宁南黄土区典型人工林土壤生态化学计量特征

SoilEcological StoichiometryCharacteristicsof Typical Plantation inLoessRegionof Southern Ningxia

WANG Yue-ling1， XU Hao2， AN et al（1. Institute of Forestry and Grassland Ecology，Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Yincuaningia2.GuyanBrach，ingiacadfgicltureandrestiecs，uyaningi60） Abstracteilosofieptatiololocalricaracetndealth lawfsoilutrientsintypicalartifalplantationosystesinessgofsoingia.MetdSitycalplantatioets （PruusibiicforstsdostagnasstodefusCg shii，Prunussiicappherhmdes）ofPengangZnguangsallwatesdinelossgioofsoutNgiawreselecteds the research objects，and soil samples were collected from 0-20，>20-40，>40-60，>60-80，>80-100cm ，respectively. The contents of organiccarbon（SOC），otaltrgn（T），otalposous（T）dotaloai（K）inirentsoilayesredeteiddr stoichiometricratioswereanalyzdResultesolutrientcontentwasiuencdbyteforesttypeandsoillar，andterewersigificantdiferencesinsoilutrientsongdifrentforeststads，with“sufceagegationOCndsowdaeceasingtrdthin creasing soil depth，while TP and TK showed weaker changes with soil depth.The nutrient contentof Caragana korshinski forest was the highestamong the six forest stands.Thesoil SOC content wasata“deficient”or“slightly deficient”level，and the soil TP content was at a “slightly deficient”level，indicating that SOC and were limiting elements.The differences in soil C：N ， and N：K among different forest stands were not significant，while the C：P ratio of Prunus armeniaca × Caragana korshinskii forest was significantly higher than that of other foreststads.eoelatiotwensoilutrentcontetandoogicalstometryindifentfreststadsasiconsstol C：P and （20 C：K were greatly affected by soil SOC， C：N，N：P and N：K were most affected by TN，and P：K was most affected by TP.[Conclusion] Theresearchresultsprovidetechnologicalsupportfortherestoratioandsustainablemanagementofplantationvegetationintheregion. Key wordsPlantation；Soil nutrients；Ecologicalstoichiometry；Change characteristics；Loess regionofsouthem Ningxia

生态化学计量学是一门研究生态系统内部能量与碳（C）、氮（N）、磷（P）等化学元素之间动态平衡及元素平衡对生态交互作用影响的理论科学[1]，其特征反映土壤养分贮存和供应能力及养分动态，对土壤生态系统修复与保护具有重要指导意义[2]。土壤主要组分 生态化学计量特征对于判断土壤养分之间的耦合关系和土壤质量有重要作用[3]，土壤 C：N 和 分别反映了土壤有机质的分解速率和磷的有效性， 可确定养分限制的阈值[4]，探讨土壤C、N、 养分水平及其化学计量关系的影响机制对区域土壤养分管理和可持续利用至关重要[5]。研究林地土壤C、N和P含量分布及生态化学计量特征，对于揭示森林生态系统土壤养分循环、养分限制状况及其影响因素均具有重要的实践意义[。目前，国内森林土壤生态化学计量学研究迅速发展，主要集中在植物叶-凋落物-土壤、不同地形、不同森林类型及其影响因素等方面。如辛鹏程等7研究山西西南部黄土丘陵区典型林分生态化学计量特征发现，土壤氮缺乏且凋落物分解受N限制；白雪娟等[8]研究黄土高原不同人工林叶片-凋落叶-土壤生态化学计量特征发现，3种人工林不同组分中C、N、P含量均为叶片 > 凋落叶>土壤；白丽丽等研究祁连山典型植被土壤碳、氮、磷含量及生态化学计量特征的垂直变化发现，海拔梯度和土壤深度显著影响土壤碳、氮、磷含量及碳氮化学计量比；张光德等["研究发现祁连山中部不同植被类型土壤化学计量比主要受植被类型和土壤理化性质的影响；曹智等[1研究南方红壤丘陵区水土保持林对枯落物和土壤养分的影响发现，林分组成和季节对土壤有机碳含量存在显著影响；郭鑫等[12]研究黄土丘陵区典型退耕恢复植被土壤生态化学计量特征发现，土壤化学计量在不同退耕恢复植被间差异显著；张雨鉴等[13]研究发现滇中亚高山不同森林类型土壤养分含量及化学计量特征均存在显著差异，母岩、地形地貌及植被组成是其主要影响因子。综上所述，不同区域、不同地形、不同森林类型土壤养分及其化学计量比均存在一定的变异性，且影响因子也不相同。

