青藏高原高寒草原生態(tài)系統(tǒng)土壤碳氮比的分布特征

土壤中的有機(jī)碳和氮是土壤養(yǎng)分的重要組成部分，也是植物生長(zhǎng)發(fā)育的必要因素。土壤碳氮比通常被認(rèn)為是土壤氮素礦化能力的標(biāo)志。一方面,土壤碳氮比的高低對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育具有重要影響。如果碳氮比較低,則有利于微生物在有機(jī)質(zhì)分解過(guò)程中的養(yǎng)分釋放,促進(jìn)土壤中有效氮的增加;反之,碳氮比較高,則會(huì)出現(xiàn)微生物在分解有機(jī)質(zhì)的過(guò)程中存在氮受限,從而與植物存在對(duì)土壤無(wú)機(jī)氮的競(jìng)爭(zhēng),不利于植物的生長(zhǎng)及NPP的增加。另一方面,NPP的大小以及植物組織中的碳氮比又直接決定了植物體死亡以后枯落物分解進(jìn)入土壤的量和速率,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)碳素和氮素的平衡具有重要影響。近年來(lái),生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的發(fā)展為解決上述問(wèn)題提供了有力的工具,它主要強(qiáng)調(diào)活有機(jī)體主要組成元素(特別是C、N)的關(guān)系。應(yīng)用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法,研究碳氮比的區(qū)域分布規(guī)律已成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。青藏高原是地球上最大最高的高原,平均海拔在4000m以上,東西跨31個(gè)經(jīng)度,南北跨13個(gè)緯度,面積約占全國(guó)陸地總面積26.8%,被譽(yù)為地球的“第三極”。高原地勢(shì)高亢、空氣稀薄、紫外線(xiàn)輻射強(qiáng)度大,對(duì)亞洲甚至北半球的大氣環(huán)流和碳平衡等均產(chǎn)生了重要影響,也使得高原植被和土壤對(duì)氣候變化極為敏感,因此它被稱(chēng)為全球變化的敏感區(qū)。正是這種獨(dú)特的地理環(huán)境,使得青藏高原高寒草原生態(tài)系統(tǒng)在全球變化研究中占有特殊地位,從而也為研究不同地理氣候條件下的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能提供了天然“實(shí)驗(yàn)室”。所以該地區(qū)一直是全球地學(xué)、生態(tài)學(xué)界等關(guān)注的熱點(diǎn)地區(qū)。近年來(lái),圍繞青藏高原在土壤碳儲(chǔ)量、土壤溫室氣體排放、土壤有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)以及土壤氮循環(huán)等方面開(kāi)展了大量的研究工作,但是目前很少有涉及整個(gè)高原面上跨不同植被帶(不同自然地帶)高寒草原生態(tài)系統(tǒng)土壤碳氮比分布的研究報(bào)道。為此,本研究試圖通過(guò)對(duì)青藏高原不同植被下高寒草原生態(tài)系統(tǒng)土壤碳氮比的研究,以期揭示不同植被-土壤(不同自然地帶)內(nèi)高寒草原生態(tài)系統(tǒng)土壤碳氮比的空間分布特征,為理解青藏高原對(duì)氣候變化響應(yīng)的區(qū)域差異提供科學(xué)依據(jù)。1材料和方法1.1藥代動(dòng)力學(xué)sod主要分為5.5個(gè)高強(qiáng)草原草地型選擇黑阿(那曲-阿里)、青藏(拉薩-青海)、新藏(拉薩-新疆)公路沿線(xiàn)左右寬50km、長(zhǎng)約4500km基本沒(méi)有受人類(lèi)活動(dòng)干擾的高寒草原區(qū)為研究對(duì)象。