依里帆·艾克拜爾江，李 進(jìn)，莊偉偉*

(1 新疆師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830054；2 中亞區(qū)域有害生物聯(lián)合控制國際研究中心，烏魯木齊 830054;3 干旱區(qū)植物逆境生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830054;4 新疆特殊環(huán)境物種保護(hù)與調(diào)控生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830054)

植物及土壤的碳(C)、氮(N)、磷(P)等元素化學(xué)計(jì)量研究是近幾年來研究熱點(diǎn)，對于理解生態(tài)系統(tǒng)元素的生物地球化學(xué)循環(huán)有重要價(jià)值。生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)是一門以生態(tài)學(xué)化學(xué)計(jì)量理論和代謝理論為基礎(chǔ)，研究亞細(xì)胞到生態(tài)系統(tǒng)尺度生態(tài)相互作用中的能量平衡和多種化學(xué)元素的新學(xué)科，也是一門包括物理學(xué)、生物學(xué)和化學(xué)等學(xué)科基本原理的綜合科學(xué)[1]。在生態(tài)學(xué)研究領(lǐng)域中，化學(xué)計(jì)量特征為研究生物體的主要元素組成提供了一種新途徑。該主題已在植物個(gè)體生長、種群動(dòng)態(tài)、群落演替、限制元素測定、生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)和生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的各個(gè)方面得到廣泛的學(xué)術(shù)研究[2-3]。該科學(xué)理論還協(xié)助深入認(rèn)識(shí)植物-土壤相互作用的養(yǎng)分調(diào)控機(jī)制，揭示生態(tài)系統(tǒng)中各營養(yǎng)元素之間的相互作用與平衡制約關(guān)系[4]。目前生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的研究主要集中在植物或植物組織上，關(guān)于植物-土壤因子關(guān)系的研究還鮮見報(bào)道[5]。

全世界的豆科植物種類約741屬17 800種，廣布全球，中國大概有184屬1 234種，各省區(qū)均有分布[6]。在古爾班通古特沙漠現(xiàn)有豆科9屬12種，占整個(gè)沙漠植被的7.69%[7]。豆科植物是荒漠等干旱生態(tài)系統(tǒng)中重要的先鋒物種，也是為生態(tài)系統(tǒng)提供有效氮素的中心，在這一區(qū)域具有很高地位。豆科植物的主要特點(diǎn)為具有較強(qiáng)的預(yù)防干旱、耐貧瘠的能力，適應(yīng)性強(qiáng)，生長范圍廣而迅速、具有較高的應(yīng)用價(jià)值，比如低纖維、高蛋白、飼喂價(jià)值高，一般是優(yōu)良的牧草[8]，不少的豆科植物還能用于綠肥、蜜源、薪炭、藥材等[9]。更重要的是，豆科植物由于其獨(dú)有的固氮功能，除了能夠通過凋落物的快速分解而加速養(yǎng)分循環(huán)，優(yōu)化土壤養(yǎng)分狀況，提升土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量外，還能為其他植物提供氮素營養(yǎng)[10-11]。有研究報(bào)道顯示在豆科與禾本科混播草地中，豆科植物固氮最多可達(dá)到草地上部氮積累總量的46%[12]。土壤狀況的改善給其他植物提供更多的生態(tài)位，對保護(hù)物種多樣性和增加資源互補(bǔ)性是有利的[13]。龐大的根系也是豆科植物的普遍特征，大部分豆科植物的根系分布可深至5 m，這不僅能夠增加群體的水分利用和養(yǎng)分吸收效率，還能提高植被抗風(fēng)、固土的作用[14]。闡明豆科植物在荒漠系統(tǒng)中的重要價(jià)值，保護(hù)和利用豆科植物資源對發(fā)展荒漠經(jīng)濟(jì)和生態(tài)有重要意義。

