白于山区不同植物群落土壤碳氮磷空间分布及化学计量特征.pdf

Vol.43 No.9Sep.2023第 43 卷 第 9 期2023 年 9 月中 南 林 业 科 技 大 学 学 报 Journal of Central South University of Forestry&Technologyhttp:/收稿日期：2022-10-14基金项目：陕西省科学技术厅青年项目（2021JQ-168）；陕西省科技计划项目特色产业创新链（群）（2019TSLNY03-03）；陕西省林业科学院科技创新计划项目（SXLK2021-0104）；陕西林业科技创新青年人才培育专项（SXLK2023-06-6）；中国科学院西部青年学者 B 类（XAB2019B11）；榆林市科技计划项目（YF-2022-11）；榆林市科技计划项目（YF-2022-9）；榆林市委、市政府专项“榆林防止二次沙化与水土流失调查研究”（榆政财资发202147 号）。第一作者：马雅莉（），助理工程师，硕士。通信作者：石长春（），正高级工程师。引文格式：马雅莉,高荣,刘喜东,等.白于山区不同植物群落土壤碳氮磷空间分布及化学计量特征 J.中南林业科技大学学报,2023,43(9):116-125.MA Y L,GAO R,LIU X D,et al.Spatial distribution and stoichiometric characteristics of soil carbon,nitrogen and phosphorus in different plant communities in Baiyu mountain areasJ.Journal of Central South University of Forestry&Technology,2023,43(9):116-125.白于山区不同植物群落土壤碳氮磷空间分布 及化学计量特征马雅莉1，高 荣1，刘喜东1，肖建明2，郭锦梅1，齐 昆1，赵学庆1，冯 娜1，张晨晨1，李 剑1，杨 涛1，乔江波3，石长春1，4（1.陕西省林业科学院，陕西 西安 710082；2.榆林市林业科学研究所，陕西 榆林 719000；3.西北农林科技大学 水土保持研究所，陕西 杨凌 712100；4.陕西榆林毛乌素沙地荒漠生态系统国家定位观测研究站，陕西 榆林 719000）摘 要：【目的】以白于山区困难立地为例，探究不同植物群落的土壤碳氮磷空间分布及其生态化学计量特征的垂直分布规律，探明白于山区不同植物群落的土壤养分特征，为该区生态治理及植被恢复提供科学依据。【方法】以荒草地、苜蓿 Medicago sativa 草地、油松 Pinus tabuliformis、大果榆 Ulmus macrocarpa、沙棘Hippophae rhamnoides 乔灌林地为研究对象，分析 5 种典型植物群落 0 60 cm 土层的土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）含量及化学计量比特征的差异性。【结果】1）白于山区不同植物群落的土壤有机碳、全氮和全磷含量均随土层深度的增加而降低，具有表聚效应，表现出乔木林地（油松、大果榆）灌木林地（沙棘）草地（荒草地、苜蓿草地）的规律。2）植物群落类型及土层深度对土壤 C、N、P 含量及化学计量比均会产生一定影响，二者交互效应不显著，限制程度为植被群落土层深度。3）土壤 C、N、P、C/P、N/P 远低于全国平均值，C/N 均接近或高于我国陆地土壤和森林土壤的平均值，表明相对于其他元素来讲，土壤 P 元素相对充足，且该地区土壤有机碳固持能力较低，植物生长过程中更易受 N 元素限制。4）N 与 N/P，C 与 N/P、C/P 的相关关系极显著（P 0.001），且 C 与 N 的相关关系极显著（P 0.001），P 与各指标的相关系数较小，相关性较弱；不同土层下，N 元素对 PCA1 轴的影响最大，说明研究区土壤主要受 SOC 与 TN 的双重影响，土壤 N 元素在 N、P 关系的调控中发挥关键作用的同时，C 对 N、P 及其化学计量比值影响较大。【结论】相对于其他元素来讲，白于山区土壤 P 素相对充足，有机碳固持能力较低，且该地区土壤主要受 C、N 元素的双重影响，影响程度表现为 N C。关键词：白于山区；植被群落；土壤；碳氮磷；化学计量中图分类号：S718.43 文献标志码：A 文章编号：1673-923X(2023)09-0116-10Spatial distribution and stoichiometric characteristics of soil carbon,nitrogen and phosphorus in different plant communities in Baiyu mountain areasMA Yali1,GAO Rong1,LIU Xidong1,XIAO Jianming2,GUO Jinmei1,QI Kun1,ZHAO Xueqing1,FENG Na1,ZHANG