王亮，曹小青，孫孟瑤，李培璽，滕臻，徐小牛

安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園林學(xué)院，安徽 合肥 230036

葉是植物生理上最活躍的植物器官（Gupta et al.，2012），其與環(huán)境接觸面積最大，特性會隨著特定環(huán)境做出適應(yīng)性變化（Schwoertzing et al.，2016）；葉指揮植物中某些對生態(tài)系統(tǒng)有嚴重影響的生理活動，表現(xiàn)出高度的耐受性和對氣候變化的不同反應(yīng)（Guerin et al.，2012）。因此，長期以來與葉相關(guān)的研究備受生理生態(tài)學(xué)者的關(guān)注。碳氮作為自然界中很重要的生命元素，往往會產(chǎn)生分餾效應(yīng)，導(dǎo)致碳氮同位素在不同物質(zhì)之間存在差異，這為同位素技術(shù)在生態(tài)系統(tǒng)碳氮循環(huán)過程中的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)（Natelhoffer，1988）。碳同位素 δ13C已經(jīng)被開發(fā)為測量水分利用效率（WUE）的工具，因為在δ13C和WUE之間發(fā)現(xiàn)有強相關(guān)性（Farquhar et al.，1989）。植物氮同位素δ15N是氮循環(huán)轉(zhuǎn)化的綜合結(jié)果，可以間接反映陸地生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)的特征；δ15N已被用作生態(tài)系統(tǒng)氮飽和狀態(tài)的指示指標（H?gberg，1997；Xu et al.，2010）。

海拔差異會導(dǎo)致生態(tài)因子，諸如溫度、降水和土壤類型的變化，使生長的植物更加復(fù)雜，也導(dǎo)致植物碳氮同位素對海拔梯度的響應(yīng)更復(fù)雜。關(guān)于碳氮同位素隨海拔的變化，目前大部分研究是植物葉片δ13C隨海拔梯度的變化，植物13C的分辨在一定程度上反映未來氣候環(huán)境變化對植物的影響（史作民等，2004），多數(shù)研究顯示C3植物的δ13C隨著海拔梯度的增加而增加（K?rner et al.，1988；Hultine et al.，2000；Shi et al.，2006），也有研究表明 C3植物δ13C隨著海拔梯度的增加而降低（Lajtha et al.，1993）。Wang et al.（2010）研究發(fā)現(xiàn)，δ13C不受海拔梯度的影響。通常，δ13C主要受到植物自身（生理生態(tài)、遺傳變異、基因、葉片結(jié)構(gòu)）以及外部環(huán)境中的氣候因子的影響（沈芳芳等，2017），所以海拔差異導(dǎo)致的氣候因子以及植物葉片結(jié)構(gòu)、生理生態(tài)的變化很大程度上會影響植物葉片δ13C含量。一般而言，植物中的氮同位素δ15N反映了廣泛的生物地球化學(xué)過程，主要與氮源、吸收、同化和分配有關(guān)（Szpak，2014）。關(guān)于δ15N與海拔梯度的關(guān)系研究變化趨勢也有不少，有研究表明，C3植物δ15N和海拔之間具有一定的負相關(guān)關(guān)系，可能與在冷濕環(huán)境下土壤呼吸速率降低引起土壤中輕同位素14N富集有關(guān)（Aranibar et al.，2010；Linn et al.，1984）。Amundson et al.（2003）在總結(jié)已發(fā)表的文獻后認為，在全球范圍內(nèi)，在海拔梯度上陸地植物δ15N與氣候因子具有很大的關(guān)系（與溫度正相關(guān)，與降水負相關(guān)），但在局部地區(qū)，由于微環(huán)境的影響，植物δ15N隨海拔的變化也可能出現(xiàn)正相關(guān)或不相關(guān)的情況。目前關(guān)于植物碳氮同位素對海拔響應(yīng)的研究中，大部分忽視了葉齡對碳氮同位素影響，可能對研究結(jié)果有一定影響。為此，本研究在探討植物碳氮同位素對海拔響應(yīng)的基礎(chǔ)上，把不同葉齡的葉片分開，以探討葉齡與海拔的交互作用，使研究結(jié)果更具有準確性。

