氣候和區(qū)段對(duì)昆明蔣家溝流域山地失穩(wěn)性坡面土壤化學(xué)計(jì)量特征的影響

高若允 蔡子昕 楊柳生 余 杭 李松陽(yáng) 林勇明,2 王道杰 李 鍵,3

（1. 福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，福建 福州 350002；2. 中國(guó)科學(xué)院山地災(zāi)害與地表過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610041；3. 福建省高校森林生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程與經(jīng)營(yíng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350002；4. 中國(guó)科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，四川 成都 610041）

土壤作為地球圈層結(jié)構(gòu)及地球表面陸地生態(tài)系統(tǒng)的主要組成部分，也是各種生物賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[1]。土壤中的碳、氮、磷作為生物有機(jī)體所必需的營(yíng)養(yǎng)元素和土壤養(yǎng)分的核心元素，不僅參與土壤養(yǎng)分循環(huán)和轉(zhuǎn)化，而且影響植物生理代謝、生長(zhǎng)發(fā)育與生態(tài)系統(tǒng)的健康[2?4]。土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量比在反映土壤內(nèi)部碳氮磷循環(huán)的同時(shí)，還有助于揭示生態(tài)系統(tǒng)碳氮磷循環(huán)的相互作用及平衡制約，提供了減緩溫室效應(yīng)的新思路和理論依據(jù)[5]。因此，研究碳、氮、磷的平衡關(guān)系對(duì)于認(rèn)識(shí)生態(tài)系統(tǒng)的碳匯潛力及其在全球氣候變化背景下的響應(yīng)機(jī)制具有重要意義[6?8]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)土壤化學(xué)計(jì)量學(xué)進(jìn)行了大量研究，主要集中在不同土地利用方式、不同植被類型、不同海拔和不同緯度及人為干預(yù)下（如施肥等）土壤的化學(xué)計(jì)量特征[9?13]。然而，目前對(duì)生態(tài)脆弱背景下不同氣候區(qū)土壤化學(xué)計(jì)量特征的關(guān)注較少，尤其對(duì)因?yàn)?zāi)害形成的失穩(wěn)性坡面不同區(qū)段土壤化學(xué)計(jì)量特征及影響機(jī)制的研究更為少見，難以準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)山地災(zāi)害對(duì)生態(tài)系統(tǒng)元素循環(huán)過(guò)程的擾動(dòng)作用。

位于云南省昆明市東川區(qū)境內(nèi)的蔣家溝流域，流域內(nèi)海拔相差較大，氣候垂直分異明顯，由高到低依次為溫帶濕潤(rùn)山嶺區(qū)、亞熱帶和暖溫帶半濕潤(rùn)區(qū)和亞熱帶干熱河谷區(qū)[14]，各氣候區(qū)內(nèi)均存在著大量因滑坡、崩塌造成的失穩(wěn)性坡面，坡面上發(fā)育的植被群落正向演替規(guī)律被嚴(yán)重破壞，生態(tài)系統(tǒng)功能脆弱，生態(tài)環(huán)境問(wèn)題突出，是典型的生態(tài)脆弱區(qū)[15?16]。前人已對(duì)蔣家溝流域的泥石流成因及防治措施[17?18]、泥沙攔截[19]、土壤種子庫(kù)與植被[20]等方面進(jìn)行了研究，缺少對(duì)不同氣候區(qū)失穩(wěn)性坡面土壤化學(xué)計(jì)量特征的認(rèn)識(shí)與研究。失穩(wěn)性坡面作為泥石流頻發(fā)區(qū)的治理重點(diǎn)，也是抑制該區(qū)生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)逆向演變的關(guān)鍵。但前人對(duì)失穩(wěn)性坡面土壤化學(xué)計(jì)量學(xué)特征的研究?jī)H涉及單一土壤化學(xué)元素[21]，未將不同土壤化學(xué)元素有機(jī)結(jié)合，對(duì)氣候和區(qū)段如何影響土壤化學(xué)計(jì)量特征的認(rèn)識(shí)尚不全面。因此，研究不同氣候區(qū)內(nèi)失穩(wěn)性坡面各區(qū)段的土壤化學(xué)計(jì)量特征，可為泥石流頻發(fā)區(qū)失穩(wěn)性坡面治理工作提供精細(xì)化對(duì)策，促進(jìn)該區(qū)植被生態(tài)恢復(fù)的合理布局。鑒于此，本研究選擇金沙江下游蔣家溝流域的不同氣候區(qū)為研究區(qū)，以各氣候區(qū)內(nèi)典型失穩(wěn)性坡面為研究對(duì)象，在失穩(wěn)性坡面不同區(qū)段內(nèi)設(shè)置樣地，采集表層0 ～ 20 cm的土壤樣品，收集該流域內(nèi)各氣象站點(diǎn)的氣溫、降水?dāng)?shù)據(jù)，分析失穩(wěn)性坡面土壤化學(xué)計(jì)量特征與氣候、區(qū)段的關(guān)系，加深對(duì)山地生態(tài)系統(tǒng)垂直分異規(guī)律的認(rèn)識(shí)，以期為泥石流頻發(fā)流域的生態(tài)修復(fù)和失穩(wěn)性坡面治理提供參考。

