王 平，華紅蓮，丁智強(qiáng)，俞小押，譚小愛(ài)，李玉輝

（1.云南師范大學(xué) 地理學(xué)部，昆明 650500；2.福建師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，福州 350007；3. 黔南民族師范學(xué)院 旅游與資源環(huán)境學(xué)院，貴州 都勻 558000）

土壤有機(jī)質(zhì)（Soil Organic Matter，SOM）形成于微生物對(duì)枯落物的部分分解轉(zhuǎn)化（Castellano et al., 2015），其分解和吸存不僅對(duì)土壤結(jié)構(gòu)、持水性以及土壤和植物群落之間的養(yǎng)分循環(huán)、生產(chǎn)力、生態(tài)系統(tǒng)功能和生物多樣性維持產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響（Lavallee et al., 2020），還能通過(guò)調(diào)節(jié)大氣CO2而成為全球碳循環(huán)的重要環(huán)節(jié)（Cotrufo et al., 2019）。土壤綜合肥力（Soil Integrated Fertility, SIF）作為土壤質(zhì)量的基礎(chǔ)性指標(biāo)之一，是維持森林和生態(tài)系統(tǒng)凈初級(jí)生產(chǎn)力的關(guān)鍵，對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展有重要影響，同時(shí)SIF 對(duì)氣候變化和人為干擾十分敏感（Borrelli et al., 2017），肥力下降會(huì)降低土壤有機(jī)碳存量，導(dǎo)致特殊生境消失以及生物多樣性降低等（裴小龍 等，2020；Mutuku et al.,2021）。因此，了解不同氣候條件背景下SOM 和SIF 空間分異特征及影響因素對(duì)準(zhǔn)確分析未來(lái)氣候變暖條件下森林生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球碳循環(huán)的貢獻(xiàn)、土壤可持續(xù)利用及生態(tài)系統(tǒng)資源管理等具有重要意義。

目前SOM 的研究主要集中在其來(lái)源與分解動(dòng)力學(xué)（Schmidt et al., 2011；汪景寬 等，2019；Lavallee et al., 2020）、空間預(yù)測(cè)（Sothe et al., 2022）、管理實(shí)踐（Chow, 2021）、分子組成結(jié)構(gòu)（Dmitry et al., 2020）等方面，對(duì)不同尺度和生態(tài)系統(tǒng)類型上的研究揭示了氣候、地形、植被覆蓋類型等對(duì)SOM 空間分異特征的影響（Fang et al., 2012;Kunkel et al., 2011），其中海拔和土地利用類型作為環(huán)境因素分異的基礎(chǔ)條件和人類活動(dòng)干擾的直接表現(xiàn)，對(duì)SOM 有著深刻的影響。雖然相關(guān)學(xué)者對(duì)不同區(qū)域SOM 與海拔的關(guān)系進(jìn)行了大量研究，但是其相互作用仍具有高度不確定性，如新疆天山托木爾峰（馬國(guó)飛 等，2017）和云南哈巴雪山（蘇驊等，2020）SOM隨海拔高度增加而增大，湘東大圍山（田宇 等，2021）SOM 隨海拔升高呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，隴南白龍江流域SOM 隨海拔升高而降低（焦?jié)櫚?等，2018）。同樣，相關(guān)研究也顯示了海拔對(duì)SIF 的影響以及由于自然地理環(huán)境和研究區(qū)域的不同而產(chǎn)生高度不確定的結(jié)果（Harpole et al., 2011; Mihoc et al., 2016；焦?jié)櫚?等，2018）。熱帶和亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)因具有活躍生化循環(huán)過(guò)程和較高生產(chǎn)力而在全球氣候變化中扮演著重要角色，云南作為中國(guó)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量最高的地區(qū)之一，水平方向上以熱帶和亞熱帶氣候?yàn)橹?，但同時(shí)復(fù)雜地形結(jié)構(gòu)造成土壤有機(jī)質(zhì)的高度空間變異性，雖然早期已有關(guān)于該區(qū)域土壤有機(jī)碳空間分布的研究（Duan et al., 2014; Zhang et al., 2021），但較少關(guān)注SOM和SIF在海拔梯度上的變化，該問(wèn)題的研究有助于提高對(duì)區(qū)域SOM和SIF垂直空間分異特征的認(rèn)識(shí)，從而為進(jìn)一步確定該區(qū)域土壤碳平衡和森林生產(chǎn)力提供數(shù)據(jù)支撐。