Chenchen1,LI Jian1,YANG Tao1,QIAO Jiangbo3,SHI Changchun1,4(1.Shaanxi Academy of Forestry,Xian 710082,Shaanxi,China;2.Yulin Forestry Research Institute,Yulin 719000,Shaanxi,China;3.Institute of Soil and Water Conservation,Northwest A&F University,Yangling 712100,Shaanxi,China;4.State Long-term Observation and Research Station for Maowusu Sandy Desert Ecosystem in Yulin of Shaanxi,Yulin 719000,Shaanxi,China)Abstract:【Objective】The purpose of this study was to explore the spatial distribution of soil carbon,nitrogen and phosphorus in different plant communities in Baiyu mountain areas and the vertical distribution of their ecological stoichiometric characteristics,to Doi:10.14067/ki.1673-923x.2023.09.012117中 南 林 业 科 技 大 学 学 报第 43 卷生态化学计量比是反映碳（C）、氮（N）、磷（P）元素动态平衡及其耦合关系特征的重要参数1，也是揭示生态系统交互作用的一种有效手段2-3。土壤 C、N、P 元素是植被生长发育过程中最重要的限制因子，其动态平衡及化学计量特征直接影响土壤肥力和植物的生产力4。因此，研究碳氮磷化学元素在生态系统过程中的相互平衡、相互制约变化规律，对评估生态系统内部元素收支及养分循环具有重要意义。以往对生态化学计量特征的研究主要集中在黄土丘陵区5、草地6、湿地7等立地条件较好、降雨丰富的地区，仅部分学者针对生态脆弱区植物群落的生态化学计量比进行了探讨，但研究结果并无一致性。董雪等8对乌兰布和沙漠不同典型灌木群落土壤化学计量特征进行研究，发现 C/N 和 P 具有较高的稳定性，且 C/P 和 N/P 是研究区限制性养分判断的重要指标。俞月凤等9对喀斯特 5 种退化植被群落进行了研究，得出在退化林植被恢复过程中要注重 N 供应的结论。在不同地区、不同研究尺度下，土壤因子对植物的影响各不相同，部分学者认为在土壤养分梯度的中间位置植物群落会表现出较高的多样性，也有结果认为植被特征与土壤因子之间不存在相关性10-11。也有学者认为，植被群落在生态系统物质循环中的作用不可忽视，受地表植被组成、群落结构及植物多样性等因素的影响，同一地块的土壤结构、理化性质各不相同，进而造成不同植物群落间的土壤养分供给差异及生态修复能力的不同12-14。白于山区植被稀少，黄土裸露，土壤侵蚀严重，是陕西省植被盖度最差、生态环境最为脆弱的地区之一15，在生态治理中占据重要区位。但是，目前鲜有学者以白于山区为研究对象，针对不同植物群落的土壤 C、N、P 空间分布特征展开系统深入研究。基 于 此，本 研 究 以 白 于 山 区 油 松 Pinus tabuliformis林地、大果榆Ulmus macrocarpa林地、沙 棘 Hippophae rhamnoides 灌 木 林 地、苜 蓿Medicago sativa 地及荒草地为研究对象，通过对其土壤化学计量特征进行比较，从生态计量学角度揭示白于山区不同植物群落的土壤元素空间分布特征及垂直变异规律，为防止水土流失、促进地力恢复、植被恢复类型优化及生态修复重建提供科学依据。1 材料与方法1.1 研究区概况研究区位于陕西省榆林市靖边县王渠则镇（10861E，3741N），白于山区北麓，为暖温带半干旱典型草原区，属温带半干旱大陆性季风气候，海拔 1 800 1 907 m，年平均气温 7.9，年平均日照 2 743.3 h，年平均降水量 316.9 mm，年平均无霜期 141 d，绝对无霜期 110 d，土壤大多为细沙黄绵土，植被以温带丛生禾草典型草原和粮食作物及耐寒经济作物为主，其中分布较多、盖度较大且发育良好的树种及草本主reveal the nutrient characteristics of different plant communities,and provide scientific information for ecological management and vegetation restoration.