植物配置模式對(duì)紅壤坡地土壤養(yǎng)分及其化學(xué)計(jì)量特征的影響

王家樂(lè)，王志剛?，高 陽(yáng)，許文盛

(1.長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江科學(xué)院水土保持研究所，430010，武漢；2.水利部山洪地質(zhì)災(zāi)害防治工程技術(shù)研究中心，430010，武漢；3.深圳市水務(wù)局水土保持處，518035，廣東深圳)

深圳經(jīng)濟(jì)特區(qū)成立以來(lái)，經(jīng)濟(jì)社會(huì)保持高速發(fā)展，城市建設(shè)帶動(dòng)大量的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目，對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生強(qiáng)烈的影響，再加上深圳地處南方紅壤丘陵區(qū)，特定的自然條件(紅壤風(fēng)化程度高、降雨多而集中、暴雨強(qiáng)度大、地形起伏變化大)使深圳水土流失具有易發(fā)、多發(fā)的特點(diǎn)[1-2]。自1995年開(kāi)始，深圳市通過(guò)實(shí)施閑置開(kāi)發(fā)區(qū)土壤侵蝕治理、裸露山體缺口治理以及水源保護(hù)林建設(shè)等一系列水土保持生態(tài)工程建設(shè)，水土流失面積已由1995年的185 km2下降到2018年的25.69 km2，僅占全市陸域面積的1.29%[1,3]。

與此同時(shí)，許多學(xué)者也圍繞深圳市水土流失特征和定量評(píng)估開(kāi)展研究：黨晨席等[4]和王小杰等[5]初步建立深圳市土壤侵蝕預(yù)測(cè)模型；徐翼等[6]利用區(qū)域水土流失快速評(píng)估方法對(duì)深圳市不同時(shí)期的水土流失進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)估；穆天龍等[7]利用RUSLE模型定量研究深圳市土地利用變化對(duì)土壤侵蝕的影響；張園眼等[2]基于GIS和RUSLE模型定量分析深圳市各土壤侵蝕因子的空間分布特征?？梢钥闯觯壳坝嘘P(guān)深圳市水土流失的研究多側(cè)重于土壤侵蝕總量估算和對(duì)水土流失影響因素的分析。

對(duì)于水土流失的防治，深圳通過(guò)“園林城市”“生態(tài)城市”“國(guó)際花園城市”等城市建設(shè)模式的實(shí)踐，逐步形成了城市水土保持創(chuàng)新技術(shù)體系[1]。其中，植被重建是開(kāi)展水土流失生態(tài)治理的重要措施，2019年發(fā)布的DB4403/T 34—2019《深圳市生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)規(guī)范》將“配植物，優(yōu)生態(tài)”作為水土保持設(shè)計(jì)的策略之一，強(qiáng)調(diào)水土保持措施的生態(tài)性，通過(guò)植被重建，有利于促進(jìn)土壤發(fā)育，改善土壤特性，提高肥力[8]；但是針對(duì)植被重建較長(zhǎng)時(shí)間后，不同植物配置模式對(duì)深圳紅壤坡地土壤質(zhì)量影響的定量評(píng)估研究較少。

土壤中各種養(yǎng)分之間存在著一定的耦合關(guān)系，將土壤中某種元素作為單一要素考慮不能全面反映土壤養(yǎng)分特征，掌握土壤中各元素之間的關(guān)系及比例十分必要[9]。生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)是分析多重化學(xué)元素的質(zhì)量平衡對(duì)生態(tài)交互作用影響的一種理論，通過(guò)分析元素間的平衡關(guān)系，為研究生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、磷養(yǎng)分分布和循環(huán)、養(yǎng)分限制及平衡機(jī)制等提供了一種綜合方法[10]。