在熱帶地區(qū)，原始森林向農(nóng)業(yè)用地和種植園轉(zhuǎn)換已成為影響土壤質(zhì)量的重要干擾形式，在缺乏相關(guān)保護(hù)措施的前提下將林地轉(zhuǎn)換為農(nóng)業(yè)用地或園地往往會(huì)導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)的退化，同時(shí)還會(huì)造成土壤有機(jī)質(zhì)和綜合肥力的顯著下降（Van Straaten et al., 2015）。目前對(duì)該地區(qū)的研究主要集中在由森林向草地或農(nóng)業(yè)用地轉(zhuǎn)換后土壤有機(jī)碳的變化（Don et al., 2011; Fujisaki et al., 2015）。香蕉和橡膠作為濕潤(rùn)熱帶種植園中的主要樹(shù)種，是該區(qū)域原始森林被砍伐的重要驅(qū)動(dòng)力，但很少有研究關(guān)注原生林砍伐后形成的次生林與橡膠林、香蕉園在土壤有機(jī)質(zhì)和綜合肥力方面的差異，同時(shí)目前尚未獲得有關(guān)熱帶地區(qū)森林轉(zhuǎn)換后土壤質(zhì)量變化方向、幅度和速度的準(zhǔn)確信息（Chen et al., 2017; Sierra et al., 2018），這有可能阻礙熱帶地區(qū)土地利用變化背景下土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)的準(zhǔn)確評(píng)估。

就SIF 的評(píng)價(jià)方法而言，目前主要有層次分析法、相關(guān)關(guān)系法、主成分分析法、灰色關(guān)聯(lián)分析法（謝瑾 等，2012），但這些研究方法存在主觀性強(qiáng)、對(duì)SIF 變化的靈敏度較低等缺陷。修正內(nèi)羅梅指數(shù)法主要用于土壤污染和水體質(zhì)量的評(píng)價(jià)研究，由于其考慮的是指標(biāo)最小值對(duì)SIF 的限制性，同時(shí)消除了極大值的影響，所以該方法在SIF 評(píng)價(jià)研究中得到廣泛應(yīng)用（尤譽(yù)杰 等，2018），特別是針對(duì)地形條件多變、土地利用結(jié)構(gòu)復(fù)雜、SIF 空間分異較大的區(qū)域，評(píng)價(jià)結(jié)果具有更高的準(zhǔn)確性。但目前基于修正內(nèi)羅梅指數(shù)對(duì)熱帶典型土地利用類型SIF 評(píng)價(jià)研究較少，空間分異性研究也集中在水平方向上，缺乏海拔梯度上的分異特征及與SOM 相關(guān)性的研究（簡(jiǎn)尊吉 等，2021）。

與大部分北熱帶山地相似，蝴蝶谷地區(qū)山體下部由于土地開(kāi)墾、森林砍伐、過(guò)度放牧、薪柴樵采、林下采集/種植以及旅游開(kāi)發(fā)等人類活動(dòng)的強(qiáng)烈干擾，由20 世紀(jì)50 年代以原生林地為主，演變?yōu)槟壳按紊?、香蕉園和橡膠林交錯(cuò)分布的混農(nóng)林用地結(jié)構(gòu)?；谏鲜龇治?，本研究通過(guò)評(píng)估蝴蝶谷地區(qū)海拔梯度上各山地土壤帶（磚紅壤帶、赤紅壤帶、紅壤帶、黃壤帶、黃棕壤帶和棕壤帶）和典型土地利用類型（香蕉園、橡膠林、次生林）的SOM和SIF，確定不同海拔梯度和典型土地利用類型對(duì)北熱帶山地SOM和SIF的影響，研究結(jié)果可為未來(lái)全球氣候變暖背景下北熱帶森林土壤碳循環(huán)與人類活動(dòng)耦合響應(yīng)評(píng)估和山區(qū)土地資源高效利用提供參考依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于云南省紅河州金平縣馬鞍底鄉(xiāng)和勐橋鄉(xiāng)境內(nèi)，地理位置處于22°35′40″—22°52′05″N，103°24′51″—103°38′48″ E，為哀牢山脈南段中山、亞高山地區(qū)，地層巖石以下元古界哀牢山群、瑤山群片巖、片麻巖、混合巖和印支—燕山期花崗巖為主。區(qū)內(nèi)地勢(shì)西南高，東北低，由最低點(diǎn)龍脖河匯口（105 m）到最高峰五臺(tái)山（3 012 m），年均溫由23℃降低到7℃。該區(qū)地處低緯北熱帶山原型季風(fēng)氣候區(qū)，年日照時(shí)數(shù)722～1 698 h，年降水量1 450～3 850 mm（河谷至山頂），5—10月為雨季，降水量占全年的70%～85%，每年的11 月至次年4 月為干季，降雨量占全年降水量的15%～30%。區(qū)內(nèi)河流均屬紅河水系，從北至南依次為紅河一級(jí)支流新橋河、小者蘭河、龍脖河（圖1）。