杉木（Cunninghamia lanceolata）是南方廣泛種植的優(yōu)良針葉用材樹種，栽培面積達9.0×106hm2，在產(chǎn)業(yè)用材生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用（Tang et al.，2016）。本研究基于海拔梯度固定試驗樣地，通過分析不同海拔梯度下杉木人工林不同葉齡鮮葉碳氮磷化學(xué)計量關(guān)系以及碳氮同位素變化特征，為杉木人工林科學(xué)經(jīng)營提供依據(jù)。

1 研究地概況

研究地位于安徽金寨縣馬鬃嶺林場（31°10′N，115°40′E），總面積約 3500 hm2，森林蓄積量約1.4×105m3，森林覆被率達90%。屬于北亞熱帶溫潤性季風(fēng)氣候，年均降水量約1315 mm，年均溫度約16.6 ℃，海拔350－1500 m，坡度范圍是25°－40°，土壤以偏酸性的黃棕壤、山地黃壤為主。森林類型多，名木古樹豐富，屬國家保護的樹種有領(lǐng)春木（Euptelea pleiosperma）、香果樹（Emmenopterys henryi）、連香樹（Cercidiphyllum japonicum）、大別山五針松（Pinus dabeshanensis）、野生山核桃（Juglans cathayensis）、三尖杉（Cephalotaxus fortunei）、銀雀樹（Tapiscia sinensis）、黃山木蘭（Magonlia cylindrica）等。此外，20世紀70年代，該地區(qū)營造了大量杉木人工林，目前保存面積超過1500 hm2。

選取 4個不同海拔的杉木人工林作為研究對象，分別為750、850、1000、1150 m。每個海拔設(shè)置3個20 m×20 m的樣地，共12個樣地。各海拔杉木人工林的林分生長狀況如表1所示。

2 研究方法

2.1 杉木鮮葉的采集與處理

2018年7月底對每塊樣地進行每木檢尺，測量樹高和胸徑，根據(jù)平均標準木法選取 4－5棵標準木，用高枝剪選取杉木下部朝南方向、新鮮、沒有變黃的葉片，按照不同葉齡（當(dāng)年生、1年生、2年生和3年生）進行采集，把同一塊樣地中同葉齡的葉片混合裝袋并帶回實驗室處理，共采集 48個樣品。帶回實驗室后將樣品放入信封中，置于65 ℃的烘箱中烘干至恒重，然后用自動球磨儀磨碎后過100目篩，待測。

利用同位素質(zhì)譜儀（Thermo Scientific Delta V Advantage，Germany）測定穩(wěn)定碳氮同位素的豐度值（δ13C和δ15N，‰），計算公式如下：

式中，R為13C/12C或者15N/14N；Rsp為葉片樣品的R值；Rsd為標準物質(zhì)的R值；碳同位素以PDB（Pee Dee Belemnite）為標準，氮同位素以標準大氣中的N2為標準。

利用元素分析儀（EA3000，Italy）來測定樣品碳（C）和氮（N）含量。采用濕式消化法獲得待測液，用自動流動注射分析儀（FIA Star 5000 Analyzer，F(xiàn)OSS，Sweden）測定樣品磷（P）含量。

表1 杉木試驗林生長狀況Table 1 Growth status of the experimental plantations of Cunninghamia lanceolata

2.2 數(shù)據(jù)處理

運用Excel 2013和R 3.5.1軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，用Origin Pro 2018軟件制圖，圖表中的數(shù)據(jù)為平均值±標準誤。采用方差分析和LSD法分析海拔和葉齡對各因子的影響，采用Pearson相關(guān)系數(shù)來檢驗各因子之間的相關(guān)性，采用回歸分析建立各因子之間的回歸模型。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同海拔、葉齡對δ13C和δ15N的影響

如表2所示，海拔對杉木葉片δ13C含量的影響極顯著（P＜0.01）。當(dāng)年生葉中，海拔1150 m葉片δ13C含量（-29.40‰）顯著高于750 m的δ13C含量（-30.49‰），且隨著海拔梯度的增加葉片δ13C含量逐漸增加；海拔對其他各葉齡葉片影響不顯著（圖1A）。葉齡對葉片δ13C含量影響不顯著（P=0.388），在每個海拔梯度下，各葉齡葉片δ13C含量變化并無顯著規(guī)律，總體而言，隨著葉齡的增加，葉片δ13C含量先降低再增加，表現(xiàn)為當(dāng)年生（-30.06‰）＞3年生（-30.36‰）＞1年生（-30.56‰）＞2年生（-30.59‰）（圖 1A）。海拔和葉齡的交互作用對葉片δ13C含量影響不顯著（P=0.945）。