筆者以恢復(fù)10 a的不同植物配置模式為研究對(duì)象，選取深圳市水土保持科技示范園內(nèi)的紅壤坡地徑流小區(qū)為取樣與觀測(cè)的試驗(yàn)地，對(duì)比分析不同植物配置模式對(duì)土壤養(yǎng)分及其化學(xué)計(jì)量比的影響，探討不同植物配置模式的土壤養(yǎng)分效應(yīng)，以期為深圳市水土流失區(qū)植被重建的優(yōu)化配置和效果評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究地點(diǎn)位于深圳市水土保持科技示范園內(nèi)，地理位置為E 113°56′48″、N 22°35′51″，海拔39 m。該區(qū)域的氣候類(lèi)型為亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，雨量充沛，年平均降雨量1 966.5 mm，4—9月為雨季，降雨量占全年降雨量的85%，年平均氣溫22.4 ℃，年平均日照時(shí)間2 120.5 h[2]。

科技示范園內(nèi)共設(shè)置8個(gè)規(guī)格為20 m×5 m的標(biāo)準(zhǔn)坡面徑流小區(qū)，坡度均為22.5°，小區(qū)內(nèi)土壤類(lèi)型均為赤紅壤。根據(jù)徑流小區(qū)建設(shè)資料，徑流小區(qū)于2009年建成，小區(qū)在填土前先將回填土壤混合均勻以保證各小區(qū)之間和小區(qū)內(nèi)部土壤的均一性，填土深度為50 cm。徑流小區(qū)共設(shè)置草地(grass land,GL)、喬木林地(wood land,WL)、喬灌復(fù)合林地(wood &shrub land,WL+SH)3種植物配置模式，以及裸地(bare land,BL)作為對(duì)照，其中1號(hào)徑流小區(qū)為裸地；2號(hào)、3號(hào)和4號(hào)徑流小區(qū)為草地，種植臺(tái)灣草(Zoysiatenuifolia)；5號(hào)和6號(hào)徑流小區(qū)為喬木林地，種植荔枝樹(shù)(Litchichinensis)；7號(hào)和8號(hào)徑流小區(qū)為喬灌復(fù)合林地，喬木種植荔枝樹(shù)、灌木種植黃金葉(Durantarepens)和七彩大紅花(Hibiscusrosa-sinensis)。樣地基本特征見(jiàn)表1。

表1 樣地基本特征Tab.1 Basic information of plots

2 研究方法

2.1 樣品采集與測(cè)定

土壤樣品采集于2019年5月，在8個(gè)徑流小區(qū)的上、中、下3個(gè)坡位分別按梅花法布設(shè)5個(gè)采樣點(diǎn)，有研究表明紅壤地區(qū)表層土壤是植物影響土壤養(yǎng)分的主要作用層，10 cm以下土壤養(yǎng)分垂向分布逐漸趨于一致[11]；因此，在每個(gè)采樣點(diǎn)用土鉆分別取0～10和10～20 cm淺層土壤以及40～50 cm底層土壤樣品，然后將每個(gè)坡位5個(gè)采樣點(diǎn)同一深度層次的土樣混合裝袋并進(jìn)行編號(hào)。其中，40～50 cm土壤作為深層對(duì)照來(lái)對(duì)比研究植物對(duì)淺層和深層土壤養(yǎng)分的影響。

土樣送至長(zhǎng)江大學(xué)土壤農(nóng)化實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試分析。土樣陰干后剔除植物根系、葉片、昆蟲(chóng)尸體等雜物，并充分混合均勻，按四分法將樣品分為4份，取其中1份進(jìn)行土壤養(yǎng)分分析。

土壤有機(jī)碳(soil organic carbon,SOC)采用重鉻酸鉀外加熱法進(jìn)行測(cè)定，全氮(total nitrogen,TN)采用凱式定氮法進(jìn)行測(cè)定，全磷(total phosphorus,TP)采用高氯酸-硫酸消解鉬銻抗比色法進(jìn)行測(cè)定，堿解氮(alkaline nitrogen,AN)采用堿解擴(kuò)散法進(jìn)行測(cè)定，速效磷(available phosphorus,AP)采用NaHCO3浸提鉬銻抗比色法進(jìn)行測(cè)定[12]。土壤養(yǎng)分含量采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)，化學(xué)計(jì)量系數(shù)采用摩爾比。