圖1 研究區(qū)及采樣點(diǎn)空間位置Fig.1 Location of study area and spatial location of sampling points

2 材料與方法

2.1 山地土壤帶劃分及采樣

以《中國(guó)土壤分類系統(tǒng)》（全國(guó)土壤普查辦公室，1993）、《云南土壤》（王文富，1996）為依據(jù)，結(jié)合實(shí)地考察結(jié)果，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)基帶為磚紅壤帶（105～600 m），之上到五臺(tái)山頂部依次發(fā)育有赤紅壤帶（600～1 200 m）、紅壤帶（1 200～1 500 m）、黃壤帶（1 500～1 900 m）、黃棕壤帶（1 900～2 500 m）、棕壤帶（2 500～3 012 m）。需要特別說(shuō)明的是各山地土壤帶之間并無(wú)嚴(yán)格的海拔界線，而是在空間結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出東北—西南向圈層式、逐層遞變的特點(diǎn)。各山地土壤帶基本情況如表1所示。

表1 研究區(qū)山地土壤帶樣地基本情況Table 1 Background environmental profile of each mountain soil zone in the study area

基于山地土壤帶劃分結(jié)果，于2015 年7—8 月和2016年9月，在每個(gè)山地土壤帶內(nèi)按100 m 間距采樣，具體以“S”型采樣法選取5個(gè)點(diǎn)，基于表層（0～20 cm）、亞表層（20～40 cm）分層采樣，再將5個(gè)點(diǎn)的同層土樣均勻混合，采用四分法按對(duì)角線取500 g 裝入土袋，采集混合樣58 袋（表層、亞表層各29 袋）。在磚紅壤帶內(nèi)設(shè)置1 條水平土壤樣帶，選取典型的2 塊香蕉園、3 塊橡膠林和1 塊次生林地，橡膠和香蕉種植均超過(guò)30年，在每塊樣地設(shè)置30 m×30 m的樣方，每個(gè)樣方內(nèi)按“S”型選取5個(gè)點(diǎn)，按表層、亞表層將5個(gè)點(diǎn)的同層土樣均勻混合，采用四分法按對(duì)角線取500 g 土壤裝袋，之后在2022年2月按相同的方法在附近地區(qū)又補(bǔ)充采集了2塊次生林和1塊香蕉園的土樣，所以前后共采集水平樣帶混合土樣18袋（表層、亞表層各9袋）。

2.2 樣品分析

土壤混合樣帶回實(shí)驗(yàn)室后對(duì)其進(jìn)行風(fēng)干，制備為2、1和0.25 mm待測(cè)樣品。土壤含水量采用烘干法測(cè)定；土壤pH 采用水浸提電極電位法測(cè)定（水土比為 2.5∶1）；SOM 采用重鉻酸鉀-外加熱法測(cè)定；全氮采用半微量開(kāi)氏法測(cè)定；全磷采用NaOH熔融-鉬銻抗比色法測(cè)定；速效磷采用NaOH熔融-鉬銻抗比色法；全鉀采用NaOH 熔融-火焰光度法測(cè)定；速效鉀采用NH4OAc浸提-火焰光度法測(cè)定；堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定（鮑士旦，2003）。

2.3 土壤綜合肥力評(píng)價(jià)