【Method】In this study,barren grassland,Medicago sativa grassland,Pinus tabuliformis,Ulmus macrocarpa,and Hippophae rhamnoides tree-shrub forest land were used as the research objects.At the same time,the differences in soil organic carbon(SOC),total nitrogen(TN),total phosphorus(TP)content and stoichiometric ratio indicators of five typical plant communities in the 0-60 cm soil layer were analyzed.【Result】(1)The soil nutrient contents in different plant communities decreased with the increase of soil depth,with a surface aggregation effect,which showed“arbor forest land shrub land grassland”.(2)Plant type and soil depth has certain effects on soil C,N,P contents and stoichiometric ratio,while their interaction effect was not significant,and the limiting degree was plant community soil depth.(3)The soil C,N,P,C/P and N/P were much lower than those of the national average,and the C/N value was close to or higher than the average values of terrestrial and forest soils in China,which showed that soil P was relatively sufficient compared with other elements,the soil organic carbon sequestration capacity in this area was low,and plant growth was more susceptible to nitrogen limitation compared with other elements.(4)The correlations between N and N/P,and N/P,C/P and C were extremely significant(P 0.001),and the correlation between C and N was extremely significant(P 0.001).The correlation coefficient between P content and each index was small,and the correlation was weak.In different soil layers,N had the greatest impact on the PCA1 axis,indicating that the soil in the study area was mainly affected by SOC and TN,while N played a key role in the regulation of the relationship between N and P,and C also had a great influence on N,P and their stoichiometric ratios.【Conclusion】Compared with other elements,the soil P in Baiyu mountain areas is relatively sufficient,and the organic C sequestration capacity is low.The soil in this area is mainly affected by C and N,and the influence degree is N C.Therefore,in practical production,artificial measures such as rain harvesting and afforestation and tree classification can be adopted to improve soil physicochemical properties and better promote the ecosystem nutrient