宁南黄土区地处黄土高原的西北端，干旱少雨，植被稀疏，生态环境脆弱，侵蚀严重，地貌破碎[14]。植被恢复能有效防治水土流失，自国家1999年实施退耕还林工程以来，宁南黄王区植被覆盖率、土壤质量明显提升，形成了自然恢复和人工恢复为主的植被类型[15-16]。由于研究区域、立地条件、退耕年限等因子的不同，退耕后土壤养分的积累情况也不同[17]，而不同人工林因其生物学特性的差异，对养分的吸收和利用有所不同，也会导致土壤养分的差异[18]。虽然目前许多学者对退耕还林后的土壤、凋落物和植被等均进行了大量研究[12，19-20]，但是关于宁南黄土区基于水平沟工程措施扰动的典型退耕人工林地土壤生态化学计量对比研究较少，对人工林的土壤养分恢复现状认识不足。因此，该研究以宁南黄土区退耕近20年的6种典型人工林为研究对象，通过测定和分析不同林分不同土层的土壤 含量及其化学计量特征，阐明不同林分土壤C、N、P含量及化学计量比随土层深度的变化规律，揭示宁南黄土区典型退耕人工林生态系统土壤养分的循环特征和限制因素，以期为该区域人工林植被恢复和健康可持续经营提供科技支撑。

1材料与方法

1.1研究区概况研究区中庄小流域位于宁夏南部固原市彭阳县东北 13km ，该区地形破碎，沟壑纵横，地貌以梁状丘陵为主，是主要的居住和农业生产区。海拔为 ，气候类型属典型的温带半干旱大陆性季风气候，年平均气温7.6℃，无霜期 140～170d ，年降水量 350～550mm ，主要集中于7—9月，年潜在蒸发量 ，易发局地暴雨洪水。土壤类型以黄绵土为主，pH8.0～8.5，土层深厚，土质疏松，水土流失严重，生态极为脆弱。为控制水土流失提高水分利用效率，在2000年前后相继实施了“退耕还林草”“88542水平沟整地”“坡改梯”等生态修复工程。现人工林以山杏（PrunussibiricaL.）山桃（PrunusdavidianaFranch.）沙棘（Hippophae rhamnoidesLinn.）、柠条（Caragana korshinskiiKom.）等树种为主，自然植被以长芒草（StipabungeanaTrin.）百里香（ThymusquinquecostatusCelak.）西山委陵菜（PotentillasischanensisBge.exLehm.）二裂委陵菜（PotentillabifurcaL.）等植物为主。

1.2研究方法在研究区全面踏查的基础上，选择具有典型代表性的6种人工林地（山杏林、山桃林、柠条林、沙棘林、山杏 × 柠条林、山杏 × 沙棘林）为研究对象，进行土壤样品采集。同时记录样地基本信息，包括经纬度、坡位、坡度、海拔等（表1）。

2021年7月在每种林地内采用5点取样法，去除表面植物残体和石头后用直径为 5cm 的土钻取 0～100cm 的土样，每 20cm 一层，每层3个重复，同一土层样品混合均匀后装入自封袋带回实验室风干处理备用。土壤养分参照《土壤农化分析》中相应方法进行测定。

1.3数据分析采用Excel2016、DPS17.10和 SPSS18.0统计分析软件对土壤养分数据进行整理作图和统计分析，采用单因素方差分析（One-wayANOVA）进行差异显著性分析（P<0.05） 。参照第二次全国土壤普查分级标准，评价宁南山区典型林分的土壤养分丰瘠程度。

2 结果与分析

2.1不同人工林土壤养分含量及化学计量特征由表2可知，在 0～100cm 土层，6种林分土壤 SOC、TN、TP、TK的平均值分别为 5.36，1.28，0.56，18.03g/kg 。参照第二次全国土壤普查分级标准可知，在 0～100cm 土层，6种林分中山杏林、山桃林、沙棘林和山杏 × 沙棘林土壤SOC含量平均值均处于“缺乏"水平，柠条林和山杏 × 柠条林处于“稍缺乏”水平；山杏 × 沙棘林土壤TN含量处于“稍贫乏"水平，其他林分处于“中等”或“稍丰富"水平；各林分土壤TP含量除了柠条林处于“中等"水平外，其他均处于“稍贫乏”水平；各林分土壤TK含量均处于“中上等"水平。土壤 在各林分之间差异不显著（ P>0.05） ，土壤SOC、TP、TK、C： 在各林分间差异明显。其中柠条林除了 低于山杏 × 柠条林外， 均显著高于其他林分（ ？ P<0.05） ，沙棘林和山杏 × 沙棘林土壤 SOC、TP、C：P？C：K？P：K 差异均不显著（ P>0.05） 。