表2 海拔和葉齡及其交互作用對杉木葉碳氮同位素影響的方差分析Table 2 Results of variance analysis of altitude and foliar age and their interactions on carbon and nitrogen isotopes in foliage of Cunninghamia lanceolata

海拔對葉片δ15N含量影響不顯著（P=0.092），同一葉齡葉片在不同海拔梯度下其 δ15N含量變化無顯著規(guī)律，總體上，隨著海拔的增加δ15N含量先降低后增加，表現(xiàn)為 1150 m（-4.58‰）＞750 m（-5.07‰）＞850 m（-5.16‰）＞1000 m（-5.23‰）（圖1B）。葉齡對δ15N含量影響顯著（P＜0.05），同一海拔不同葉齡葉片之間 δ15N含量均隨著葉齡的增加而降低，其中海拔850 m當(dāng)年生葉片δ15N含量（-4.73‰）顯著高于 3年生葉片 δ15N含量（-5.60‰），1150 m當(dāng)年生葉片δ15N含量（-4.23‰）顯著高于2年生和3年生葉片δ15N含量（-4.81‰，-4.82‰），750 m和1000 m各葉齡葉片δ15N含量無顯著差異?？傮w而言，隨著葉齡的增加葉片δ15N含量逐漸降低，且當(dāng)年生葉片δ15N含量（-30.06‰）顯著高于3年生葉片δ15N含量（-30.36‰）（圖1B）。海拔和葉齡的交互作用對葉片 δ15N含量無顯著影響（P=0.77）。

表3 海拔和葉齡及其交互作用對杉木葉片碳氮磷含量及其化學(xué)計量比影響的方差分析Table 3 Results of the variance analysis of altitude and foliar age and their interaction on concentrations of C, N, P and their stoichiometric ratios in foliage of Cunninghamia lanceolata

圖1 不同海拔和葉齡杉木葉片δ13C、δ15N之間的差異Fig. 1 Differences of δ13C and δ15N in foliage of Cunninghamia lanceolata between different altitudes and foliar ages

3.2 不同海拔、葉齡對C、N、P含量及其化學(xué)計量比的影響

如表3所示，海拔和葉齡及其交互作用對葉片C含量均無顯著影響（P=0.28，P=0.738，P=0.955）。海拔和葉齡對葉片 N含量影響均極顯著（P＜0.0001，P＜0.0001），當(dāng)年生葉片 N 含量在海拔變化上未產(chǎn)生顯著差異，其他葉齡葉片在海拔變化上產(chǎn)生顯著差異（表4）。總體上，海拔750 m的葉片N含量極顯著高于其他海拔梯度的N含量，表現(xiàn)為 750 m（15.49 g·kg-1）＞850 m（13.90 g·kg-1）＞1000 m（13.40 g·kg-1）＞1150 m（12.89 g·kg-1）；同一海拔不同葉齡葉片N含量均有顯著差異，呈現(xiàn)出隨著葉齡的增加N含量逐漸降低；海拔和葉齡的交互作用對葉片 N含量無顯著影響（P=0.877）。海拔對葉片 P含量無顯著影響（P=0.928），葉齡對葉片 P含量影響極顯著（P＜0.0001），在同一海拔水平上，不同葉齡葉片差異均達到顯著水平，隨著葉齡的增加葉片P含量逐漸降低（表4），海拔和葉齡的交互作用對葉片P含量無顯著影響（P=0.204）。