1 研究區(qū)概況

蔣家溝流域起源于云南省會(huì)澤縣大海鄉(xiāng)，于昆明市東川區(qū)銅都鎮(zhèn)紫牛村匯入小江，地處東經(jīng)103°06′～103°13′，北緯26°13′～26°17′，流域面積48.5 km2，是小江流域內(nèi)泥石流活動(dòng)頻率最高的一條泥石流溝。蔣家溝流域?qū)儆诟呱綅{谷地貌，地形復(fù)雜，斷裂褶皺發(fā)育成熟，在小江斷裂帶作用下巖層結(jié)構(gòu)松散易風(fēng)化，泥石流固體物質(zhì)來(lái)源豐富，造成該流域在降雨季泥石流活動(dòng)頻繁，生態(tài)脆弱程度加劇。該流域海拔在1 041～3 269 m，隨著海拔的升高，將該流域劃分為溫帶濕潤(rùn)山嶺區(qū)（TH）、亞熱帶和暖溫帶半濕潤(rùn)區(qū)（SW）、亞熱帶干熱河谷區(qū)（SD）3個(gè)氣候區(qū)[14]。其中，亞熱帶干熱河谷區(qū)位于流域中下游，海拔介于1 300～1 600 m，穩(wěn)定區(qū)平均坡度介于16°～25°，植被覆蓋度約為92%，失穩(wěn)區(qū)平均坡度介于25°～30°，植被覆蓋度約為62%，堆積區(qū)平均坡度介于30°～40°，植被覆蓋度約為30%，該區(qū)植被退化明顯，以干熱草坡為主，主要植被有擬金茅（Eulaliopsis binata）、扭黃茅（Heteropogon contortus）、田菁（Sesbania cannabina）；亞熱帶和暖溫帶半濕潤(rùn)區(qū)位于流域中游，海拔介于2 000～2 250 m，穩(wěn)定區(qū)平均坡度為20°，植被覆蓋度約為70%，失穩(wěn)區(qū)平均坡度為37°，植被覆蓋度約為25%，堆積區(qū)平均坡度為45°，植被覆蓋度約為54%，植被類型以亞熱帶闊葉林和半干旱稀樹草原帶為主，主要植被有云南松（Pinus yunnanensis）、鐵莧菜（Acalyphaaustralis）、艾（Artemisia argyi）；溫帶濕潤(rùn)山嶺區(qū)位于流域上游，海拔介于2 900～3 200 m，穩(wěn)定區(qū)平均坡度介于27°～30°，植被覆蓋度在65%～75%，失穩(wěn)區(qū)平均坡度介于35°～38°，植被覆蓋度在38%～56%，堆積區(qū)平均坡度介于45°～50°，植被覆蓋度在20%～35%，植被類型主要為溫帶針闊葉混交林，主要植被有香薷（Elsholtzia ciliata）、鵝絨委陵菜（Potentilla anserine）、廣布野豌豆（Vicia cracca）。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