研究區(qū)跨越高山灌叢草甸、山地灌叢草原、山地半荒漠與荒漠、高山草原等4個(gè)自然地帶,年均溫-4—6℃,年均降水量50—500mm,植被涉及昆侖針茅(StiparoborowskyiRoshev.)-窄葉苔草(Carexmontis-everestiiKukenth.)、紫花針茅(StipapurpureaGriseb.var.purpurea)+藏沙蒿草(ArtemisiawellbyiHemsl.etPears.exDeasy)、紫花針茅+矮火絨草(Leontopodiumnanum(Hook.f.etThoms.)Hand.-Mazz)、青藏苔草(CarexmoorcroftiiFalc.exBoott)、紫花針茅+干生苔草(CarexaridulaV.Krecz)、固沙草(Orinusthoroldii(StapfexHemsl.)Bor)+勁直黃芪(AstragalusL.)、紫花針茅+雜類(lèi)草、青藏苔草+紫花針茅、紫花針茅、固沙草-苔草(CarexthibeticaFranch)-紫花針茅、藏東蒿草(KobresiatibeticaMaximowicz)、紫花針茅+墊型蒿草(KobresialittledaleiC.B.Clarke)、拉薩小檗(BerberishemsleyanaAhrendt)-紫花針茅+白草(PennisetumcentrasiaticumTzvel.)、羽柱針茅(Stipasubsessiliflora(Rupr.)Roshev.var.basiplumosa(MunroexHook.f.)P.C.Kuo)-紫花針茅-禾草(gramineousforagegrasses)、紫花針茅+沙生針茅(StipaglareosaP.Smirn.)、紫花針茅-矮生嵩草(Leontopodiumnanum(Hook.f.etThoms.)Hand.-Maz)-苔草(CarexthibeticaFranch)、金露梅(PotentillafruticosaLinn.)-青藏苔草+紫花針茅、紫花針茅+羽柱針茅和紫花針茅+固沙草等19個(gè)高寒草原草地型。其中:紫花針茅+干生苔草、固沙草-苔草-紫花針茅、羽柱針茅-紫花針茅-禾草、固沙草+勁直黃芪、藏東蒿、昆侖針茅-窄葉苔草、金露梅-青藏苔草+紫花針茅紫花針茅-矮生嵩草-苔草、拉薩小檗-紫花針茅+白草等9個(gè)草地型屬于山地灌叢草原帶,紫花針茅+雜類(lèi)草和青藏苔草+紫花針茅等2個(gè)草地型屬于高山灌叢草原帶,紫花針茅+羽柱針茅、紫花針茅+墊型蒿、紫花針茅+藏沙蒿、紫花針茅+沙生針茅、紫花針茅+固沙草等5個(gè)草地型屬于山地半荒漠與荒漠帶,青藏苔草、紫花針茅、紫花針茅+矮火絨草等3個(gè)草地型屬于高山草原帶。1.2機(jī)械取樣法采樣2011年7—8月,作者沿黑阿、青藏、新藏公路沿線(xiàn)采集土樣,共設(shè)置54個(gè)采樣點(diǎn),每個(gè)采樣點(diǎn)重復(fù)6個(gè)土壤剖面。在采樣時(shí),鑒于青藏高原土壤年輕而且發(fā)育不完整,發(fā)生層不明顯,土層較薄,故采用機(jī)械取樣法采樣:0—10cm、10—20cm、20—30cm以及30—40cm。采樣點(diǎn)位置利用GPS定位,同步記錄海拔高度。在進(jìn)行定點(diǎn)采集土樣的基礎(chǔ)上,利用業(yè)已公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)中有樣點(diǎn)經(jīng)、緯度信息的13個(gè)高山草原土剖面數(shù)據(jù)[14,15,16,17,18,19]進(jìn)行集成分析,所有樣點(diǎn)的具體地理位置如圖1所示。