豆科植物是生態(tài)系統(tǒng)中有效氮的主要來源。保護(hù)和發(fā)展荒漠豆科植物資源需要對豆科植物的分布和建植規(guī)律有充分的認(rèn)知，了解豆科植物化學(xué)計(jì)量特征、豆科物種與土壤因子關(guān)系等，都是有效利用豆科植物資源的前提。國外早有學(xué)者在局域內(nèi)對天然草地豆科植物分布特征開展了研究。據(jù)統(tǒng)計(jì)，地球上每年由豆科固定的氮素為8×1010kg，約占全球生物固氮總量的40%，相當(dāng)于全世界工業(yè)合成氮肥量的2倍[14]。豆科植物所固定的氮還可以對下茬植物產(chǎn)生有益影響，據(jù)報(bào)道第一茬禾谷類作物中有280 g·kg-1的氮是直接從上茬豆科植物中得到的，第二茬為110 g·kg-1[15]。王衛(wèi)衛(wèi)等[16]研究了白龍江流域豆科植物的固氮資源，認(rèn)為這些豆科植物經(jīng)過長期的自然選擇，逐步適應(yīng)了該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，可以被根瘤菌侵染且具有固氮酶活性。類似的豆科植物資源在草原生態(tài)系統(tǒng)中還很多，深入研究和開發(fā)利用這些生物固氮自然資源，將會(huì)使豆科植物在自然生態(tài)系統(tǒng)的改良土壤、防止水土流失、涵養(yǎng)下游水源等方面發(fā)揮更大作用。與國外比較，國內(nèi)對豆科植物分布規(guī)律的研究，尤其是溫帶荒漠地區(qū)豆科植物研究偏少。

古爾班通古特沙漠屬于西北地區(qū)典型溫帶荒漠生態(tài)系統(tǒng)。此生態(tài)系統(tǒng)特征為降水量少、土壤貧瘠、草本植物生活型多樣、種類豐富，形成了獨(dú)特的景觀。由于特殊的地理位置、水分、氣候、土壤理化性質(zhì)等多種因素的限制，以大部分短命植物占絕對優(yōu)勢，成為該區(qū)的主要植被[17]。盡管陶巖等[18]研究了該區(qū)域5種豆科植物總體的空間分布格局，但該研究并未在群落水平上具體揭示每種豆科植物分布規(guī)律，包括土壤理化因子的對應(yīng)關(guān)系。而這些信息僅僅是天然草地保護(hù)、引種利用豆科植物的關(guān)鍵背景?；诖耍狙芯客ㄟ^野外調(diào)查實(shí)驗(yàn)，針對本區(qū)內(nèi)分布較廣、數(shù)量較多、具有較高的生態(tài)位的兩種代表性豆科植物，即多年生類短命豆科植物彎花黃芪(Astragalusflexus)和一年生短命豆科植物鐮莢黃芪(Astragalusarpilobus)，以及3個(gè)不同層次(0～5、5～10、10～15 cm)的立地土壤作為研究對象，比較分析不同生活型荒漠豆科植物及其土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征，來揭示兩種豆科植物與土壤因子之間的關(guān)系。此項(xiàng)基礎(chǔ)研究對古爾班通古特沙漠的治理及了解豆科植物與土壤關(guān)系提供了理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于新疆天山北部中央的典型溫帶荒漠古爾班通古特沙漠，沙漠位置44°15′～46°50′N、84°50′～91°20′E，總面積約為4.88萬km2，是中國面積第二大的固定、半固定沙漠[19]。研究樣地位于中國科學(xué)院新疆阜康荒漠試驗(yàn)站在古爾班通古特沙漠的大型永久樣地中。該區(qū)屬于典型中溫帶大陸性干旱氣候，夏季燥熱，冬季寒冷，常受西風(fēng)帶控制。全年平均氣溫5～5.7 ℃之間，晝夜溫差10～30 ℃，極端最高氣溫超過40 ℃，最低氣溫-31 ℃[20]。全年蒸發(fā)量為2 000～2 800 mm，降水主要集中于5～9月，降水量低于220 mm，沙漠腹地低至70～100 mm[21]，為此影響春夏兩季短命植物的旺盛生長。