在蔣家溝流域全面勘查的基礎(chǔ)上，因SW陰坡為流域范圍內(nèi)人口集中區(qū)域，難以找到合適的失穩(wěn)性坡面，故本研究于TH選擇陰坡（大地陰坡）和陽(yáng)坡（小尖風(fēng)陽(yáng)坡）、SW選擇陽(yáng)坡（多照溝陽(yáng)坡）、SD選擇陰坡（大凹子溝陰坡）和陽(yáng)坡（查菁溝陽(yáng)坡），共5個(gè)失穩(wěn)性坡面，分別設(shè)置1塊50 m × 400 m的樣地。根據(jù)前人劃分方法將樣地沿滑動(dòng)面依次劃分為穩(wěn)定區(qū)、失穩(wěn)區(qū)和堆積區(qū)3個(gè)區(qū)段[22]，穩(wěn)定區(qū)位于坡面上沿，暫未受到滑坡影響，土壤保持良好；失穩(wěn)區(qū)位于坡面中部，受滑坡影響較大，土體處于失穩(wěn)狀態(tài)；堆積區(qū)位于坡面底部，由滑坡而產(chǎn)生的大量松散固體物質(zhì)堆積而成。隨后對(duì)各區(qū)段0～20 cm表層土壤重復(fù)采樣，同時(shí)記錄樣地地理位置與植被信息（圖1）。

圖1 樣地位置Fig. 1 Location of the sample plot

2.2 樣品采集

2017年7 月至8月中旬，在每個(gè)區(qū)段按“十字型”布設(shè)5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行采樣，設(shè)置5次重復(fù)，去除土壤表面的凋落物后，在每個(gè)采樣點(diǎn)利用土鉆對(duì)0～20 cm表層土壤重復(fù)取樣（由于失穩(wěn)區(qū)和堆積區(qū)土壤受滑坡災(zāi)害影響，結(jié)構(gòu)發(fā)生重組，分層取樣無(wú)法準(zhǔn)確反映土壤各層次特征，故本實(shí)驗(yàn)對(duì)0～20 cm表層土壤進(jìn)行混合取樣），5個(gè)樣點(diǎn)的土樣混合均勻后裝入自封袋中，做好標(biāo)記，帶回實(shí)驗(yàn)室用于土壤化學(xué)性質(zhì)測(cè)定。同時(shí)挖掘一個(gè)0～20 cm深的土壤剖面，使用100 cm3環(huán)刀采集環(huán)刀樣用于測(cè)定土壤物理性質(zhì)，采樣完成后回填土壤并踩實(shí)，避免造成水土流失。

2.3 樣品測(cè)定

土樣風(fēng)干后去除石礫及植物根系，研磨后過(guò)0.149 mm篩，從中取出3份用于測(cè)定土壤養(yǎng)分含量。采用常規(guī)分析方法測(cè)定土壤養(yǎng)分，采用元素分析儀（Elementar Vario Max型，德國(guó)）測(cè)定土壤有機(jī)碳（SOC）和全氮（TN），土壤全磷（TP）采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（Optima 8000型，美國(guó)）測(cè)定，具體測(cè)定方法詳見文獻(xiàn)[23]。土壤pH采用電極法測(cè)定，土壤容重（BD）和含水率（WC）采用環(huán)刀法測(cè)定，計(jì)算方法如下：

式中：V為環(huán)刀容積，X0為空環(huán)刀質(zhì)量，X為環(huán)刀濕土質(zhì)量，X'為環(huán)刀干土質(zhì)量。

2.4 氣候數(shù)據(jù)

本研究依托云南省東北部蔣家溝流域下游的中科院東川泥石流觀測(cè)研究站開展，氣候數(shù)據(jù)來(lái)源于東川站設(shè)置的氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)收集開始于2003年，且世界氣象組織規(guī)定30年作為描述氣候的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)段，因此本研究所選氣候數(shù)據(jù)為2003—2015年觀測(cè)數(shù)據(jù)的平均值，具體數(shù)據(jù)特征詳見課題組文獻(xiàn)[21]報(bào)道內(nèi)容。

2.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016和SPSS 22.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，各氣候區(qū)不同區(qū)段土壤養(yǎng)分含量及化學(xué)計(jì)量比采用單因素方差分析和LSD檢驗(yàn)進(jìn)行分析。利用Pearson 相關(guān)分析法分析土壤化學(xué)計(jì)量比與氣候因子的相關(guān)關(guān)系。利用一般線性模型分析土壤化學(xué)計(jì)量特征與氣候、區(qū)段的關(guān)系。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同氣候區(qū)及區(qū)段的土壤碳氮磷含量