首先按隸屬度函數(shù)對(duì)pH、SOM、全磷、速效磷、堿解氮、代換性鹽基總量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，消除各參數(shù)之間的量綱差別。標(biāo)準(zhǔn)化處理方法如下（周偉 等，2017）：

式中：Pi為分肥力系數(shù)，亦為各土壤理化性質(zhì)對(duì)SIF 的貢獻(xiàn)率；Xi為第i種屬性的測(cè)定值，Ximid、Ximin、Ximax為分級(jí)指標(biāo)（表2）。

表2 內(nèi)梅羅評(píng)定方法中土壤各屬性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Grading criterion for various soil properties in the Nemorow grading method

依據(jù)得到的土壤各屬性分肥力系數(shù)，采用修正內(nèi)梅羅公式計(jì)算綜合肥力系數(shù)，公式為（周偉 等，2017）：

式中：SIF為土壤綜合肥力系數(shù)；Pimid為土壤各屬性分肥力系數(shù)的平均值，該系數(shù)也是各土壤屬性對(duì)SIF的貢獻(xiàn)率；Pimin為各分肥力系數(shù)中最小值；n為參評(píng)的土壤屬性個(gè)數(shù)。根據(jù)計(jì)算所得的綜合肥力系數(shù)給出SIF 的綜合評(píng)價(jià)：SIF>2.7，表示土壤很肥沃；1.8＜SIF＜2.7，表示土壤肥沃；0.9＜SIF＜1.8，表示土壤肥力一般；SIF<0.9，表示土壤貧瘠（周偉 等，2017）。

2.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)在Microsoft Excel 2013 處理后，基于SPSS 18.0 對(duì)不同海拔土壤指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用單因素方差分析（one-way ANOVA）檢驗(yàn)不同山地土壤帶SOM和SIF之間的差異顯著性以及海拔和土層深度（Duncan法，α=0.05），采用Pearson相關(guān)系數(shù)和線性回歸分析分析海拔與SOM、SIF之間的相關(guān)性，采用SPSS中的系統(tǒng)聚類進(jìn)行聚類分析。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 土壤有機(jī)質(zhì)分異特征

研究區(qū)表層SOM 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21.91～120.67 g/kg，棕壤帶最高，磚紅壤帶最低，磚紅壤帶僅為棕壤帶的18.16%（圖2-a）。各山地土壤帶中，從磚紅壤帶、赤紅壤帶到紅壤帶，SOM 雖然在逐漸增大，但無(wú)顯著性差異（P＞0.05），而三者與黃棕壤帶和棕壤帶SOM有顯著差異（P＜0.05），磚紅壤帶與黃壤帶亦有顯著性差異（P＜0.05）。研究區(qū)表層SOM質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著海拔高度的增加呈線性增加趨勢(shì)，二者關(guān)系可用y= 20.408x+ 3.892 2（N=6,R2=0.980 7）表示。亞表層SOM質(zhì)量分?jǐn)?shù)16.38～101.88 g/kg，黃棕壤帶SOM 值最高，赤紅壤帶最低，后者僅為前者的16.08%。隨著海拔增高，亞表層SOM 質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸增大， 二者關(guān)系可用y= 3.865 8x2-8.967 1x+ 24.321（N=6,R2=0.893 8）表示，但磚紅壤帶、赤紅壤帶、紅壤帶和黃壤帶的SOM 無(wú)顯著差異（P＞0.05），而與更高海拔的黃壤帶、棕壤帶SOM有顯著差異（P＜0.05）。從剖面來(lái)看，研究區(qū)表層、亞表層SOM質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為75.32、51.57 g/kg（P＞0.05），黃壤帶表層、亞表層差值最大，達(dá)48.56 g/kg。此外，除赤紅壤帶和黃壤帶表層、亞表層SOM 有顯著差異（P＜0.05）外，其余山地土壤帶不同層次均無(wú)顯著性差異。從雙因素方差分析結(jié)果來(lái)看，海拔梯度和土壤深度對(duì)研究區(qū)SOM 均有顯著影響（P＜0.05），但二者交互作用的影響不顯著（P＞0.05）。