沙漠地貌具有多種沙壟，多以樹枝狀沙壟為主，可劃分為丘間地、壟中和壟頂?shù)然疚⒌孛?，形成了特殊生境[22]。植物區(qū)系成分處于中亞向亞洲中部荒漠的過渡。沙漠內(nèi)植物種類較豐富，可達(dá)百余種。事實(shí)上，豆科植物在準(zhǔn)噶爾荒漠生態(tài)系統(tǒng)的資源價(jià)值遠(yuǎn)比其數(shù)量更重要。比如廣泛分布的錦雞兒屬、黃芪屬植物具有發(fā)達(dá)的根系，可以發(fā)揮良好的環(huán)境效應(yīng)。主要植被有白梭梭(Haloxylonpersicum)、淡枝沙拐棗(Calligonumleucocladum)、尖喙?fàn)脚好?Erodiumoxyrrhynchum)、假狼紫草(Noneacaspica)、堿蓬(Suaedaglauca)、彎花黃芪(Astragalusflexus)和鐮莢黃芪(Astragalusarpilobus)等。

1.2 樣品的采集與處理

為避免降水對土樣采集造成影響，選擇基本沒有降水發(fā)生的夏季(至少保證采樣前后各18 d無雨)進(jìn)行采樣。于2021年5月進(jìn)行植物樣和土樣的采集。首先選取兩種植物分布的荒漠區(qū)，根據(jù)兩類植物分布特點(diǎn)，各分別設(shè)置一個(gè)20 m × 20 m 的大樣帶。每個(gè)樣帶隨機(jī)分為 2 m × 2 m 的小樣方若干，進(jìn)行植物取樣。采用完全挖掘法獲取植株，在每個(gè)小樣方中隨機(jī)采集同一物種的豆科植物6株作為1個(gè)重復(fù)，每一物種做了4次重復(fù)。植物采集完后立刻裝進(jìn)封口袋放入冷藏箱帶回實(shí)驗(yàn)室。在實(shí)驗(yàn)室，將采集的植物樣品用清水沖洗，去掉灰塵及泥沙等雜物，用去離子水沖洗3遍，于烘箱105 ℃殺青20 min，隨后65 ℃下烘干至恒重，最后使用球磨儀(MITR-YXQM-0.4L, MITR, 長沙)磨成粉末后過 100 目篩(孔徑 0.15 mm)，待測。該區(qū)域土壤為風(fēng)沙土，土壤用四分法[23]進(jìn)行3個(gè)不同土層(0～5、5～10、10～15 cm)的采集，不同土層土壤樣品指標(biāo)進(jìn)行3次重復(fù)。土壤樣品采樣時(shí)，要嚴(yán)格清除土壤表面的小石頭、植物凋落物等雜質(zhì)，取樣后于陰涼處自然風(fēng)干48 h，過100目篩子除去雜質(zhì)，用精度為0.001 g的天平稱取100 g土樣裝袋待測。

1.3 植物和土壤營養(yǎng)元素的測定

植物全碳(C)和土壤有機(jī)碳(SOC)采用重鉻酸鉀容量法，植物和土壤全氮(TN)與全磷(TP)分別用凱氏定氮法與鉬銻抗比色法測定。土壤有機(jī)質(zhì)(SOM)采用重鉻酸鉀容量法，速效鉀(AK)采用醋酸銨-火焰光度計(jì)法，速效磷(AP)采用碳酸氫鈉法，酸堿度(pH)以土水比1∶5的懸濁液測定。土壤電導(dǎo)率(EC)(μm·cm-1) 采用電導(dǎo)率儀(DDS-307，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司)測定；具體參考《土壤農(nóng)化分析》中方法[24]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

首先對2種荒漠豆科植物及不同土層土壤的C、N、P含量，C∶N、C∶P和 N∶P進(jìn)行正態(tài)檢驗(yàn)，再用Levene’s test檢驗(yàn)方差齊性后，對以上指標(biāo)進(jìn)行單因素方差分析(One-way ANOVA)。植物-土壤化學(xué)計(jì)量及土壤理化因子采用Pearson方法進(jìn)行相關(guān)性分析。常規(guī)數(shù)據(jù)整理用Excel 2021軟件，數(shù)據(jù)分析及作圖分別在SPSS 23.0和Origin 2021軟件中完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 2種荒漠豆科植物C、N、P含量及化學(xué)計(jì)量比特征