對(duì)不同氣候區(qū)土壤SOC、TN和TP含量進(jìn)行比較（圖2）發(fā)現(xiàn)，SOC含量表現(xiàn)為TH最高（29.10 g/kg），SD次之（18.09 g/kg），SW最低（13.81 g/kg），其中TH和SW、SD間達(dá)到顯著差異（P<0.05）；TP含量表現(xiàn)為SD > SW，且差異顯著（P<0.05）；3個(gè)氣候區(qū)的TN含量在0.66～0.81 g/kg，且三者之間無(wú)顯著差異。

圖2 不同氣候區(qū)土壤SOC、TN、TP含量Fig. 2 Contents of soil organic carbon, total nitrogen and total phosphorus in different climate region

不同區(qū)段土壤SOC、TN、TP含量見表1。TH和SD的SOC含量在不同區(qū)段均差異顯著（P<0.05），其中，小尖風(fēng)陽(yáng)坡、大凹子溝陰坡與查菁溝陽(yáng)坡的SOC含量均表現(xiàn)為穩(wěn)定區(qū)最大，堆積區(qū)最小。3個(gè)氣候區(qū)TN含量在不同區(qū)段均差異顯著（P< 0.05）。除查菁溝陽(yáng)坡外，各樣地TP含量在不同區(qū)段均差異顯著（P< 0.05）。此外，坡向通過(guò)改變局部小氣候引起土壤養(yǎng)分含量的差異，具體表現(xiàn)為陰坡SOC、TN和TP含量大于陽(yáng)坡。

表1 土壤物理性質(zhì)及碳氮磷生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征Table 1 Soil physical properties and ecological stoichiometric characteristics of carbon, nitrogen and phosphorus

續(xù)表 1

3.2 不同氣候區(qū)及區(qū)段的土壤碳氮磷生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征

對(duì)不同氣候區(qū)土壤碳氮磷生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征進(jìn)行比較（圖3）發(fā)現(xiàn)，3個(gè)氣候區(qū)C∶N、C∶P分 別 介 于10.98～29.43、22.39～38.19。其 中TH的C∶N、C∶P顯著高于其他2個(gè)氣候區(qū)（P<0.05），且后兩者無(wú)顯著差異，3個(gè)氣候區(qū)的N∶P介于1.74～2.20，遠(yuǎn)低于中國(guó)土壤N∶P平均水平（N∶P ≈ 3.90），表明3個(gè)氣候區(qū)內(nèi)氮素含量均比較貧乏。

圖3 不同氣候區(qū)土壤化學(xué)計(jì)量特征Fig. 3 Soil stoichiometric characteristics in different climate region

不同區(qū)段土壤化學(xué)計(jì)量比見表1。除小尖風(fēng)陽(yáng)坡，其他樣地C∶N在不同區(qū)段均差異顯著（P< 0.05）；TH和SD的C∶P在不同區(qū)段均差異顯著（P< 0.05）；小尖風(fēng)陽(yáng)坡和查菁溝陽(yáng)坡的N∶P在不同區(qū)段均差異顯著（P< 0.05）。此外，TH和SD陰坡不同區(qū)段土壤化學(xué)計(jì)量比均大于陽(yáng)坡。由表2可知，氣候和區(qū)段對(duì)C∶N、C∶P具有極顯著的影響（P< 0.01）；僅區(qū)段對(duì)N∶P存在極顯著影響（P< 0.01）；氣候和區(qū)段的交互作用對(duì)C∶P具有極顯著影響（P<0.01），對(duì)N∶P存在顯著影響（P< 0.05）。

表2 氣候、區(qū)段對(duì)土壤化學(xué)計(jì)量特征的影響Table 2 Effects of climate and section on soil stoichiometric characteristics