(1)土柱的分層分揀在每塊樣地中,隨機(jī)設(shè)1個(gè)1m×1m樣方,先用收獲法測(cè)定地上生物量,再在該樣方中隨機(jī)設(shè)1個(gè)25cm×25cm小樣方,挖取該小樣方土柱,土柱深度40cm,并按10cm間隔進(jìn)行分層,將分層的土柱裝入80目尼龍袋中,用清水將泥沙沖洗干凈后,用鑷子揀取所有根系裝入布袋中。送回實(shí)驗(yàn)室置于80℃的恒溫烘箱中烘至恒重,稱(chēng)干重。(2)土壤含水量和海拔高度調(diào)查設(shè)1個(gè)25cm×25cm小樣方,挖土壤剖面,剖面深度0—40cm,用機(jī)械采樣法采集0—40cm土樣,并用酒精燃燒法同步測(cè)定0—10cm,10—20cm,20—30cm,30—40cm土層的含水量,用環(huán)刀法同步測(cè)定土壤容重。同時(shí),現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查每塊樣地中植物種數(shù)、優(yōu)勢(shì)種、平均高度和平均蓋度,并用海拔儀測(cè)定海拔高度。此外,收集各樣點(diǎn)相鄰氣象站的年均氣溫與年均降水量等氣象資料。(3)理化指標(biāo)的測(cè)定將所采土壤樣品裝入土壤布袋,送回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干后,磨細(xì)過(guò)1mm篩,用于土壤全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效鉀、土壤pH值、有機(jī)質(zhì)、總有機(jī)碳、總碳水化合物、水解性碳、水溶性碳、活性碳、總無(wú)機(jī)碳等理化指標(biāo)的測(cè)定。其中:土壤全氮和速效氮采用半微量凱氏法,土壤全磷測(cè)定采用鉬銻抗比色法,土壤全鉀和速效鉀測(cè)定采用原子吸收分光光度法,土壤有機(jī)質(zhì)、總有機(jī)碳、總碳水化合物和活性碳用重鉻酸鉀氧化-外加熱法、土壤pH值采用電位法、水解性碳和水溶性碳用蒽酮法、總無(wú)機(jī)碳用雙批未劑滴定法進(jìn)行測(cè)定。1.3離插值間距的計(jì)算將64個(gè)樣點(diǎn)0—40cm土層土壤碳氮比數(shù)據(jù)采用逆距離權(quán)重法(InverseDistanceWeighting,簡(jiǎn)稱(chēng)IDW)法作空間分布圖。IDW是一種常用而簡(jiǎn)便的空間插值方法,它以插值點(diǎn)與樣本點(diǎn)間的距離為權(quán)重進(jìn)行加權(quán)平均,離插值點(diǎn)越近的樣本點(diǎn)賦予的權(quán)重越大。設(shè)平面上分布一系列離散點(diǎn),已知其坐標(biāo)和值為Xi,Yi,Zi(i=1,2,…,n)通過(guò)距離加權(quán)值求Z點(diǎn)值,則Z值可通過(guò)以下公式計(jì)算。式中,Z為待估計(jì)的土壤養(yǎng)分柵格值,zi為第i(i=1,2,…,n)個(gè)采樣點(diǎn)的土壤碳氮比值,n為用于養(yǎng)分插值的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù),di為插值點(diǎn)到第i個(gè)采樣點(diǎn)的距離。同時(shí),將54個(gè)樣點(diǎn)數(shù)據(jù)采用單因素方差分析和最小顯著差異法比較不同數(shù)據(jù)組間的差異,用逐步回歸分析法建立0—40cm土層土壤碳氮比與地理、氣候、植被、土壤物理和化學(xué)因子之間的關(guān)系方程,并用因子分析法綜合分析不同因子對(duì)0—40cm土層土壤碳氮比的影響程度。2結(jié)果與分析2.1青藏高原高山生態(tài)系統(tǒng)土壤碳氮比水平分布特征2.1.1藏族草地型土壤碳氮比的變化從圖2可以看出,青藏高原高寒草原碳氮比的空間分布呈現(xiàn)出兩個(gè)特點(diǎn)。一是整體呈現(xiàn)出西北高東南低的態(tài)勢(shì);二是呈現(xiàn)出斑塊狀交錯(cuò)分布的格局。