據(jù)圖1可以看出，彎花黃芪C(373.35 mg·g-1)、N(25.66 mg·g-1)、P(1.03 mg·g-1)含量均高于鐮莢黃芪C(331.53 mg·g-1)、N(19.59 mg·g-1)、P(0.66 mg·g-1)含量；彎花黃芪化學(xué)計(jì)量比C∶P(374.38)、N∶P(25.75)比值也均高于鐮莢黃芪C∶P(166.09)、N∶P(10.12)比值，而彎花黃芪C∶N(14.62)比值稍低于鐮莢黃芪C∶N(16.99)比值。兩種植物間除C、C∶N差異不顯著外，其余均存在顯著差異。

2.2 2種豆科植物生境土壤C、N、P含量與化學(xué)計(jì)量比分析

由表1可知，豆科植物不同土層的生境土壤養(yǎng)分含量及變異系數(shù)有所不同。在0～5、5～10和10～15 cm土層，土壤的 SOC、TN、TP含量隨著土壤深度均逐漸減少。0～15 cm土層中，土壤SOC、TN、TP的平均含量分別為0.49、0.11、0.39 mg·g-1，化學(xué)計(jì)量比SOC∶TN、SOC∶TP、TN∶TP比值分別為4.78、1.28、0.27。SOC∶TN、SOC∶TP隨土層深度加深逐漸增大，而TN∶TP隨土層深度加深逐漸減少。

表1 不同土層荒漠豆科植物生境土壤C、N、P含量及化學(xué)計(jì)量比的統(tǒng)計(jì)學(xué)參數(shù)

變異系數(shù)是衡量各觀測值變異程度的另一個(gè)重要統(tǒng)計(jì)量，不同土層的元素含量及比值的變異系數(shù)大小表示穩(wěn)定性強(qiáng)弱。其中，SOC變異系數(shù)隨著土壤深度加深明顯逐漸減少，TN、SOC∶TN變異系數(shù)隨著土壤深度加深明顯逐漸增大。從不同土層的變異系數(shù)來看，SOC的變異系數(shù)在0～5 cm土層最大(12.96%)；SOC∶TP、TN∶TP和TP的變異系數(shù)均在5～10 cm土層中最大，分別為36.80%、35.71%、35.14%；TN和SOC∶TN的變異系數(shù)在10～15 cm土層中最大，分別為40.00%、37.96%。在0～15 cm土層，土壤各元素及元素計(jì)量比變異系數(shù)大小表現(xiàn)為：SOC∶TN(28.24%)>TN(27.27%)>SOC∶TP(23.59%)>TP(20.51%)>TN∶TP(7.41%)>SOC(4.08%)。

2.3 2種荒漠豆科植物與土壤化學(xué)計(jì)量特征的相關(guān)關(guān)系分析

由表3可知，2種荒漠豆科植物與各層次土壤化學(xué)計(jì)量特征的相關(guān)性無一致規(guī)律。其中，在0～5 cm土層中，彎花黃芪的 C∶N與土壤TP呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，其N∶P與土壤TN呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)；鐮莢黃芪的P與土壤的SOC∶TP呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)；兩種植物其余指標(biāo)與該土層各指標(biāo)均未表現(xiàn)出顯著相關(guān)性。在5～10 cm土層中，彎花黃芪的P與土壤的SOC∶TP顯著正相關(guān)，P與土壤TP呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，其N∶P與土壤的 SOC∶TN 呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。在10～15 cm的土層中，彎花黃芪的N∶P與土壤的SOC∶TN呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。鐮莢黃芪各指標(biāo)在5～10 cm、10～15 cm 土層均未表現(xiàn)出顯著相關(guān)性，這可能因?yàn)殓犌v黃芪屬于一年生短命植物而根系不太發(fā)達(dá)。各土層土壤與兩種植物化學(xué)計(jì)量相關(guān)性強(qiáng)度表現(xiàn)為表層土壤(0～5 cm)較大且顯著正相關(guān)多于顯著負(fù)相關(guān)，說明不同深度土壤對荒漠豆科植物的促進(jìn)及營養(yǎng)提供含量不同。