cycling according to local conditions.Keywords:Baiyu mountain areas;plant communities;soil;carbon,nitrogen and phosphorus;stoichiometry马雅莉，等：白于山区不同植物群落土壤碳氮磷空间分布及化学计量特征118第 9 期要 有 油 松 Pinus tabuliformis、侧 柏 Platycladus orientalis、水桐Camptotheca acuminata、大果榆Ulmus macrocarpa、臭椿Ailanthus altissima、沙枣Elaeagnus angustifolia、百里香Thymus mongolicus、长芒草Stipa bungeana、针 茅 Stipa capillata、沙 打 旺 Astragalus adsurgens、柠条Caragana korshinskii、沙棘Hippophae rhamnoides、苜蓿 Medicago sativa 等。1.2 样品采集与测定1.2.1 样地布设于 2020 年 7 月选取荒草地、油松、大果榆及沙棘乔灌林地、苜蓿草地共 5 种不同植物群落的样地为试验区，人为干扰均较少。样地布设的具体方法为：每一植物群落下分别选取 3 块典型林分作为样地，共 15 块样地，每块样地面积均为 20 m20 m。样地基本情况见表 1。1.2.2 土壤样品采集与测定每个样地内采用“S”形取样法，用环刀分层 采 集 0 20、20 40、40 60 cm 土 样，用四分法抽取土样，风干研磨后过 100 目筛，放入塑封袋标记，用于土壤有机碳、全氮、全磷的测定。表 1 陕西白于山区 5 种植物群落样地的基本布设情况Table 1 Basic layout of five plant community sample plots in Baiyu mountain areas,Shaanxi植物群落Plant community经度Longitude纬度Latitude海拔Altitude/m坡度Slope/（）pH 值pH value样地数Sample number植被盖度Vegetation coverage/%荒草地 Waste grassland10831E3730N1 496288.4329油松林地 Pinus tabulaeformis forest land10841E3731N1 632308.2353大果榆林地 Ulmus macrocarpa forest land10838E3724N1 653328.4341沙棘灌木林地 Hippophae rhamnoides shrubland10848E3790N1 587358.3339苜蓿草地 Medicago sativa grassland10837E3719N1 583338.5330土壤有机碳（SOC）含量的测定采用重铬酸钾外加热法；全氮（TN）的测定采用浓硫酸消煮-半微量凯氏定氮法，全磷（TP）采用 NaOH 熔融-钼锑抗比色法16，计算碳氮比（C/N）、碳磷比（C/P）、氮磷比（N/P）。1.3 数据处理与分析利用 Excel 2019 软件进行数据整理，用 Origin 2021 软件完成数据绘图，在 SPSS 25.0 软件中采用单因素方差分析（One-way ANOVA）对不同植物群落的土壤养分含量及化学计量进行差异性分析，并采用 Duncan 法进行多重比较（=0.05），用双因素方差进行土壤深度与植被群落的交互作用分析，同时采用 R 语言对数据进行主成分分析（PCA），并用 Pearson 法对土壤养分含量及其化学计量之间的相关性进行分析。2 结果与分析2.1 不同植物群落下各土层碳氮磷元素的空间分布特征2.1.1 不同植物群落下 0 60 cm 土层碳氮磷元素垂直分布特征白于山区不同植物群落下 0 60 cm 土层碳氮磷元素分布状况如表 2 所示。由表 2 可知，无论何种植物群落条件下，SOC、TN、TP 含量均随土层深度的加深而逐渐降低。无论何种土层深度，SOC、TN、TP 均以乔木林地（油松或大果榆）最高，SOC 含量均以苜蓿草地为最低，TP 含量均以荒草地为最低，TN 含量以苜蓿草地或荒草地为最低。2.1.2 不同植物群落下 0 60 cm 土层土壤化学计量比特征白于山区不同植被群落下 0 60 cm 土层土壤 的 C/N（图 1）、C/P（图 2）、N/P（图 3）均存在显著差异（P 0.05）。三类土层的 C/N及 C/P 均以荒草地为最高，其值分别为 24.58、30.83，24.62、29.06，29.02、29.03；N/P 均 以 苜蓿草地为最低，其值分别为 1.16、0.81、0.76。同时，荒草地及大果榆林地的 C/N 均随土层深度的增加而升高，C/P 及 N/P 则表现出相反的规律。油松林地及苜蓿草地的 C/N、C/P 均在 20 40 cm土层出现最小值。除沙棘灌木林地外，其余 4 类地块的 N/P 均随土层深度的增加呈递减趋势。