3.3 土壤碳氮磷化學(xué)計(jì)量特征與氣候的關(guān)系

對(duì)土壤碳氮磷化學(xué)計(jì)量特征與氣溫、降水進(jìn)行相關(guān)性分析（表3）可知，土壤SOC與年均溫、四季均溫呈極顯著負(fù)相關(guān)（P< 0.01），與年降水量、四季降水量呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）；土壤TN與春季降水量呈極顯著正相關(guān)（P< 0.01）、與秋季降水量呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05）；土壤TP與氣溫、降水量相關(guān)性均不顯著；土壤C∶N與年均溫、四季均溫呈顯著負(fù)相關(guān)（P< 0.05），與年降水量、夏、秋季降水量呈極顯著正相關(guān)（P< 0.01）；土壤C∶P與年均溫、春、夏、秋季均溫呈顯著負(fù)相關(guān)（P< 0.05），與年降水量、夏季降水量呈顯著正相關(guān)（P< 0.05）；N∶P與氣溫和降水相關(guān)性均不顯著。

表3 土壤化學(xué)計(jì)量特征與氣候因子的相關(guān)系數(shù)Table 3 Correlation coefficients between soil stoichiometry ratios and climate factors

4 結(jié)論與討論

4.1 討論

4.1.1 氣候與區(qū)段對(duì)土壤碳氮磷含量的影響

土壤SOC、TN和TP作為植物生長(zhǎng)的主要營(yíng)養(yǎng)元素，在地形、氣候以及生物因素共同作用下，其含量具有空間和時(shí)間上的異質(zhì)性[24]。本研究中，土壤SOC和TN含量從亞熱帶干熱河谷區(qū)到溫帶濕潤(rùn)山嶺區(qū)整體上呈逐漸增加的趨勢(shì)，與龐金鳳等[25]、Teng等[26]的研究結(jié)論一致。這可能是因?yàn)椋?）土壤中的微生物作為碳氮循環(huán)過(guò)程的主要載體，其活性因海拔梯度上升帶來(lái)的低溫抑制效應(yīng)，弱化了有機(jī)碳氮的分解能力，從而有利于有機(jī)碳氮的積累[27]；2）植被退化嚴(yán)重的亞熱帶干熱河谷區(qū)，在生態(tài)系統(tǒng)功能脆弱和滑坡崩塌導(dǎo)致的植物根系受損雙重作用下，生態(tài)系統(tǒng)碳素容納能力缺失[28]，土壤SOC含量降低；3）在溫帶濕潤(rùn)山嶺區(qū)良好的水熱條件下，土壤緩效性碳向惰效性碳的轉(zhuǎn)變速率加快，更有利于SOC的固定[29]。此外，坡向的不同也引起SOC和TN含量的差異性，本研究中溫帶濕潤(rùn)山嶺區(qū)和亞熱帶干熱河谷區(qū)的SOC和TN含量表現(xiàn)為陰坡 > 陽(yáng)坡。一方面是因?yàn)殛?yáng)坡太陽(yáng)照射時(shí)間長(zhǎng)，溫度和水分等條件通常劣于陰坡，不利于植被生長(zhǎng)，造成植被種類組成與數(shù)量的差異，進(jìn)而植物碳氮固定能力較弱[21]；另一方面是因?yàn)殛?yáng)坡坡度較大，強(qiáng)烈的谷風(fēng)使植被地表凋落物無(wú)法留存，阻斷了植物以凋落物形式將部分養(yǎng)分償還給土壤的過(guò)程，土壤中碳氮的積累量降低。本研究中，除亞熱帶和暖溫帶半濕潤(rùn)區(qū)外，各樣地TP含量無(wú)顯著差異，這是因?yàn)樵谘芯繀^(qū)小尺度區(qū)域范圍內(nèi)，相同的土壤母質(zhì)、相似的氣候條件、磷的沉積性及較低的遷移率等共同影響下造成磷含量無(wú)顯著差異，這與王慧等[9]、曾全超等[10]的研究結(jié)果一致。