海拔和葉齡對C/N影響均極顯著（P＜0.0001，P＜0.0001），當(dāng)年生葉片C/N在海拔變化上未出現(xiàn)顯著差異，1－3年生葉片C/N均受到海拔的顯著影響，表現(xiàn)為隨著海拔的增加葉片C/N逐漸增加（表4）；同一海拔不同葉齡之間C/N均有顯著差異，呈現(xiàn)隨著葉齡的增加C/N逐漸增加；海拔和葉齡的交互作用對C/N無顯著影響（P=0.283）。海拔對葉片C/P無顯著影響，葉齡對葉片 C/P影響極顯著（P=0.805，P＜0.0001），同一海拔不同葉齡葉片C/P差異顯著，隨著葉齡的增加C/P逐漸增加（表4），海拔和葉齡的交互作用對 C/P無顯著影響（P=0.255）。海拔和葉齡及其交互作用對 N/P均有顯著影響（P＜0.01，P＜0.0001，P＜0.05），且 N/P在海拔上的變化趨勢與C/P一致，海拔降至1000 m時開始上升（表4），

表4 不同海拔和葉齡杉木葉片碳氮磷含量及其化學(xué)計量比Table 4 Concentrations of C, N, P and their stoichiometric ratios of Cunninghamia lanceolata among different altitudes and foliar ages

表5 海拔、葉齡與杉木葉碳氮磷指標之間的Pearson相關(guān)系數(shù)Table 5 Pearson correlation coefficients between altitude, foliar age and C, N, P parameters of Cunninghamia lanceolata

3.3 海拔、葉齡與葉片因子之間的關(guān)系

海拔與 δ13C呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，葉齡與δ15N之間呈顯著的負相關(guān)關(guān)系，葉齡與P之間呈極顯著的負相關(guān)關(guān)系，葉齡與 C/P、N/P之間呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，海拔和葉齡都與N呈極顯著的負相關(guān)關(guān)系，海拔和葉齡都與C/N呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系（表5）。說明海拔和葉齡對各元素有著顯著的影響效果。在葉片因子中，只有C與δ13C含量之間呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，其他因子與δ13C、δ15N之間均無顯著的相關(guān)性（圖2）?？梢钥闯鋈~片營養(yǎng)元素并不是影響δ13C、δ15N含量變化的主導(dǎo)因素。

圖2 杉木葉片養(yǎng)分與δ13C、δ15N之間的關(guān)系Fig. 2 Relationship between leaf nutrient and δ13C, δ15N of Cunninghamia lanceolata

4 討論

4.1 海拔、葉齡對δ13C的影響