2.2 不同植物群落与不同深度土层土壤的交互作用分析不同植被群落和土层深度的土壤 SOC、TN、TP 及其化学计量比的双因素方差分析结果（表 3）显示，土壤 SOC、TN、TP 在土层深度和植物群119中 南 林 业 科 技 大 学 学 报第 43 卷表 2 陕西白于山区不同植物群落样地 0 60 cm 土层土壤 C、N、P 垂直分布特征Table 2 Vertical distribution characteristics of the soil C,N and P in the 0-60 cm soil layer of different plant community plots in Baiyu mountain areas,Shaanxi Province土层 Soil layer/cm植被群落 Vegetational typeSOC/(gkg-1)TN/(gkg-1)TP/(gkg-1)0 20 沙棘 Hippophae rhamnoides9.652.13 cd0.640.13 c0.410.08 cd荒草地 Waste grassland10.530.64 b0.530.15 d0.350.04 e苜蓿 Medicago sativa6.251.16 d0.510.12 d0.450.01 bc油松 Pinus tabulaeformis11.801.12 a0.770.06 ab0.480.01 ab大果榆 Ulmus macrocarpa11.630.38 a0.970.07 a0.500.02 a20 40 沙棘 Hippophae rhamnoides9.084.69 a0.570.32 b0.390.03 c荒草地 Waste grassland8.350.22 cd0.340.02 cd0.320.08 cd苜蓿 Medicago sativa3.950.02 d0.330.03 d0.410.04 b油松 Pinus tabulaeformis9.341.74 a0.680.13 a0.420.00 a大果榆 Ulmus macrocarpa8.581.04 bc0.550.12 cd0.460.02 a40 60 沙棘 Hippophae rhamnoides6.241.96 bc0.520.24 ab0.330.03 bc荒草地 Waste grassland7.330.14 bc0.260.02 d0.260.04 c苜蓿 Medicago sativa3.880.13 c0.270.02 d0.370.03 ab油松 Pinus tabulaeformis8.671.78 a0.600.13 a0.380.01 ab大果榆 Ulmus macrocarpa7.760.59 ab0.480.10 c0.440.03 a 不同小写字母表示 P 0.05 水平下不同植物群落在同一土壤深度时各指标的差异性。Different lowercase letters indicate significant differences in each index of different vegetation communities at the same soil depth at the P 0.05 level.图 1 陕西白于山区不同植物群落样地 0 60 cm 土层碳 氮比化学计量特征Fig.1 Stoichiometric characteristics of C/N in 0-60 cm soil layers of different plant communities in Baiyu mountain areas of Shaanxi Province图 2 陕西白于山区不同植物群落样地 0 60 cm 土层土 壤碳磷比化学计量特征Fig.2 Stoichiometric characteristics of C/P in 0-60 cm soil layers of different plant communities in Baiyu mountain areas of Shaanxi Province图 3 陕西白于山区不同植物群落样地 0 60 cm 土层土 壤氮磷比化学计量特征Fig.3 Stoichiometric characteristics of N/P in 0-60 cm soil layers of different plant communities in Baiyu mountain areas of Shaanxi Province落的单一作用下均存在显著差异（P 0.05 或 P 0.01），且 C/N、C/P 在植物群落的作用下差异显著（P 0.01），N/P 在土层深度、植物群落条件下均不显著（P 0.05）。同时，土壤深度和植物群落的双因素交互作用均不存在显著差异（P 0.05）。因此，基于双因素方差分析结果，对不同土层深度及不同植物群落条件下的土壤 C、N、P 元素差异性进行分析，分析结果如表 3 4所示。