2.2 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行前期統(tǒng)計(jì)處理；采用SPSS 19.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析及相關(guān)分析；采用Canoco 5.0進(jìn)行冗余分析(redundancy analysis,RDA)，分析不同植物配置模式之間土壤養(yǎng)分和化學(xué)計(jì)量系數(shù)之間的關(guān)系。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤養(yǎng)分含量特征

圖中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；不同大寫(xiě)字母表示不同植物配置模式間土壤養(yǎng)分含量差異顯著(P<0.05)；不同小寫(xiě)字母表示不同深度間土壤養(yǎng)分含量差異顯著(P<0.05)。Data in the figure are mean ± standard deviation.Different capital letters indicate significant difference in soil nutrient contents between different plant allocation patterns (P<0.05).Different lowercase letters indicate significant difference in soil nutrient contents between different soil depths (P<0.05).圖1 不同植物配置模式下土壤養(yǎng)分含量Fig.1 Soil nutrient contents under different plant allocation patterns

不同植物配置模式下各深度土壤SOC、TN、TP、AN和AP含量分布如圖1所示，采用Duncan法進(jìn)行多重比較分析來(lái)檢驗(yàn)其養(yǎng)分含量的差異顯著性，檢驗(yàn)結(jié)果用大、小寫(xiě)字母標(biāo)注在圖1中。

除TP和AN在土壤中垂向分布較均勻外，土壤中其余養(yǎng)分分布均呈現(xiàn)出顯著的“表聚效應(yīng)”。0～10 cm表層土壤中的SOC、TN和AP(除草地外)含量顯著高于下層土壤(P<0.05)，其增幅范圍分別可達(dá)83.2%～368.7%、73.1%～235.5%和72.9%～94.6%。而10～20和40～50 cm 2個(gè)深度層次之間土壤中的養(yǎng)分含量差異不顯著(P>0.05)，說(shuō)明植物對(duì)土壤養(yǎng)分的主要作用層是0～10 cm表層土壤。

除TP外，草地、喬木林地和喬灌復(fù)合林地0～10 cm表層土壤中的其他養(yǎng)分含量均顯著高于裸地(P<0.05)，但不同植物配置模式對(duì)表層土壤中各養(yǎng)分的提高效果各異：?jiǎn)坦鄰?fù)合林地表層土壤中的SOC含量顯著高于喬木林地(P<0.05)，而與草地差異不顯著(P>0.05)；喬灌復(fù)合林地表層土壤中的TN含量顯著高于草地和喬木林地(P<0.05)；喬木林地表層土壤中的AP含量顯著高于草地和喬灌復(fù)合林地(P<0.05)；不同植物配置模式下表層土壤中的TP、AN含量差異不顯著(P>0.05)。

為了定量評(píng)價(jià)植物配置模式對(duì)土壤養(yǎng)分的截留效果，以裸地作為對(duì)照，定義土壤養(yǎng)分截留效應(yīng)值的計(jì)算公式為：

K=(ci-c0)/c0。

(1)

式中：K為土壤養(yǎng)分截留效應(yīng)值；ci為有植物條件下的表層土壤養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)g/kg；c0為裸地條件下的表層土壤養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)g/kg。

將0～10 cm表層土壤養(yǎng)分的平均含量代入式(1)計(jì)算得到不同植物配置模式下的土壤養(yǎng)分截留效應(yīng)值(表2)?？梢?jiàn)，喬灌復(fù)合林地對(duì)土壤SOC、TN和AN的截留效果最好，喬木林地對(duì)土壤TP和AP的截留效果最好。

表2 不同植物配置模式下的土壤養(yǎng)分截留效應(yīng)值Tab.2 Soil nutrient retention effect values under different plant allocation patterns

圖中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；不同大寫(xiě)字母表示不同植物配置模式間土壤化學(xué)計(jì)量比差異顯著(P<0.05)；不同小寫(xiě)字母表示不同深度間土壤化學(xué)計(jì)量比差異顯著(P<0.05)。Data in the figure are mean ± standard deviation.Different capital letters indicate significant difference in soil nutrient stoichiometry between different plant allocation patterns (P<0.05).Different lowercase letters indicate significant difference in soil nutrient stoichiometry between different soil depths (P<0.05).圖2 不同植物配置模式下土壤C、N和P化學(xué)計(jì)量特征Fig.2 Soil carbon,nitrogen and phosphorus stoichiometric characteristics under different plant allocation patterns