就失穩(wěn)性坡面而言，因坡面在滑坡災(zāi)害發(fā)生過(guò)程中對(duì)原有土體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)烈破壞[30]，造成坡面侵蝕強(qiáng)度、養(yǎng)分流失和植被類型等的差異性，改變了穩(wěn)定坡面養(yǎng)分積累的正常規(guī)律，形成土壤養(yǎng)分的空間異質(zhì)性[31]。本研究中，亞熱帶干熱河谷區(qū)與溫帶濕潤(rùn)山嶺區(qū)的小尖風(fēng)陽(yáng)坡SOC、TN含量表現(xiàn)為穩(wěn)定區(qū) > 失穩(wěn)區(qū) > 堆積區(qū)，且差異顯著，這是因?yàn)槭Х€(wěn)區(qū)易發(fā)生滑坡、泥石流等次生災(zāi)害，隨著降雨和地表徑流沖刷力度的增強(qiáng)，土壤表層的可溶性有機(jī)養(yǎng)分易發(fā)生遷移轉(zhuǎn)化和淋溶[32]，同時(shí)土壤可溶性氮組分會(huì)隨著土壤細(xì)顆粒及地表徑流而大量流失[33?34]。此外，失穩(wěn)區(qū)和堆積區(qū)土壤結(jié)構(gòu)被嚴(yán)重破壞，植物生長(zhǎng)環(huán)境受到擾動(dòng)，大量植被因根系受損而死亡，生態(tài)系統(tǒng)可能發(fā)生逆向演替，地上植被大量減少，植被碳儲(chǔ)能力降低。本研究中，溫帶濕潤(rùn)山嶺區(qū)、亞熱帶和暖溫帶半濕潤(rùn)區(qū)TP含量表現(xiàn)為穩(wěn)定區(qū)、失穩(wěn)區(qū)顯著小于堆積區(qū)，但在大凹子溝陰坡則為穩(wěn)定區(qū)顯著大于失穩(wěn)區(qū)和堆積區(qū)，這可能是由于滑坡、泥石流等災(zāi)害的影響，失穩(wěn)區(qū)與堆積區(qū)受損嚴(yán)重，土壤團(tuán)聚體和微團(tuán)聚體減少，降低土壤的抗蝕能力，大凹子溝陰坡堆積區(qū)形成時(shí)間短，土壤為粗骨化、肥力低的初育土，土壤養(yǎng)分自然恢復(fù)進(jìn)程較慢且效果較差。

4.1.2 氣候與區(qū)段對(duì)土壤化學(xué)計(jì)量特征的影響

本研究中，C∶N從亞熱帶干熱河谷區(qū)到溫帶濕潤(rùn)山嶺區(qū)呈逐漸增加趨勢(shì)，這可能是因?yàn)椋?）隨著海拔的升高，微生物活性降低有利于碳氮的積累，植被向地下部分的碳輸入增大[35?36]；2）干熱河谷區(qū)災(zāi)害治理過(guò)程中，人工引種的固氮植物（如新銀合歡 (Leucaena leucocephala)、苦刺 (Solanum deflexicarpum) 等）引起局域氮含量增加，造成C∶N相對(duì)減小。前人研究發(fā)現(xiàn)，土壤養(yǎng)分含量的積累與植被類型密切相關(guān)[28]，從亞熱帶干熱河谷區(qū)到溫帶濕潤(rùn)山嶺區(qū)植被類型分別為稀樹灌草叢帶、針闊混交林帶和高山灌叢草甸帶，亞熱帶干熱河谷區(qū)坡面植被多以1年生或多年生草本為主，缺乏喬木及凋落物的保護(hù)及養(yǎng)分輸送，僅通過(guò)草本植物實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤養(yǎng)分的改良效果，改良進(jìn)程較慢且效果較差，導(dǎo)致該區(qū)土壤SOC的積累弱于其他氣候區(qū)，進(jìn)而影響土壤C∶N。本研究結(jié)果表明，研究區(qū)內(nèi)各樣地土壤TP的含量介于0.66～0.86 g/kg，處于“充足”狀態(tài)（0.40～0.60 g/kg），且略高于全國(guó)水平（0.78 g/kg ），但3個(gè)氣候區(qū)土壤C∶P遠(yuǎn)低于我國(guó)平均水平（C∶P≈52.70）[37]，說(shuō)明本研究區(qū)植物的正常生長(zhǎng)需求不受有效磷的限制，由于溫帶濕潤(rùn)山嶺區(qū)的SOC含量顯著高于其他2個(gè)氣候區(qū)，C∶P也表現(xiàn)為溫帶濕潤(rùn)山嶺區(qū)顯著高于其他2個(gè)氣候區(qū)。此外，本研究中土壤N∶P介于1.74～2.20，遠(yuǎn)低于中國(guó)土壤N∶P平均水平（N∶P≈3.90）[37]，這表明研究區(qū)內(nèi)氮素含量貧乏。因此，建議后期治理中適當(dāng)施加氮肥或引種固氮植物以保證土壤養(yǎng)分的補(bǔ)給和平衡，有利于流域整體的生態(tài)恢復(fù)。