本研究中，海拔對杉木當(dāng)年生葉片δ13C含量影響顯著，隨著海拔的升高，杉木葉片δ13C含量逐漸升高，說明杉木隨著海拔的增加其葉片的WUE更高，并且當(dāng)年生葉片對海拔的響應(yīng)更明顯。Oleary（1981）研究表明，C3植物的 δ13C的變化范圍是-20‰－-35‰，平均值為-26‰。杉木葉片δ13C的變化范圍是-28.48‰－-33.06‰，平均值是-30.39‰，在C3植物δ13C的變化范圍之內(nèi)。Li et al.（2017）利用已發(fā)表的文獻以及來自中國東北樣帶和青藏高原的未發(fā)表數(shù)據(jù)，建立了中國C3陸生植物葉片δ13C的全國數(shù)據(jù)集，除了少部分亞喬木、落葉灌木和落葉喬木外（如落葉灌木和落葉喬木與海拔高度不相關(guān)），大多數(shù)C3植物的葉δ13C均受到海拔的影響，隨著海拔的增加而增加。馮秋紅等（2011）研究發(fā)現(xiàn)刺葉高山櫟（Quercus spinosa）葉片δ13C含量會隨著海拔的升高隨之增加，認為是大氣壓強降低所引起的葉片擴散導(dǎo)度以及葉肉細胞導(dǎo)度降低導(dǎo)致δ13C含量增加。張鵬等（2010）在研究祁連山兩種高山喬木時發(fā)現(xiàn)其葉片 δ13C含量也隨著海拔的增加而增加，且其葉片δ13C含量與氣候因子（年平均氣溫,年平均降水量）具有一定的相關(guān)關(guān)系，說明海拔變化引起的氣候因子的改變，對高山喬木葉片δ13C含量起重要作用。海拔作為一個綜合因子，其變化必然會導(dǎo)致氣候因子中溫度、降水、氣壓等的變化。就溫度而言，隨著海拔的增加，溫度會逐漸降低，有部分研究表明，溫度是影響植物葉片δ13C變化的主要因素之一（Hultine et al.，2000；旺羅等，2003），主要原因是溫度的降低會導(dǎo)致葉片內(nèi)部 CO2的擴散能力降低，從而減小了氣孔的CO2導(dǎo)度，使葉片的δ13C增加。同時，溫度的改變對植物生化酶活性的影響也是 δ13C變化的原因之一，低溫使得生化酶活性降低，使其對13CO2的排斥能力減弱，從而導(dǎo)致δ13C增加（劉小寧等，2010）。海拔的變化同樣會導(dǎo)致降水的變化，干旱區(qū)水分脅迫可誘導(dǎo)葉片氣孔關(guān)閉，從而引起葉片內(nèi)CO2濃度下降，使光合產(chǎn)物的δ13C值增大（張鵬等，2010），在低海拔地區(qū)，降水會隨著海拔的增加而增加，葉片 δ13C有降低的趨勢（張普等，2016；林晗等，2013），這與本研究區(qū)的結(jié)果相悖，可能是降水量超過閾值后降水量對植物葉片 δ13C的影響會逐漸減?。ê未合嫉?，2010），這也說明研究區(qū)降水充足，植物生長未受到水分脅迫。此外，氣壓也影響植物葉片δ13C含量，但并不起主導(dǎo)作用，大氣壓隨海拔升高而降低，CO2分壓抑制光合作用導(dǎo)致的δ13C增加的同時 O2分壓會抑制呼吸作用的進行，兩者相互抵消，使得氣壓對植物δ13C的影響效果不明顯（張普等，2016；劉小寧等，2010）。所以，影響本研究區(qū)杉木葉片 δ13C含量的氣候因子可能主要是海拔變化導(dǎo)致的溫度的改變。