3.2 土壤C、N和P化學(xué)計(jì)量特征

不同植物配置模式下各深度土壤C∶N、C∶P和N∶P分布如圖2所示，采用Duncan法進(jìn)行多重比較分析來(lái)檢驗(yàn)其差異的顯著性，檢驗(yàn)結(jié)果用大、小寫(xiě)字母標(biāo)注在圖2中。

C∶N與SOC、TN在土壤中的垂向分布不同，除喬灌復(fù)合林地40～50 cm深層土壤C∶N顯著低于淺層土壤外(P<0.05)，裸地、草地和喬木林地不同深度土壤C∶N均未表現(xiàn)出顯著差異(P>0.05)。不同植物配置模式下0～10 cm表層土壤的C∶P和N∶P顯著高于下層土壤(P<0.05)，而10～20 和40～50 cm 2個(gè)深度層次之間土壤C∶P和N∶P均差異不顯著(P>0.05)，說(shuō)明C∶P和N∶P主要受控于土壤中SOC和TN含量，且植物對(duì)土壤C∶P和N∶P的主要作用層是0～10 cm表層土壤。

3種植物配置模式之間0～10 cm表層土壤C∶N均差異不顯著(P>0.05)，其變化范圍為11.67～19.42，顯著高于裸地表層土壤(9.30～12.30)(P<0.05)，而10～20 cm土壤C∶N僅草地與裸地差異顯著(P<0.05)，40～50 cm深層土壤C∶N在不同植物配置模式與裸地之間均差異不顯著(P>0.05)。

喬灌復(fù)合林地表層土壤C∶P和N∶P均顯著高于草地、林地和裸地(P<0.05)，而草地、林地、裸地之間表層土壤C∶P和N∶P均差異不顯著(P>0.05)。按其平均值大小排序分別為：C∶P，喬灌復(fù)合林地(68.13)>草地(33.51)>喬木林地(27.93)>裸地(11.96)；N∶P，喬灌復(fù)合林地(4.58)>草地(2.06)>喬木林地(2.02)>裸地(1.06)。

3.3 土壤養(yǎng)分及其化學(xué)計(jì)量比的關(guān)系

對(duì)土壤養(yǎng)分及其化學(xué)計(jì)量比進(jìn)行相關(guān)性分析見(jiàn)表3，除TP與其他養(yǎng)分之間相關(guān)性不顯著外(P>0.05)，SOC、TN與AN、AP之間均呈現(xiàn)出極顯著的正相關(guān)(P<0.01)，AN、AP之間呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)(P<0.05)。土壤養(yǎng)分與化學(xué)計(jì)量比之間，SOC、TN、AN和AP均與C∶P和N∶P呈現(xiàn)出極顯著的正相關(guān)(P<0.01)，TP與C∶P和N∶P呈現(xiàn)出顯著的負(fù)相關(guān)(P<0.05)，而C∶N與所有種類(lèi)土壤養(yǎng)分之間的相關(guān)性不顯著(P>0.05)。各化學(xué)計(jì)量比之間，C∶N與C∶P和N∶P之間均無(wú)顯著的相關(guān)性，而C∶P和N∶P之間呈現(xiàn)出極顯著的正相關(guān)(P<0.01)。

表3 土壤養(yǎng)分及其化學(xué)計(jì)量比的Pearson相關(guān)系數(shù)Tab.3 Pearson correlation coefficients of soil nutrients and their stoichiometric ratios