2.3 不同植物群落与不同土层深度对土壤碳氮磷元素含量的影响2.3.1 不同植物群落对土壤元素含量的影响双因素方差分析结果（表 3）表明，除 N/P 外，马雅莉，等：白于山区不同植物群落土壤碳氮磷空间分布及化学计量特征120第 9 期不同植被群落对土壤 SOC（F=4.605，P=0.015）、TN（F=3.732，P=0.014）、TP（F=7.461，P=0.000）、C/N（F=10.561，P=0.000）、C/P（F=6.052，P=0.001）均具有显著影响，故采用主成分分析方法（PCA）对不同植物群落条件下的 SOC、TN、TP、C/N、C/P 进行进一步分析，结果如图 1 所示。根据特征值 1 的原则，提取的第 1 主成分PCA1、第 2 主成分 PCA2 的方差贡献率分别为49.31%、37.70%，累计方差贡献率为 87.01%，符合主成分分析累计方差贡献率 80%的原则17。由图 4 可知，SOC、TN、TP 及其化学计量比的PCA1 和 PCA2 的典型变量值在不同植被群落条件下具有显著差异（F=3.574，P=0.014；F=18.592，P=0.000）。相对于 TP 及 C/N，TN、SOC 及 C/P 对 PCA1 的影响最大，其中，苜蓿草地处理与 3类乔灌林地处理的土壤元素含量显著不同（P 0.05）；相 对 于 SOC 及 TN，TP、C/N、C/P 对PCA2 的影响最大，其中，荒草地处理与其余 4 类地块处理的土壤元素含量显著不同（P 0.05）。表 3 陕西白于山区不同植物群落样地土壤 C、N、P 及化学计量比的双因素方差分析Table 3 Two-way ANOVA of Soil C,N,P and stoichiometric ratios of different plant community plots in Baiyu mountain areas,Shaanxi Province因素 FactorSOCTNTPC/NC/PN/P土层深度 Soil depth4.806*4.839*5.610*0.5980.8301.603植被群落 Vegetational type4.605*3.732*7.461*10.561*6.052*1.852土层深度 植被群落 Soil depthVegetation community0.1350.3570.0870.4870.0690.239*表示 P 0.05 的显著水平，*表示 P 0.01 的显著水平。下同。*indicates a significant difference of P 0.05 and*indicates a significance level of P 0.01.The same below.图 4 陕西白于山区不同植物群落样地土壤各指标的 主成分分析Fig.4 Principal component analysis of the soil indexes in different plant community plots in Baiyu mountain areas,Shaanxi Province2.3.2 不同土层深度对土壤元素含量的影响双因素方差分析结果（表 3）显示，不同土层深度对 SOC（F=4.806，P=0.015）、TN（F=4.839，P=0.015）、TP（F=5.610，P=0.009）含 量 均 具有显著影响，故采用主成分分析方法（PCA）对不同土层深度下的 SOC、TN、TP 进行进一步分析，结果如图 5 所示。提取的第 1 主成分 PCA1、第 2 主成分 PCA2 的方差贡献率分别为 68.17%、26.86%，累计方差贡献率为 95.03%。图 5 显示，SOC、TN、TP 的 PCA1 典型变量值在不同土层条件下具有显著差异（F=6.171，P=0.004），其中，TN 对 PCA1 的影响最大，SOC 次之，0 20 cm土层处理的土壤元素含量与其余两土层均差异显著（P 0.05）。图 5 陕西白于山区不同土层深度土壤碳氮磷元素含量 影响的主成分分析Fig.5 Principal component analysis of effects of soil carbon,nitrogen and phosphorus accumulation at different soil depths plots in Baiyu mountain areas,Shaanxi Province2.4 土壤养分与化学计量比的相关关系将不同土层与不同植被群落下的土壤元素含量进行相关分析，发现土壤 SOC、TN、TP 及化学计量比存在一定相关关系，但差异显著水平不同（图 6）。TN 与 SOC、TP、C/P、N/P 均呈极显著正相关（P 0.01），与 C/N 呈极显著负相关 121中 南 林 业 科 技 大 学 学 报第 43 卷（P 0.01）；SOC 与 C/P、N/P 呈极显著正相关（P 0.01）；TP 与 C/N、C/P 均呈显著或极显著负相关关系（P 0.01 或 P 0.05）。