低海拔水平樣地SOM 質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異較大（圖2-b）。3種典型土地利用類型表層SOM 質(zhì)量分?jǐn)?shù)表現(xiàn)為：次生林（26.61 g/kg）>香蕉園（13.48 g/kg）>橡膠林（11.91 g/kg）；相較次生林，香蕉園和橡膠林表層SOM分別減少了49.34%和55.24%。亞表層表現(xiàn)為橡膠林（8.91 g/kg）<香蕉園（9.61 g/kg）<次生林（19.28 g/kg），相較次生林，香蕉園和橡膠林亞表層SOM分別減少了50.16%和53.78%。在土壤剖面上，亞表層SOM均小于表層，3種典型土地利用類型SOM 減少量排序?yàn)榇紊郑?.33 g/kg）>香蕉園（3.87 g/kg）>橡膠林（3.00 g/kg）；相較于表層，對(duì)應(yīng)減少量百分比分別為27.55%、28.71%和25.19%。

圖2 研究區(qū)SOM在海拔梯度（a）和典型土地利用類型（b）上的變化特征Fig.2 Variation characteristics of SOM in altitude gradient and typical land use types in the study area

3.2 土壤綜合肥力分異特征

研究區(qū)表層、亞表層SIF 隨海拔高度變化情況如圖3-a所示。各山地土壤帶表層SIF為1.15～1.59，土壤肥力值一般，各土壤肥力值排序?yàn)樽厝缼В军S棕壤帶＞黃壤帶＞紅壤帶＞赤紅壤帶＞磚紅壤帶，磚紅壤帶顯著低于其他幾個(gè)山地土壤帶（P＜0.05），整體表現(xiàn)為隨著海拔升高土壤肥力逐漸增強(qiáng)的特征，二者關(guān)系可用函數(shù)y= 0.083 5x+ 1.054 9（N=6，R2=0.963）表示。亞表層SIF為0.94～1.44，土壤肥力值一般，隨著海拔的升高，土壤肥力逐漸增強(qiáng)，黃壤帶、黃棕壤帶和棕壤帶顯著高于磚紅壤帶、赤紅壤帶和紅壤帶，海拔和土壤肥力的關(guān)系可用 函 數(shù)y= 0.117 7x+ 0.749 9 （N=6，R2=0.928 1）表示。在不同土層深度上，表層、亞表層SIF 平均值分別為1.35 和1.16（P＜0.01），除黃棕壤帶不同深度SIF差異不顯著外（P＞0.05），其余SIF均有顯著性差異（P＜0.05）。雙因素方差分析結(jié)果顯示，無(wú)論是海拔梯度、土層深度以及二者的交互作用，對(duì)研究區(qū)SIF均有顯著影響（P＜0.05）。

在典型土地利用類型上（圖3-b），橡膠林、香蕉園和次生林表層SIF分別為1.21、1.33、1.48，亞表層分別為0.94、1.10、1.17，表層、亞表層SIF均為次生林＞香蕉園＞橡膠林（P＞0.05），表層SIF大于亞表層，但僅在次生林有顯著差異。與次生林相比，香蕉園和橡膠林表層SIF 降低了10.19%和18.26%，亞表層降低了6.27%和20.01%。無(wú)論是土地利用類型、土層深度以及二者的交互作用，對(duì)SIF均無(wú)顯著影響（P＞0.05）。

圖3 研究區(qū)SIF在海拔梯度（a）和典型土地利用類型（b）上的變化特征Fig. 3 Variation characteristics of SIF in altitude gradient and typical land use types in the study area

3.3 土壤理化性質(zhì)對(duì)綜合肥力的貢獻(xiàn)

限制和維持SIF 的因素在海拔梯度上具有顯著差異（P＜0.05），而在不同土層深度上的差異不顯著（P＞0.05），按各因子對(duì)山地土壤帶SIF 的貢獻(xiàn)率，在SPSS 中按系統(tǒng)聚類法進(jìn)行聚類分析，無(wú)論是表層還是亞表層，均可分為3組，第一組僅有磚紅壤帶，第二組為赤紅壤帶和紅壤帶，第三組包括黃壤帶、黃棕壤帶和棕壤帶，各組內(nèi)限制和維持SIF的因素具有相似性，而組間具有顯著差異（P＜0.05）（圖4-a、b）。具體來(lái)看，低海拔磚紅壤帶中對(duì)表層SIF 貢獻(xiàn)最大的是全磷，其次是全鉀、速效鉀和pH，而對(duì)亞表層貢獻(xiàn)較大的是全磷，其次是全鉀以及pH，而限制表層、亞表層的因素均為堿解氮和速效磷。對(duì)第二組表層貢獻(xiàn)率較大的因素是SOM、全磷和全鉀，而對(duì)亞表層貢獻(xiàn)率較大的為全磷和全鉀，限制表層、亞表層SIF 的因素相似，包括pH、總氮、堿解氮和速效磷。對(duì)第三組表層、亞表層SIF 貢獻(xiàn)較大的因素均為SOM、全氮、全磷、全鉀、堿解氮，限制因素主要是速效磷、pH 和速效鉀。