對(duì)不同植物配置模式下土壤養(yǎng)分和化學(xué)計(jì)量系數(shù)進(jìn)行冗余分析，從RDA二維排序圖(圖3)可以看出，SOC、TN、AN、C∶P和N∶P的箭頭方向一致且它們之間夾角很小，表現(xiàn)為正相關(guān)關(guān)系；TP與其他養(yǎng)分的箭頭方向近似正交，表明相關(guān)性很低，而與C∶P和N∶P的箭頭方向夾角>90°，表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)關(guān)系；C∶N的箭頭連線最短，說(shuō)明養(yǎng)分含量變化對(duì)C∶N變化的解釋程度較低。

圖3 不同植物配置模式下土壤養(yǎng)分及其化學(xué)計(jì)量系數(shù)的RDA二維排序圖Fig.3 Two-dimensional sequence diagram of the RDA of soil nutrients and their stoichiometry under different plant allocation patterns

將環(huán)境因子(GL、WL、WL+SH和BL)在RDA排序圖(圖3)中代表土壤養(yǎng)分及其化學(xué)計(jì)量比的箭頭上進(jìn)行投影，可以看出喬木林地(WL)對(duì)土壤TP和AP具有顯著的正效應(yīng)，喬灌復(fù)合林地(WL+SH)對(duì)土壤TN、AN、SOC、C∶P和N∶P具有顯著的正效應(yīng)，草地(GL)相對(duì)前2種植物配置模式對(duì)土壤養(yǎng)分及其化學(xué)計(jì)量系數(shù)的影響較小，這與不同植物配置模式對(duì)土壤養(yǎng)分的截留效應(yīng)計(jì)算結(jié)果(表2)一致，而裸地(BL)對(duì)土壤養(yǎng)分及其化學(xué)計(jì)量系數(shù)則具有顯著的負(fù)效應(yīng)。

4 討論

4.1 對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響

3種植物配置模式下土壤養(yǎng)分含量與裸地對(duì)比結(jié)果顯示，植物能顯著改善和提高土壤養(yǎng)分狀況，且主要作用層是0～10 cm表層土壤。根據(jù)全國(guó)第2次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[13]，植被重建后表層土壤中SOC和TN含量屬于三級(jí)，TP含量屬于二級(jí)，AN和AP含量分別屬于五級(jí)和四級(jí)，說(shuō)明研究區(qū)表層土壤中SOC、TN和TP較為豐富，而AN和AP較為缺乏。劉俊第等[14]和吳敏敏等[15]在福建長(zhǎng)汀的研究也發(fā)現(xiàn)盡管土壤中AN和AP在植被恢復(fù)過(guò)程中呈逐步累積趨勢(shì)，但仍處于極缺乏狀態(tài)，主要是因?yàn)樗傩юB(yǎng)分相比全量養(yǎng)分更易發(fā)生遷移，受土壤侵蝕作用更易流失。

土壤SOC主要來(lái)源于地表枯落物的礦化分解和轉(zhuǎn)化積累[16]，而土壤中的氮素也絕大部分來(lái)源于有機(jī)質(zhì)[17]，相關(guān)分析也驗(yàn)證土壤C和N具有極顯著的正相關(guān)性(P<0.01)。植被重建后枯落物的歸還使表層土壤SOC和TN含量顯著提高，其中喬灌復(fù)合林地的植物殘?bào)w輸入量最高，使土壤中SOC、TN含量增加也最為顯著(P<0.05)。此外，植物的多樣化也有利于土壤中動(dòng)物和微生物數(shù)量的增加和活性增強(qiáng)，從而促進(jìn)枯落物的分解和養(yǎng)分的歸還[18]。

盡管植被重建后表層土壤中AN含量相對(duì)裸地有顯著提高，但仍處于缺乏狀態(tài)。土壤中AN受TN的影響較大，相關(guān)分析的結(jié)果(表3)也驗(yàn)證AN與TN含量具有極顯著的正相關(guān)性(P<0.01)，但AN相對(duì)TN更易發(fā)生遷移[19]，使AN在3種植物配置模式表層土壤中的含量差異不顯著(P>0.05)。而王昭艷等[8]對(duì)贛北紅壤侵蝕坡地的研究發(fā)現(xiàn)果樹(shù)+草本全區(qū)覆蓋模式對(duì)土壤AN提高效果要顯著高于其他植物配置模式，可能是因?yàn)椴煌参锱渲媚Ｊ綄?duì)水土流失的阻控效果不同，此外，枯落物分解和植物對(duì)養(yǎng)分的吸收利用也存在差異。