其中，TN 与 N/P 的相关性最强，相关系数高达 0.91，SOC 与 TN、N/P、C/P 的相关性次之，相关系数分别为 0.83、0.80、0.79；相对于 SOC 及 TN 来讲，TP 与各指标的相关系数较小，相关性较弱，说明在白于山区，土壤 N 元素在 N、P 关系的调控中发挥关键作用的同时，C 元素也对 N、P 元素及其化学计量比值影响较大。*表示 P 0.05，*表示 P 0.01，*表示 P 0.001。*denotes P 0.05,*denotes P 0.01,and*denotes P 0.001.图 6 陕西白于山区不同植物群落样地土壤养分与化学 计量比的相关关系Fig.6 Correlations between soil nutrients and stoichiometric ratios in different plant community plots in Baiyu mountain areas,Shaanxi Province3 讨 论3.1 土壤养分的交互作用及相关关系植物群落、土层深度对土壤养分及化学计量比均产生显著或极显著影响，效应类型为植被群落土层深度，但二者交互作用不显著，说明植物群落是造成土壤养分差异的主要因子，其次是土层深度，这可能是因为植物类型不同，凋落物的养分归还形式及归还速率存在差异，进一步造成土壤养分存在本质差异。而土层深度间的养分差异，可能是受土壤水分、物理沉积及根系效应等的影响18，但影响较小，因此显著性低于植物群落。而在植物群落与土层深度的共同作用下，土壤碳氮磷元素存在相对稳态，在元素储存及消耗过程中比值表现较为稳定，在受环境因子的响应方面具有较好的耦合关系，进一步验证了生态化学计量学的动态平衡理论，这与前人的研究结果相似19。本研究对土壤 C、N、P 及其化学计量比进行相关分析表明，C/N 与 N/P 呈显著负相关。与 TP相比，TN 与 N/P，SOC 与 N/P、C/P 的相关关系极显著（P 0.001），且 SOC 与 TN 的相关关系极显著（P 0.001，r=0.83），说明研究区土壤主要受 SOC 与 TN 含量的双重影响，即 C 和 N 元素是推动白于山区植被群落变化的主要因子，反映了结构性元素C、N对外界环境变化的协同响应。SOC 与 TN 呈极显著正相关（r=0.83），且乔木群落植被冠幅较大，物种丰富度高，林下大量的枯枝落叶、动物及微生物残留，可有效促进养分归还速率，从而使得乔木群落土壤碳氮含量高于草地。同时，受雨水冲刷及淋溶作用的影响，土壤中 P 元素极易从土壤中流失，本研究试验地处于白于山区，水土流失严重，与草地相比，乔木林地根系面积较大，对土壤的固持能力较强，可为土壤提供有效保护，使得土壤磷含量高于草地。3.2 不同植物群落的土壤 C、N、P 空间分布规律任一植物群落下，土壤 SOC、TN、TP 含量均随土层深度的增加而降低，表明 C、N、P 具表聚效应，这可能是随着土层深度的增加，土壤微生物活动增加，养分消耗强度增大，再加上植物根系的影响，底层养分向表层根系的输送量增加，导致土壤养分含量下降20。本研究得出，土壤 SOC、TN、TP 含量均以乔木林地最高，苜蓿草地或荒草地最低，不同植物群落间土壤碳氮元素的积累速率存在明显差异，说明乔木林土壤养分储量相对较高，更有利于白于山区土壤改良。草地 C、N、P 含量低于乔木林，原因可能是草地植被稀疏，植被盖度较低，再加之试验地坡度为 28 33，均为陡坡，当降雨、地表径流作用于坡面时，地表侵蚀加强，养分迁移速度加快，造成了 C、N、P 元素的分解与流失。与乔木群落相比，草地群落的结构与层次较为单一，凋落物向土壤的归还速率较低，也是造成其养分含量低于乔木群落的原因之一。土壤 SOC 含量主要受根系、微生物及含碳矿物质的有机碳输出影响，同时也受植被凋落物及根系分泌物的有机碳输入影响，但主要来源于地表枯落物的分解输入14。白于山区不同植被群落土壤 SOC 含量变化范围为 3.88 11.80 gkg-1，远低于全国土壤 SOC 的平均值（19.33 gkg-1）21，说明该地区土壤的有机碳固持能力较低。前人关于有机碳固持能力的解释有过诸多报道，研究表明多种因素可以影响碳封存和有机碳马雅莉，等：白于山区不同植物群落土壤碳氮磷空间分布及化学计量特征122第 9 期的稳定性，包括植物（植被覆盖、凋落物、根系）、土壤（土壤类型及深度、土壤矿质元素）及微生物（群落结构、功能基因）等22。凋落物分解作为生态系统物质循环的核心过程，其在土壤碳动态转化中发挥着重要作用，凋落物分解过程中产物去向决定了土壤有机碳的赋存状态，而凋落物分解的主要参与者是土壤微生物23，土壤微生物活性和群落组成又受到土壤 pH 值的影响24。研究表明，pH 值小于且等于 7 时的土壤微生物活性最高，有利于土壤有机碳的积累，而有机质分解产生的有机酸会增加土壤酸度，进一步致使土壤pH 值下降25。本研究区土壤 pH 值均大于 8，土壤微生物与相关酶活性升高，有机碳矿化强度增大，不利于土壤有机碳的积累，从而降低了土壤有机碳的固持能力。