葉齡對杉木葉片δ13C含量影響不顯著，每個海拔梯度下不同葉齡的變化趨勢都不盡相同，總體上隨著葉齡的增加而降低，達到3年生時略有上升?？琢顏龅龋?017）發(fā)現(xiàn)亞熱帶杉木人工林不同葉齡之間的杉木W(wǎng)UE差異顯著，隨著葉齡的增加而降低，認為是不同葉齡之間的N、P養(yǎng)分的利用效率不同導(dǎo)致的。Werth et al.（2015）在研究兩種紅樹林蕨類植物中發(fā)現(xiàn) δ13C含量隨著葉齡的增加略有下降，更容易在新葉中富集，這主要是植物在發(fā)育階段會運輸更多的養(yǎng)分到植物新葉中供新葉生長發(fā)育。本研究與前人們的研究大致相同，杉木不同葉齡之間δ13C含量差異不顯著，這可能是不同葉齡之間C含量差異不顯著有關(guān)，由于本研究中葉片采集時間是7月底，杉木當(dāng)年生葉片基本上發(fā)育成熟，也說明研究區(qū)內(nèi)杉木葉片在發(fā)育成熟之后其水分利用效率基本上沒有很大的差異。

4.2 葉片養(yǎng)分對δ13C的影響

植物葉片δ13C與植物葉片養(yǎng)分密切相關(guān)，樸河春等（2004）在研究C3植物小果薔薇（Rosa cymosa）時發(fā)現(xiàn)在海拔450 m的貴州茂蘭至海拔1330 m的安順一線，葉片δ13C含量隨著海拔梯度的增加而增加，并發(fā)現(xiàn)葉片δ13C與N、P呈正相關(guān)，與C/N呈負相關(guān)，認為是植物葉片營養(yǎng)元素的相互作用導(dǎo)致δ13C發(fā)生這種變化。彭邵鋒等（2016）在研究 11個山茶屬（Camellia）植物葉片δ13C與養(yǎng)分關(guān)系時也發(fā)現(xiàn)葉片δ13C含量與C、N、P含量呈顯著負相關(guān)，也進一步說明葉片δ13C含量可以指示葉片養(yǎng)分含量的高低。熊鑫等（2016）研究葉片δ13C與元素含量的關(guān)系時發(fā)現(xiàn)，鼎湖山優(yōu)勢樹種葉片δ13C與葉片N含量呈極顯著負相關(guān)，與葉片C/N呈極顯著正相關(guān)?？梢园l(fā)現(xiàn)，在不同地區(qū)、不同樹種之間，葉片δ13C與其養(yǎng)分含量不完全相同，這與不同樹種之間的遺產(chǎn)特性和不同地區(qū)之間的氣候條件不同有關(guān)。本研究區(qū)域?qū)儆谏寄炯兞郑饕紤]氣候條件的影響。本研究中，葉片δ13C與C含量呈正相關(guān)，葉片C含量反映植物的固碳能力，是植物光合呼吸作用的綜合表現(xiàn)，說明杉木葉片δ13C可以反映杉木的固碳能力。植物葉片的N含量通過影響其細胞間CO2分壓與大氣CO2分壓的比值，影響其δ13C含量，對于C3植物，大多數(shù)N通常存在于葉綠體、Rubisco以及與 C同化相關(guān)的其他結(jié)構(gòu)中（Reich et al.，1995），因此，葉片N與羧化效率以及光合能力之間呈正相關(guān)，從而與植物葉片δ13C含量也存在正相關(guān)關(guān)系。本研究中，N含量與δ13C含量不存在顯著的相關(guān)關(guān)系，且變化趨勢相反。一般而言，隨著海拔的升高，溫度逐漸下降，根據(jù)生物地球化學(xué)假說，溫度下降會使礦化速率降低，導(dǎo)致土壤可利用性N減少，最終植物葉片 N含量降低（Reich et al.，2004），溫度可能是造成調(diào)查區(qū)杉木葉片N含量與δ13C含量沒有顯著相關(guān)性的主要原因。也有研究發(fā)現(xiàn)，一些植物的WUE與P含量呈正相關(guān)（Singh et al.，2010；Boogaard et al.，2010）。本研究中，隨著海拔梯度的增加，杉木葉片P含量逐漸升高，在海拔1000－1150 m之間反而逐漸下降，生態(tài)系統(tǒng)中，土壤 P與植物 P存在耦合關(guān)系（楊思琪等，2017），而 N/P通常作為養(yǎng)分受限的判斷指標（Koerselman et al.，1996），當(dāng)N/P＞16時，林分P限制；當(dāng)N/P＜14時，林分N限制；當(dāng)N/P介于14和 16 之間，受到 N、P的共同限制（Xu et al.，2014），調(diào)查區(qū)海拔在750－1150 m之間，整個林分從P限制向N限制轉(zhuǎn)變，但在1150 m處于N、P共同限制，在P限制條件下，δ13C較低，隨著林分向N限制的轉(zhuǎn)變，δ13C含量逐漸增加，說明P比N對δ13C含量更具有影響效果，而1150 m處出現(xiàn)的林分P限制可能導(dǎo)致葉片P含量對δ13C未產(chǎn)生顯著影響，所以δ13C與葉片P含量的弱相關(guān)性可能可以反映林分的養(yǎng)分限制。