碳氮比的高值區(qū)主要集中在藏北高原腹地和喜馬拉雅山北麓湖盆區(qū),而在雅魯藏布江中上游以及馬攸木拉山以西,崗底斯山以南則為碳氮比的低值區(qū)。由圖3可知,青藏高原高寒草原19個(gè)草地型土壤碳氮比的平均值為20.39±13.09,變異系數(shù)為64.19%。從昆侖針茅-窄葉苔草草地型、紫花針茅+藏沙蒿草地型、紫花針茅+矮火絨草草地型、青藏苔草草地型、紫花針茅+干生苔草草地型,到固沙草+勁直黃芪草地型、紫花針茅+雜類(lèi)草草地型、青藏苔草+紫花針茅草地型、紫花針茅草地型、固沙草-苔草-紫花針茅草地型、藏東蒿草地型,再到紫花針茅+墊型蒿草地型、拉薩小檗-紫花針茅+白草草地型、羽柱針茅-紫花針茅-禾草草地型、紫花針茅+沙生針茅草地型、紫花針茅-矮生嵩草-苔草草地型、金露梅-青藏苔草+紫花針茅草地型、紫花針茅+羽柱針茅草地型和紫花針茅+固沙草草地型,土壤碳氮比逐漸下降。最大者(昆侖針茅-窄葉苔草草地型)的土壤碳氮比幾乎是最小者(紫花針茅+固沙草草地型)的11倍多,青藏高原高寒草原不同草地型土壤碳氮比差異顯著。2.1.3土壤碳氮比特征在青藏高原地區(qū)不同自然地帶中,高寒草原生態(tài)系統(tǒng)0—40cm土層碳氮比的水平分布也存在差異(圖4)。具體地說(shuō),高山草原帶土壤碳氮比為22.89±11.83,而高山灌叢草甸帶、山地灌叢草原帶和山地半荒漠與荒漠帶的碳氮比平均值為19.47±9.63。不同自然地帶土壤碳氮比依次為:高山草原帶>高山灌叢草甸帶>山地半荒漠與荒漠帶>山地灌叢草原帶。2.2青藏高原高山生態(tài)系統(tǒng)土壤剖面碳氮比分布特征2.2.1青藏高原不同草甸部分的碳氮分布特征從表1可以看出,在土壤剖面自上而下,可將19個(gè)高寒草原草地型土壤碳氮比的變化狀況,劃分為5個(gè)類(lèi)型。(1)土層深度對(duì)碳氮比的影響包括固沙草+勁直黃芪草地型、拉薩小檗-紫花針茅+白草草地型、青藏苔草草地型、紫花針茅+藏沙蒿草地型、紫花針茅+沙生針茅草地型、紫花針茅+羽柱針茅草地型、紫花針茅-矮生嵩草-苔草草地型、紫花針茅草地型等8個(gè)草地型。其共同特點(diǎn)是:在0—20cm范圍內(nèi),隨著土層深度的增加,碳氮比逐漸增加;在20—40cm范圍內(nèi),隨著土層深度的增加,碳氮比逐漸減小。20—30cm、30—40cm2個(gè)土層間碳氮比的差異也達(dá)到0.01或0.05水平的顯著性差異(除固沙草+勁直黃芪草地型差異性不顯著外)。(2)不同土層的碳氮比只有金露梅-青藏苔草+紫花針茅草地型1個(gè)草地型。其特點(diǎn)是:隨著土層深度的增加,碳氮比逐漸減小,0—10cm土層的碳氮比在15.0以上,而10—20cm、20—30cm和30—40cm土層的碳氮比均在8.80以下,僅占0—10cm土層的56.27%、46.32%和39.43%。0—10cm與其它各土層間碳氮比的差異均達(dá)到0.01水平的顯著性差異。(3)草地型包括羽柱針茅-紫花針茅-禾草草地型、紫花針茅+固沙草草地型等2個(gè)草地型。其共同特點(diǎn)是:隨著土層深度的增加,碳氮比逐漸增加,0—10cm、20—30cm和30—40cm土層間碳氮比的差異均達(dá)到0.05或0.01水平的顯著性差異。(4)土層深度對(duì)碳氮比的影響包括藏東蒿草地型、昆侖針茅-窄葉苔草草地型、青藏苔草+紫花針茅草地型、紫花針茅+矮火絨草草地型、紫花針茅+干生苔草草地型等5個(gè)草地型。其共同特點(diǎn)是:在0—20cm范圍內(nèi),隨著土層深度的增加,碳氮比逐漸減小;在20—30cm范圍內(nèi),隨著土層深度的增加,碳氮比逐漸增大;在30—40cm范圍內(nèi),隨著土層深度的增加,碳氮比逐漸減小。0—10cm、10—20cm、20—30cm、30—40cm4個(gè)土層間碳氮比的差異均達(dá)到0.01水平的顯著性差異(除紫花針茅+干生苔草草地型0—10cm與10—20cm、20—30cm、30—40cm土層間不顯著外)。