氣溫、降水與土壤化學(xué)計(jì)量比的相關(guān)性分析表明，C∶N、C∶P與氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)，與降水呈顯著正相關(guān)。本研究中，溫帶濕潤(rùn)山嶺區(qū)C∶N、C∶P顯著大于亞熱帶和暖溫帶半濕潤(rùn)區(qū)和亞熱帶干熱河谷區(qū)，這主要?dú)w功于溫帶濕潤(rùn)山嶺區(qū)良好的水熱條件，低溫多雨利于土壤有機(jī)碳氮的積累，與李丹維等[38]的研究結(jié)論一致。此外，區(qū)段通過(guò)改變植被生物量和土壤物理性質(zhì)對(duì)土壤養(yǎng)分含量產(chǎn)生影響，進(jìn)而造成研究區(qū)內(nèi)區(qū)段間土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量比的差異。例如，本研究中，除小尖風(fēng)陽(yáng)坡的C∶N，大地陰坡的C∶P，其余樣地的C∶N、C∶P均表現(xiàn)為隨著坡面穩(wěn)定性下降而逐漸降低的趨勢(shì)。這一現(xiàn)象主要是由土壤結(jié)構(gòu)性質(zhì)、植被覆蓋度及群落組成等共同作用導(dǎo)致，穩(wěn)定區(qū)土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，土壤含水率顯著高于堆積區(qū)，具有較完善的喬、灌、草組合，植被覆蓋率較高，有利于碳素的儲(chǔ)存；失穩(wěn)區(qū)土體長(zhǎng)期不穩(wěn)定，在降水的影響下易發(fā)生滑坡、泥石流等自然災(zāi)害，土壤抗侵蝕能力較低，植被稀疏，碳儲(chǔ)能力較低；堆積區(qū)表層堆積了大量由于滑坡、泥石流產(chǎn)生的粗粒堆積物，土壤容重顯著大于穩(wěn)定區(qū)，植被生長(zhǎng)受到限制，草本植物為優(yōu)勢(shì)物種，該區(qū)低植被覆蓋度與單一植被組成等共同影響植被固碳效應(yīng)，導(dǎo)致堆積區(qū)碳存儲(chǔ)量最少[21]。

本研究主要分析了氣候和區(qū)段對(duì)失穩(wěn)性坡面土壤化學(xué)計(jì)量特征的影響，但SOC僅是土壤總碳的一部分，二者之間存在較大差異，在一定程度上會(huì)影響土壤C∶N與C∶P，并且土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征驅(qū)動(dòng)因素復(fù)雜，微生物、植被和土壤結(jié)構(gòu)等均會(huì)對(duì)其造成影響，因此，今后需結(jié)合土壤總碳、植被、土壤結(jié)構(gòu)以及微生物動(dòng)態(tài)變化等因子開展進(jìn)一步研究，進(jìn)而更深入了解泥石流頻發(fā)區(qū)土壤養(yǎng)分的分布與循環(huán)，促進(jìn)泥石流頻發(fā)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)。

4.2 結(jié)論

不同氣候區(qū)土壤化學(xué)計(jì)量特征表現(xiàn)不同，由于溫帶濕潤(rùn)山嶺區(qū)良好的水熱條件和植被類型，其土壤養(yǎng)分積累速度較快，土壤SOC、TN含量較高，而3個(gè)氣候區(qū)的成土母巖一致，TP含量無(wú)顯著差異，間接導(dǎo)致土壤溫帶濕潤(rùn)山嶺區(qū)的C∶N、C∶P顯著高于其他2個(gè)氣候區(qū)。此外，亞熱帶和暖溫帶半濕潤(rùn)區(qū)與亞熱帶干熱河谷區(qū)的C∶N、C∶P與N∶P隨著坡面穩(wěn)定性的下降呈下降趨勢(shì)，表現(xiàn)為穩(wěn)定區(qū) > 失穩(wěn)區(qū) > 堆積區(qū)。