土壤TP大部分以遲效性狀態(tài)存在，與土壤中礦物結(jié)合緊密，相對(duì)不易遷移[20]，因此3種植物配置模式之間土壤中的TP含量差異不顯著(P>0.05)。而AP是植物生長(zhǎng)所需的主要磷素形態(tài)，與SOC和TN呈極顯著的正相關(guān)(P<0.01)(表3)，說(shuō)明植物配置模式對(duì)土壤中AP的影響機(jī)理應(yīng)與SOC和TN相似，植被重建有利于土壤中不同粒徑團(tuán)聚體的形成，從而促進(jìn)AP在土壤中的積累[21]。喬木林地表層土壤中的AP含量顯著高于草地和喬灌復(fù)合林地(P<0.05)，一方面與喬木林地的枯落物較多有關(guān)，土壤中的磷被植物吸收之后又以凋落物的形式歸還土壤，另一方面是因?yàn)閱棠玖值叵啾炔莸鼐哂休^厚的腐殖質(zhì)層，土壤微生物含量高，礦化分解TP的能力較強(qiáng)。而喬灌復(fù)合林地相對(duì)喬木林地，其表層土壤中的AP含量較少，可能與喬灌復(fù)合林地對(duì)AP的消耗較大有關(guān)[22]。

4.2 對(duì)土壤C、N和P化學(xué)計(jì)量比的影響

表層土壤是植物對(duì)土壤養(yǎng)分的主要作用層，因此也是影響土壤C、N和P化學(xué)計(jì)量比的主要作用層。土壤C∶N反映土壤碳、氮養(yǎng)分平衡狀況，較低的C∶N表明土壤有機(jī)質(zhì)具有較快的礦化速率，不利于養(yǎng)分的積累[23]。研究區(qū)裸地表層土壤C∶N與張秋芳等[24]報(bào)道的福建長(zhǎng)汀紅壤重度侵蝕區(qū)土壤C∶N接近，二者均顯著低于其他地區(qū)土壤C∶N平均值(表4)，表明裸地由于遭受強(qiáng)烈的侵蝕使得土壤保水保肥能力下降進(jìn)而導(dǎo)致C∶N嚴(yán)重失衡。但經(jīng)歷植被重建后的草地、喬木林地和喬灌復(fù)合林地土壤C∶N得到顯著提升，與中國(guó)和全球陸地、以及熱帶/亞熱帶地區(qū)接近(表4)，說(shuō)明通過(guò)植被重建可為土壤補(bǔ)充碳源并降低氮素礦化速率，使土壤C∶N逐漸趨向平衡。3種植物配置模式之間表層土壤C∶N均未表現(xiàn)出顯著差異(P>0.05)，且不同深度層次的土壤之間C∶N變化較小，說(shuō)明C和N耦合關(guān)系比較穩(wěn)定，這與李占斌等[16]、張光德等[28]和Liu等[29]的研究結(jié)果一致。