不同土地利用類型SIF 的限制和維持因素具有差異性（P＞0.05）（圖4-c、d）。其中對(duì)橡膠林表層、亞表層SIF 貢獻(xiàn)最大的因素均為全磷，而限制因素均為堿解氮和速效磷。對(duì)香蕉園表層、亞表層SIF貢獻(xiàn)較大的是全磷和全鉀，pH和全氮對(duì)表層的貢獻(xiàn)較大，而對(duì)亞表層的貢獻(xiàn)較小，速效鉀與之相反，表層、亞表層的限制因素主要為堿解氮。維持次生林表層、亞表層SIF的因素主要是全磷和全鉀，另外全氮對(duì)表層的影響較大，而速效鉀對(duì)亞表層的影響較大，表層的限制因素為堿解氮、速效磷和SOM，亞表層主要為堿解氮和速效磷?？傮w來(lái)看，無(wú)論是橡膠林、香蕉園還是次生林，維持和限制SIF的因素與同海拔段內(nèi)自然土壤的情況基本一致。

圖4 各山地土壤帶及典型土地利用類型下土壤理化性質(zhì)分肥力系數(shù)特征Fig.4 Contribution of soil physical and chemical properties to vertical soil zones and land use types of SIF

4 討論

4.1 海拔對(duì)SOM和SIF的影響

研究區(qū)表層、亞表層SOM 隨海拔梯度而增加反映了在降水增加、空氣濕度增大、人類活動(dòng)干擾減弱背景下枯落物不斷增多，腐殖質(zhì)累積作用不斷加強(qiáng)，使得SOM 質(zhì)量分?jǐn)?shù)增多。表層和亞表層SOM 隨海拔梯度的變化情況與新疆天山托木爾峰（馬國(guó)飛 等，2017）和云南哈巴雪山（蘇驊 等，2020）等地的情況一致，其內(nèi)在機(jī)制可能是海拔升高導(dǎo)致溫度降低，進(jìn)而減少土壤表面CO2通量和不穩(wěn)定有機(jī)質(zhì)，使得有機(jī)質(zhì)不斷累積增多（Zhang et al., 2021）。而表層有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值高于亞表層與高黎貢山（和麗萍 等，2015）研究結(jié)果一致，說(shuō)明枯落物和根系的分解造成有機(jī)質(zhì)在表層聚集，隨著土體厚度的增加，植物根系逐漸減少，使得SOM質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸降低。

成土母質(zhì)、地形和生產(chǎn)活動(dòng)等不同生態(tài)環(huán)境因子顯著影響SIF特性，因而研究區(qū)不同海拔高度SIF差異較大，這與趙明珠等（2019）的研究結(jié)果一致。表層和亞表層SIF 隨海拔的增加呈線性增加的趨勢(shì)，不同于黨坤良等（2006）的研究結(jié)果，主要原因是人為干擾程度及發(fā)育的土壤、生長(zhǎng)的植被狀況不同，紅河蝴蝶谷低海拔地區(qū)土壤多為磚紅壤、赤紅壤和紅壤，有機(jī)質(zhì)含量低，加之熱量水平高，降雨豐沛，人畜活動(dòng)頻繁，土地利用強(qiáng)度較高，表層SOM 流失嚴(yán)重，而中高海拔地區(qū)，土壤以黃棕壤、棕壤為主，有機(jī)質(zhì)含量高（陳彥清 等，2016），同時(shí)由于人為干擾較弱，森林植被保存較原始，土壤侵蝕處于中等至較弱水平，因而高海拔SIF高于低海拔地區(qū)。

