長(zhǎng)較好［26］與竹筍品質(zhì)較高的重要原因［27］，可見(jiàn)低海拔是試驗(yàn)區(qū)苦竹林高效經(jīng)營(yíng)的適宜海拔。

土壤養(yǎng)分生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征一般由區(qū)域水熱條件、生物學(xué)過(guò)程、成土作用和經(jīng)營(yíng)措施等共同掌控，受到氣候、地貌、土壤生物、母質(zhì)類(lèi)型和人類(lèi)干擾等的影響，因此，不同區(qū)域土壤的碳氮磷鉀化學(xué)計(jì)量特征差異較大［28］。研究結(jié)果表明，隨海拔梯度的升高，苦竹林土壤碳/氮、碳/磷及碳/鉀均呈升高的變化規(guī)律，且海拔梯度間差異顯著。土壤碳/氮通常能夠反映土壤N礦化能力及土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，土壤碳/磷對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育具有重要影響，其可以顯示磷有效性的高低［29-30］，這說(shuō)明隨海拔梯度的升高，微生物活動(dòng)下降，氮、磷含量的顯著降低，已經(jīng)影響到了微生物的代謝活動(dòng)，其無(wú)法獲取足量的氮、磷用于構(gòu)建軀體和提供能量，從而使其繁殖速度和代謝活性受到影響［31］。隨海拔梯度的升高，苦竹林土壤氮/磷、氮/鉀、氮/鉀和磷/鉀均呈升高的變化趨勢(shì)，且不同海拔梯度間氮/磷差異并不顯著（P＞0.05），而氮/鉀和磷/鉀差異達(dá)顯著水平（P＜0.05）。雖然氮/磷隨海拔梯度的升高也呈增大的變化趨勢(shì)，但不同海拔梯度間并無(wú)顯著差異，說(shuō)明苦竹林土壤系統(tǒng)氮/磷比相對(duì)穩(wěn)定，具有一定的內(nèi)穩(wěn)性。土壤速效養(yǎng)分化學(xué)計(jì)量特征海拔梯度上的變化規(guī)律與全量養(yǎng)分類(lèi)似，土壤堿解氮/有效磷、堿解氮/速效鉀、有效磷/速效鉀均隨海拔的升高而增大，在一定程度上體現(xiàn)了苦竹林土壤養(yǎng)分有效性隨海拔梯度變化而變化的特征。