2.4 2種荒漠豆科植物生境土壤養(yǎng)分及理化因子分析

據(jù)表2可知，不同土層的土壤因子和養(yǎng)分含量及其變異系數(shù)有所不同。土壤的 AP、AK、SOM含量均在0～5 cm 土層最高，分別達(dá)到17.93、51.80和6.49 mg·kg-1，且隨土層深度加深逐漸減少。土壤pH和EC均在0～5 cm含量最低，分別是8.24、1.25 μm·cm-1，且隨土層深度加深逐漸增大。0～15 cm土層土壤AP、AK、SOM的平均含量分別為14.39、38.84 mg·g-1和 4.03 mg·kg-1。從不同土層的變異系數(shù)來看，AP變異系數(shù)在10～15 cm土層的最大(34.78%)；SOM、EC的變異系數(shù)在5～10 cm土層中最大，分別為26.90%、10.24%；AK的變異系數(shù)在0～5 cm土層中最大，達(dá)到22.37%；pH的變異系數(shù)變化不大，始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。0～15 cm土層各土壤指標(biāo)變異系數(shù)大小表現(xiàn)為：AP(18.35%)>AK(18.05%)>SOM(17.62%)>EC(4.51%)>pH(0.48%)。

表2 荒漠豆科植物不同土層生境土壤因子統(tǒng)計(jì)學(xué)參數(shù)

表3 不同植物不同土層土壤 C、N、P及化學(xué)計(jì)量比相關(guān)性分析

2.5 2種荒漠豆科植物化學(xué)計(jì)量與土壤養(yǎng)分及理化因子相關(guān)性分析

由表 4可知，2種荒漠豆科植物與各層次土壤因子之間的相關(guān)性無一致規(guī)律。其中，彎花黃芪各指標(biāo)與0～5 cm 土層各土壤因子之間均未表現(xiàn)出顯著相關(guān)，其P含量與5～10 cm土層導(dǎo)電率顯著正相關(guān)，其N含量與10～15 cm土層AK顯著正相關(guān)；而鐮莢黃芪的N、N∶P與0～5 cm 土層中的AP均呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，其各指標(biāo)與5～10和10～15 cm土層各因子均未表現(xiàn)出顯著相關(guān)性。

表4 不同植物 C、N、P及化學(xué)計(jì)量比與土壤因子相關(guān)性分析

3 討 論

3.1 2種荒漠豆科植物化學(xué)計(jì)量特征

C、N、P等元素是植物進(jìn)行光合作用、構(gòu)成遺傳物質(zhì)的重要元素，為植物生長發(fā)育提供了良好的營養(yǎng)保障[25-26]。相關(guān)研究表明，植物種類的差異是造成體內(nèi)化學(xué)計(jì)量特征差異的關(guān)鍵因素之一[27]。本研究發(fā)現(xiàn)2種植物C元素含量最高，是由于C元素是構(gòu)成植物結(jié)構(gòu)的基本物質(zhì)，總體需求量較大。同時(shí)2種植物葉表面積大且植株體由絨毛覆蓋，光合作用合成有機(jī)物能力強(qiáng)[28]，有助于C元素在植物體內(nèi)的積累。與中國北方典型荒漠及荒漠化地區(qū)的植物N(25.55 mg·g-1)、P(1.74 mg·g-1)[29]元素含量相比，彎花黃芪N含量(25.66 mg·g-1)稍高，鐮莢黃芪含量N(19.59 mg·g-1)明顯較低；2種植物P含量均小于北方典型荒漠及荒漠化地區(qū)的植物P含量。此研究中，一年生短命植物(鐮莢黃芪)和多年生類短命植物(彎花黃芪)均高于阿拉善荒漠的一年生植物和多年生植物N含量(10.88、11.55 mg·g-1)，P含量均小于阿拉善荒漠的一年生植物和多年生植物P含量(1.41、1.47 mg·g-1)[30]。