4.2 土地利用對(duì)SOM和SIF的影響

低海拔水平樣地表層SOM 以次生林最大，香蕉園次之，橡膠林最小的特征與文志等（2019）的研究結(jié)果一致。區(qū)內(nèi)橡膠林亞表層SOM 低于柬埔寨地區(qū)（31.35 g/kg）（Toriyama et al., 2022）、納板河流域（34.8 g/kg）（謝瑾 等，2012）和西雙版納地區(qū)（15.35 g/kg）（Chen et al., 2017）等地，香蕉園亞表層SOM 接近海南樂(lè)東的9.32 g/kg，低于澄邁的17.34 g/kg（陳明智 等， 2007）和廣西北海、欽州（13.90～39.2 g/kg）（魏守興 等， 2012）等地。通過(guò)野外觀測(cè)，人為干擾較弱的次生林，林下有1～2 cm的枯落物積累，有利于腐殖質(zhì)的形成，使得表層SOM 質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，而土地利用強(qiáng)度增加可能是導(dǎo)致香蕉園和橡膠林SOM 下降的主要原因（姜賽平 等，2019），雖然人為翻耕不利于枯落物的留存分解，但也促進(jìn)表層和亞表層SOM 的交換，使得香蕉園和橡膠林表層、亞表層SOM 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差值較?。ㄒ?jiàn)圖4-a）。同時(shí)，次生林灌木層和草本層覆蓋度較高，而香蕉園和橡膠林林下空曠，林下結(jié)構(gòu)的差異導(dǎo)致香蕉園和橡膠林土壤微生物多樣性、土壤水分和溫度均較次生林低，而較低的溫度和土壤水分不利于枯落物的分解和SOM 的形成（Schmidt et al., 2011; Sierra et al., 2018）。

通過(guò)對(duì)比SIF 在次生林、橡膠林和香蕉園的變化規(guī)律，其從次生林到香蕉園、橡膠林地逐漸減小的趨勢(shì)與謝瑾等（2012）的研究結(jié)果一致，而次生林SIF 明顯高于香蕉園和橡膠林的特征與冼干標(biāo)等（2007）的研究結(jié)果一致。次生林在群落結(jié)構(gòu)、物種組成、生物多樣性、枯落物量、分解速率等方面均明顯優(yōu)于人類活動(dòng)干擾強(qiáng)烈的香蕉園和橡膠林，即次生林養(yǎng)分歸還的物質(zhì)來(lái)源和轉(zhuǎn)換、積蓄條件較好，說(shuō)明次生林乃至原生林保護(hù)利用更有利于SIF的提升與積蓄。

4.3 土壤理化性質(zhì)對(duì)SIF的貢獻(xiàn)

認(rèn)識(shí)各土壤理化性質(zhì)對(duì)SIF 的貢獻(xiàn)可為未來(lái)加強(qiáng)林地土壤改良和質(zhì)量提升提供關(guān)鍵支撐。限制和維持不同土地利用類型SIF 的因素與同海拔段內(nèi)自然土壤之間具有相似性，說(shuō)明人類對(duì)土地的改造利用應(yīng)該結(jié)合自然土壤特性因地制宜，未來(lái)應(yīng)該增加翻耕、施用有機(jī)肥等措施，防止土壤板結(jié)，改善土壤結(jié)構(gòu)，提升土壤保水透氣功能，增加石灰和堿性肥料的施用，以調(diào)節(jié)土壤pH，改善SIF。隨著海拔高度的升高，SIF 的限制因素由堿解氮和速效磷轉(zhuǎn)變?yōu)樗傩Я缀退傩р洠f(shuō)明氮素隨海拔梯度的增加而增加，磷元素則相對(duì)穩(wěn)定，鉀元素逐漸減少。