土壤C∶P通常用來(lái)指示土壤磷素礦化能力[18]。研究區(qū)喬灌復(fù)合林地表層土壤C∶P顯著高于草地和喬木林地(P<0.05)，其原因是喬灌復(fù)合林地的植物殘?bào)w輸入量最高，可向土壤輸入大量有機(jī)質(zhì)[30]，而TP主要來(lái)源于土壤母質(zhì)，其含量相對(duì)穩(wěn)定。相關(guān)分析的結(jié)果(表3)顯示土壤C∶P與SOC含量呈極顯著的正相關(guān)(P<0.01)，進(jìn)一步說(shuō)明土壤SOC變化是C∶P變化的主要原因。雖然喬木林地和草地表層土壤C∶P相對(duì)裸地有一定程度的提高，但三者之間差異不顯著(P>0.05)，這與馮柳俊等[31]的研究結(jié)果一致。而張秋芳等[24]在福建長(zhǎng)汀的研究結(jié)果表明種植馬尾松可顯著提高土壤C∶P，朱平宗等[18]在江西吉安的研究則發(fā)現(xiàn)草地和灌木林地表層土壤C∶P相對(duì)裸地均有顯著下降，產(chǎn)生這些差異的主要原因可能是不同地區(qū)土壤磷素本底含量不同以及不同植物種類(lèi)對(duì)磷的吸收和凋落物的回歸差異。本研究中土壤C∶P遠(yuǎn)小于其他地區(qū)(表4)，土壤N∶P常用來(lái)確定土壤養(yǎng)分閾值和診斷養(yǎng)分限制因子[18]。研究區(qū)土壤N∶P與C∶P具有極顯著的正相關(guān)性(P<0.01)(表3)，說(shuō)明植物配置模式對(duì)土壤N∶P的影響機(jī)理與C∶P相似。研究區(qū)喬灌復(fù)合林地表層土壤N∶P顯著高于草地和喬木林地(P<0.05)，這是因?yàn)閱坦鄰?fù)合林地的植物殘?bào)w輸入量最高，使得表層土壤TN顯著增加而TP無(wú)明顯變化。研究區(qū)土壤N∶P與TN含量呈極顯著的正相關(guān)(P<0.01)，而與TP相關(guān)系數(shù)較小(表3)，進(jìn)一步說(shuō)明TN是N∶P變化的主要影響因素。本研究中土壤N∶P相對(duì)其他地區(qū)偏低(表4)，說(shuō)明氮素是研究區(qū)土壤養(yǎng)分主要限制因子，這是由于深圳紅壤主要由中粗粒花崗巖風(fēng)化發(fā)育而來(lái)，抗蝕能力低，導(dǎo)致土壤中氮素更易流失。

表4 不同區(qū)域表層土壤C、N和P化學(xué)計(jì)量比對(duì)比Tab.4 Comparison of shallow soil C∶N,C∶P,and N∶P in different areas

5 結(jié)論

1)土壤養(yǎng)分分布受土層和植被類(lèi)型的影響，除TP和AN在土壤中垂向分布較均勻外，表層土壤中的SOC、TN和AP含量顯著高于下層土壤(P<0.05)，0～10 cm表層土壤是植物發(fā)揮效益的主要作用層。喬灌復(fù)合林地對(duì)土壤SOC、TN和AN的截留效果最好，喬木林地對(duì)土壤TP、AP的截留效果最好。植被重建使土壤中養(yǎng)分含量相對(duì)裸地有顯著提升，對(duì)改善紅壤坡地土壤質(zhì)量具有明顯作用。

2)不同植物配置模式對(duì)土壤養(yǎng)分化學(xué)計(jì)量比的影響程度不同。土壤C、N耦合關(guān)系較為穩(wěn)定，植被重建后表層土壤C∶N相對(duì)裸地有顯著提升，但不同植物配置模式之間土壤C∶N無(wú)顯著差異(P>0.05)。土壤C∶P、N∶P與C、N之間呈極顯著的正相關(guān)(P<0.01)，喬灌復(fù)合林地表層土壤C∶P、N∶P均顯著高于草地、林地和裸地(P<0.05)。但研究區(qū)土壤N∶P相對(duì)較低，N為研究區(qū)植物生長(zhǎng)的主要限制元素。因此，建議今后對(duì)該區(qū)域紅壤坡地進(jìn)行綠化治理時(shí)應(yīng)優(yōu)先選擇固氮能力強(qiáng)的植物。

3)本研究?jī)H對(duì)深圳紅壤坡地3種植物配置模式下土壤養(yǎng)分及其化學(xué)計(jì)量特征進(jìn)行了初步研究，對(duì)植物-土壤間相互作用的分析還存在一定欠缺，今后還需要加強(qiáng)對(duì)植物根系分布和地上部分生長(zhǎng)狀況以及樣地土壤侵蝕的觀測(cè)研究，并結(jié)合土壤與植物根、莖、葉等不同器官以及枯落物中C、N和P的耦合關(guān)系進(jìn)行深入分析。