4.3 海拔、葉齡對δ15N的影響

本研究中，海拔對δ15N含量沒有顯著影響，隨著海拔梯度的增加，葉片δ15N含量先降低，達到海拔1000－1150 m時開始增加。Zhou et al.（2016）研究青藏高原的高寒地區(qū)不同海拔梯度下植物葉片δ15N的變化時發(fā)現(xiàn)，溫度和降水是導(dǎo)致葉片δ15N隨著海拔升高而降低的主要原因，但青藏高原上還存在影響葉片δ15N的其他因素。Chen et al.（2015）在研究青藏高原高海拔樣帶栓皮櫟（Quercus aquifolioides）葉δ13C和δ15N的分化格局時，發(fā)現(xiàn)青藏高原地區(qū)栓皮櫟葉片 δ15N隨著海拔梯度的增加而先增加后減少，這種變化趨勢發(fā)生在海拔3300 m附近，并認為是土壤N素有效性變化導(dǎo)致的。Yi et al.（2006）研究發(fā)現(xiàn)高寒草甸植物δ15N隨海拔升高會逐漸降低，但不顯著，劉賢趙等（2018）在研究草本植物 δ15N海拔梯度變化時也發(fā)現(xiàn)植物 δ15N隨海拔增加并未表現(xiàn)出明顯的降低趨勢，其主要原因可能是研究區(qū)域類海拔變化導(dǎo)致的溫度和降水未能有效控制氮同位素的分餾。大部分研究表明，溫度是通過影響土壤礦化、硝化和反硝化過程來調(diào)節(jié) δ15N 的（Chang et al.，2017；Dawes et al.，2017）。降水增加導(dǎo)致植物 δ15N降低的原因是通過增加降水量導(dǎo)致植物通過葉片氣孔或表皮直接吸收了大氣降水中更多的 NH4+，而降水中的銨態(tài)氮的 δ15N往往較硝態(tài)氮的更少（Sutton et al.，1995）。在研究區(qū)的750－1000 m之間，溫度降水可能參與調(diào)節(jié)了氮同位素的分餾，導(dǎo)致 δ15N隨著海拔的增加而降低，但未產(chǎn)生差異，可以看出δ15N不及δ13C對海拔響應(yīng)明顯，δ13C比δ15N更能有效地指示氣候環(huán)境的變化。但在1150 m δ15N的升高可能是土壤中N、P素共同調(diào)節(jié)導(dǎo)致的，因為δ15N與C/P和N/P的變化趨勢一致，有研究表明，植物體內(nèi)的 C/P、N/P一定程度上能反映土壤中P的供應(yīng)狀況（楊思琪等，2017；Koerselman et al.，1996）。研究區(qū)域內(nèi)隨著海拔的增加葉片由P限制向N限制轉(zhuǎn)變，N限制導(dǎo)致植物獲得的有效氮降低，δ15N含量隨之降低，而在海拔1150 m處杉木葉片N/P介于14和16之間，又出現(xiàn)了N、P共同限制，林分N限制的減輕和P限制的加重提高了氮同位素的分餾，使得 1150 m δ15N含量高于750 m，土壤P限制進一步促進了氮同位素的分餾。

葉齡對葉片δ15N含量產(chǎn)生顯著影響，隨著葉齡的增加δ15N含量逐漸降低。葛露露等（2018）在研究濱海沙地不同樹種人工林葉片時發(fā)現(xiàn) δ15N均呈現(xiàn)出隨葉齡增大而減小的趨勢。本研究中N含量與δ15N雖然沒有相關(guān)性，但變化趨勢基本一致，δ15N在葉齡之間的差異可能是 N在不同葉齡之間的富集效應(yīng)不同導(dǎo)致的。

4.4 葉片養(yǎng)分對δ15N的影響

關(guān)于葉片養(yǎng)分對δ15N的影響，大部分研究發(fā)現(xiàn)葉片養(yǎng)分對 δ15N的影響主要集中在 N對葉片δ15N 的影響（熊鑫等，2016；鄭璐嘉等，2015；Hobbie et al.，2000），因為高濃度的N往往指示著高δ15N含量（Wang et al.，2019）。但本研究中，杉木葉片δ15N與N未產(chǎn)生顯著相關(guān)關(guān)系。Hobbie et al.（2008）認為，葉片δ15N含量同葉片N含量之間的相關(guān)性反映了菌根對葉片 δ15N含量的影響，這說明研究區(qū)域內(nèi)不同海拔梯度下杉木菌根效益差異可能不太明顯。此外，其他葉片元素（C、P）對杉木葉片沒有顯著相關(guān)關(guān)系，可能與這些養(yǎng)分元素不是參與土壤礦化、硝化和反硝化的主要元素有關(guān)。

5 結(jié)論

通過對馬鬃嶺地區(qū)不同海拔梯度下不同林齡杉木人工林葉碳氮同位素以及 C、N、P及其化學(xué)計量比的研究得出以下結(jié)論，（1）導(dǎo)致馬鬃嶺地區(qū)杉木葉片 δ13C含量隨海拔增加而增加的主要原因可能是溫度改變杉木葉片氣孔導(dǎo)度以及葉片生化酶活性導(dǎo)致，且當(dāng)年生葉片比其他葉齡葉片對氣候環(huán)境條件的改變更為敏感。（2）影響不同海拔梯度下杉木葉片 δ15N含量的主要原因可能是溫度和降水以及土壤中N、P共同控制導(dǎo)致的。（3）馬鬃嶺地區(qū)杉木葉片養(yǎng)分元素對碳氮同位素的影響效應(yīng)較小，碳氮同位素并不能有效反映植物的養(yǎng)分狀況，但δ13C可能對環(huán)境的變化效應(yīng)明顯，δ15N可能對土壤養(yǎng)分的限制較為敏感。