氮、磷、鉀是SIF 的重要支撐，其中土壤氮主要受控于凋落物累積和分解，隨著有機(jī)質(zhì)含量升高，氮素含量也在增加（紀(jì)文婧 等，2016）。在研究區(qū)內(nèi)，隨海拔升高，SOM 逐漸增加（見(jiàn)圖2-a），所以氮素對(duì)低海拔土壤帶SIF 的限制要高于高海拔段。雖然相關(guān)研究揭示了土壤磷元素與SOM 的正相關(guān)關(guān)系（宋雄儒 等，2015），但是土壤磷元素多來(lái)源于巖石風(fēng)化，其豐富程度多受地層巖石等地質(zhì)背景控制，因此磷元素在土壤中的分布也具有遷移緩慢、空間分布較穩(wěn)定等特點(diǎn)（馬國(guó)飛 等，2017），這也解釋了雖然研究區(qū)SOM 隨海拔高度而增加，但磷元素對(duì)SIF 的限制強(qiáng)度基本穩(wěn)定的現(xiàn)象。同時(shí)研究區(qū)不同海拔段全磷含量對(duì)SIF 的貢獻(xiàn)值始終較高，而速效磷的限制強(qiáng)烈，說(shuō)明全磷與速效磷之間無(wú)顯著相關(guān)性，這與宋雄儒等（2015）的研究一致。土壤速效鉀隨海拔增高而減小的趨勢(shì)與任啟文（2020）、羅鈺穎（2020）等研究一致，速效鉀具有較強(qiáng)的水溶性，受研究區(qū)降水隨海拔梯度逐漸增強(qiáng)的影響，中高海拔段土壤帶中速效鉀流失嚴(yán)重，所以其對(duì)各山地土壤帶SIF的限制隨海拔升高而加強(qiáng)。

除氮磷鉀外，pH隨海拔升高而對(duì)SIF的貢獻(xiàn)逐漸降低，說(shuō)明pH隨海拔升高而降低。pH對(duì)氮磷鉀元素在SOM 中的釋放以及植物對(duì)其吸收利用等生物地球化學(xué)循環(huán)具有重要作用。如土壤中磷的溶解和吸附等化學(xué)形態(tài)轉(zhuǎn)變過(guò)程受pH約束，pH升高可以增強(qiáng)土壤中磷的有效性（宋雄儒 等，2015）；pH還會(huì)影響土壤層對(duì)SOM 的螯合或吸附（Camino et al., 2014），或是通過(guò)影響微生物活性來(lái)影響SOM礦化等（Ratpukdi et al., 2010）。土壤pH 的減小也反應(yīng)了各種鹽基離子侵蝕流失、土壤腐殖質(zhì)積累轉(zhuǎn)換和硝化作用等隨海拔梯度逐漸增強(qiáng)，所以適宜的pH有助于SIF的維持和提升。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)蝴蝶谷地區(qū)6 個(gè)山地土壤帶和低海拔3個(gè)典型土地利用類型土壤有機(jī)質(zhì)和綜合肥力特征的分析、評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，海拔升高帶來(lái)氣溫、降水和人類活動(dòng)強(qiáng)度的梯度差異，導(dǎo)致森林生態(tài)系統(tǒng)中生物過(guò)程和水文過(guò)程發(fā)生改變，進(jìn)而影響了凋落物的生物地球化學(xué)循環(huán)，北熱帶山地土壤帶SOM、SIF表現(xiàn)出隨海拔升高而增大的特點(diǎn)，即SOM、SIF均為棕壤帶＞黃棕壤帶＞黃壤帶＞紅壤帶＞赤紅壤帶＞磚紅壤帶。在典型土地利用類型下，表層和亞表層SOM、SIF均為次生林＞香蕉園＞橡膠林，除次生林SOM 顯著高于香蕉園和橡膠林外，其余均無(wú)顯著差異。按土壤理化性質(zhì)對(duì)各山地土壤帶SIF維持和限制的特征，可劃分為3個(gè)類型，其中磚紅壤帶以速效氮、速效磷限制為主，赤紅壤帶和紅壤帶以速效氮、速效磷和pH 限制為主，黃壤帶、黃棕壤帶和棕壤帶以速效磷、速效鉀和pH限制為主，而維持和限制低海拔不同土地利用類型SIF 的因素與同海拔段內(nèi)自然土壤基本一致。未來(lái)山地開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中低海拔區(qū)域應(yīng)該注重補(bǔ)充氮肥和磷肥，中高海拔區(qū)域則應(yīng)該注重補(bǔ)充磷肥和鉀肥，同時(shí)調(diào)節(jié)適宜的pH 更有助于土壤養(yǎng)分的釋放和植物吸收利用。