植物的化學(xué)計(jì)量比能夠清晰地表明植物營養(yǎng)缺失情況。C∶P和C∶N代表植物同化能力的強(qiáng)弱，能夠體現(xiàn)其養(yǎng)分利用率的高低，具有很重要的生態(tài)學(xué)意義[31]。本研究中，鐮莢黃芪的 C∶N 最高，彎花黃芪的 C∶P 最高，顯示出這兩種植物在營養(yǎng)貧瘠的古爾班通古特沙漠具有較強(qiáng)的同化碳能力和養(yǎng)分利用效率。N∶P的大小常被用作植物生長受限元素的判斷，當(dāng)N∶P<10為缺 N元素，當(dāng)N∶P>20 為缺P元素，當(dāng) 10

3.2 不同土層荒漠豆科植物生境土壤化學(xué)計(jì)量特征分析

SOC、TN、TP含量及其化學(xué)計(jì)量比是衡量土壤有機(jī)質(zhì)組成和質(zhì)量的關(guān)鍵性指標(biāo)[34]。本研究發(fā)現(xiàn)，兩種荒漠豆科植物生境土壤表層(0～5 cm)的SOC、TN、TP平均含量最高，TN、TP隨土壤深度增加呈下降趨勢，這與陶冶等[35]的研究相似。0～15 cm土壤 SOC、TN、TP平均含量分別為0.49、0.11和0.39 mg·g-1，土壤SOC、TN、TP整體含量明顯低于全國均值水平(11.21、1.06、0.65 mg·g-1)[36]。化學(xué)計(jì)量比SOC∶TN、SOC∶TP、TN∶TP(4.78、1.28、0.27)雖能很好地詮釋土壤養(yǎng)分狀況，但也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于全國均值[36](12.01、25.77、2.15)，這可能是受氣候、植被、降水等因素的影響，造成該荒漠區(qū)土壤養(yǎng)分元素表現(xiàn)極為匱乏。一般認(rèn)為，降雨會(huì)導(dǎo)致土壤TP的淋溶作用增強(qiáng)，不利于TP 的累積[37]，研究區(qū)土壤TP含量較低，可能是由于沙漠區(qū)總體上降雨量少，礦物質(zhì)的風(fēng)化以物理風(fēng)化為主，造成P含量相對較低。

SOC∶TN可以影響土壤中碳、氮元素的循環(huán)，是衡量土壤氮礦化能力的重要指標(biāo)。SOC∶TN的大小與有機(jī)質(zhì)分解速度呈反比，即SOC∶TN較低的土壤具有較快的礦化作用，促進(jìn)土壤中有效氮含量的增加[38]。相比于全國平均水平的SOC∶TN(14.3)[36]，該兩種荒漠豆科植物生境土壤的SOC∶TN(4.78)低于全國平均水平，表明研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)分解和礦化速率相對較高。在不同土層梯度下，土壤SOC∶TN始終維持相對穩(wěn)定，表明SOC、TN之間存在顯著的相關(guān)關(guān)系，SOC、TN對土壤微環(huán)境變化的響應(yīng)幾乎是同步的，同時(shí)也驗(yàn)證了生態(tài)系統(tǒng)中土壤SOC∶TN保持相對穩(wěn)定的結(jié)論[39]。土壤SOC∶TP的高低會(huì)顯著影響植物的生長發(fā)育，是評(píng)價(jià)土壤TP礦化能力高低的標(biāo)志，也是衡量微生物礦化土壤有機(jī)質(zhì)釋放TP的指標(biāo)。較低的SOC∶TP有利于微生物分解有機(jī)質(zhì)釋放養(yǎng)分，反之，土壤SOC∶TP過高則會(huì)導(dǎo)致微生物在分解有機(jī)質(zhì)的過程中受到TP的限制從而與植物競爭土壤中的TP，進(jìn)而不利于植物吸收養(yǎng)分[40]。本研究區(qū)土壤 SOC∶TP(1.28)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于中國陸地平均值(52.7)和全球陸地平均水平(72.0)[36]，表明該研究區(qū)土壤 TP 具有較高的有效性,土壤中的微生物分解過程不再受到TP的限制。TN∶TP常被用于確定土壤養(yǎng)分限制元素的閾值[37]。本研究發(fā)現(xiàn)，該研究區(qū)具有較低的N含量以及TN∶TP比，這表明本研究區(qū)土壤N元素相當(dāng)貧瘠，也進(jìn)一步佐證了該區(qū)域短命、類短命植物生長的限制元素為氮素。

3.3 2種荒漠豆科植物化學(xué)計(jì)量與不同土層土壤因子關(guān)系分析

從本研究可知，土壤pH和EC在表層中最低，并隨土層深度加深逐漸增大，這一結(jié)果與董正武[41]等研究結(jié)果相似；土壤pH顯示偏堿性，與楊海峰[22]研究結(jié)果一致。表層土壤中AP、AK、SOM含量最高，并隨土層深度加深而逐漸減少。通過本實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，該研究區(qū)pH、EC的穩(wěn)定性強(qiáng)并且土壤養(yǎng)分貧瘠。2種荒漠豆科植物與土壤養(yǎng)分及因子相關(guān)關(guān)系按照土層來分析，彎花黃芪表層(0～5 cm)未出現(xiàn)相關(guān)關(guān)系，說明土壤因子對植物的促進(jìn)作用不明顯，可能該植物為多年生豆科植物及根系發(fā)達(dá)，因此，表層中沒有體現(xiàn)出來相關(guān)關(guān)系。在5～15 cm土層，彎花黃芪中P、N元素分別與土壤中的EC、AK呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，說明兩種土壤因子對彎花黃芪的生長有促進(jìn)作用。鐮莢黃芪中N、N∶P元素分別與土壤中的AP呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明N、N∶P隨著土壤AP的增大而減少，其他植物化學(xué)計(jì)量與土壤因子相關(guān)性較弱。參照新疆土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[42]，本研究區(qū)土壤SOM(4.03 mg·kg-1)處于缺乏狀態(tài)，AP(14.39 mg·kg-1)、AK(38.84 mg·kg-1)含量為中等水平。因此，該研究區(qū)豆科植物土壤養(yǎng)分含量總體偏低。

3.4 土壤對荒漠豆科植物化學(xué)計(jì)量特征的可能影響

土壤是陸地植物生長發(fā)育的主要基質(zhì)，植物賴以生存的土壤可直觀反映出植物體的營養(yǎng)情況，而植物的營養(yǎng)元素狀況又能體現(xiàn)出植物對環(huán)境的適應(yīng)策略[43]。植物需要吸收的C、N、P化學(xué)元素主要來自于土壤有機(jī)質(zhì)，其含量與土壤化學(xué)計(jì)量之間有多多少少的相關(guān)性[44]。因此，對于本區(qū)域而言，土壤與植物的營養(yǎng)關(guān)系需要分開綜合評(píng)價(jià)。對各土層分析發(fā)現(xiàn)，0～5 cm土層土壤對植物化學(xué)計(jì)量比的影響最大，可能是0～5 cm土壤接受植物凋落物、動(dòng)物糞便，導(dǎo)致表層土壤養(yǎng)分含量較為豐富。綜合分析來看，0～10 cm土壤的SOC、SOC∶TP與植物化學(xué)計(jì)量間具有較強(qiáng)的相關(guān)性，且顯著正相關(guān)多于顯著負(fù)相關(guān)，說明土壤化學(xué)計(jì)量特征是植物體內(nèi)化學(xué)計(jì)量特征的影響因素，土壤對該地區(qū)荒漠豆科植物的生長產(chǎn)生了某些影響。

植物、土壤大部分化學(xué)計(jì)量特征間并未顯示出相關(guān)性，說明土壤養(yǎng)分對植物體化學(xué)計(jì)量特征并未起主要作用，可能是植物化學(xué)計(jì)量特征更像是物種的自身性狀或遺傳特征，是植物對生活環(huán)境長期適應(yīng)的結(jié)果，具有相對穩(wěn)定性，因而并不主要受控于土壤養(yǎng)分的限制作用。本研究所選的2種荒漠豆科植物屬于不同生活型，且土壤采集次數(shù)少，所以對于后續(xù)豆科植物—土壤化學(xué)計(jì)量特征相關(guān)關(guān)系的研究，可以選擇更多荒漠豆科植物，跨越植物整個(gè)生長季，結(jié)合多年代土壤，綜合多種環(huán)境因子開展更加深入的科學(xué)研究，更好地理解荒漠豆科植物，以期為荒漠區(qū)植被的保護(hù)與恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。