(5)土層深度對(duì)碳氮比的影響包括固沙草-苔草-紫花針茅草地型、紫花針茅+墊型蒿草地型、紫花針茅+雜類(lèi)草草地型等3個(gè)草地型。其共同特點(diǎn)是:在0—20cm范圍內(nèi),隨著土層深度的增加,碳氮比逐漸減小;在20—40cm范圍內(nèi),隨著土層深度的增加,碳氮比逐漸增大。0—20cm、10—20cm、20—30cm、30—40cm4個(gè)土層間碳氮比的差異均達(dá)到0.01或0.05水平的顯著性差異(除紫花針茅+墊型蒿草地型10—20cm、20—30cm、30—40cm3個(gè)土層間不顯著外)。2.2.2青藏高原不同自然帶土壤剖面中碳氮比的垂直分布特征從表2可以看出,土壤剖面自上而下,4個(gè)自然植被帶碳氮比分布也呈現(xiàn)不同的特征。(1)不同土層間碳氮比的變化在0—20cm范圍內(nèi),隨著土層深度的增加,土壤碳氮比逐漸增加,0—10cm與10—20cm土層間碳氮比的差異達(dá)到0.05水平的顯著性差異;在0—40cm范圍內(nèi),隨著土層深度的增加,碳氮比逐漸減小,20—30cm、30—40cm2個(gè)土層間碳氮比達(dá)到0.01水平的顯著性差異。(2)碳氮比的顯著性隨著土層深度的增加,土壤碳氮比逐漸減小。其中:0—10cm和10—20cm土層的碳氮比都在22.00以上,而20—30cm和30—40cm土層的碳氮比均在17.80以下,僅為0—10cm土層的54.35%和42.02%,各土層間達(dá)到0.01水平的顯著性差異。(3)碳氮比的顯著性隨著土層深度的增加,土壤碳氮比逐漸增加。其中:0—10cm土層的碳氮比在14.00以下,而10—20cm、20—30cm和30—40cm土層的碳氮比則均在19.00以上,各土層間差異達(dá)到0.05或0.01水平的顯著性差異。(4)土層深度對(duì)碳氮比的影響在0—20cm范圍內(nèi),隨著土層深度的增加,土壤碳氮比逐漸減小;在20—30cm范圍內(nèi),隨著土層深度的增加,碳氮比逐漸增大;在30—40cm范圍內(nèi),隨著土層深度的增加,碳氮比逐漸減小。0—20cm、10—20cm、20—30cm、30—40cm4個(gè)土層間碳氮比的差異均達(dá)到0.01水平的顯著性差異(10—20cm、30—40cm土層間差異不顯著外)。2.3青藏高原高山生態(tài)系統(tǒng)土壤碳氮比與環(huán)境因素的關(guān)系2.3.1碳氮比與地理經(jīng)度的關(guān)系基于逐步回歸分析法,建立土壤碳氮比與地理因子的關(guān)系方程如下:從式(1)可以看出,土壤碳氮比(Y)與地理緯度(X1)、海拔(X3)均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,而與地理經(jīng)度(X2)呈正相關(guān)關(guān)系。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)誤差檢驗(yàn),該回歸方程通過(guò)了ue014=0.01水平的顯著性檢驗(yàn)。表明,影響青藏高原高寒草原生態(tài)系統(tǒng)土壤碳氮比的主要地理因子是地理緯度、地理經(jīng)度和海拔,土壤碳氮比隨著地理緯度的增大、海拔的升高和地理經(jīng)度的減小而減小。同時(shí)也表明,地理因子對(duì)土壤碳氮比的影響達(dá)到極顯著水平。2.3.2土壤碳氮比與年際關(guān)系表3基于逐步回歸分析法,建立土壤碳氮比與氣候因子的關(guān)系方程如下:從式(2)可以看出,影響土壤碳氮比(Y)的主要?dú)夂蛞蜃邮悄昃照諘r(shí)數(shù)(X1)、年均氣溫(X2)、最冷月均氣溫(X3)、≥0℃積溫(X5)、≥5℃積溫(X6)、≥10℃積溫(X7)、年均蒸發(fā)量(X10)、年均相對(duì)濕度(X11),而最暖月均氣溫(X4)、年均降水量(X8)、6—9月降水率(X9)的影響則很小。同時(shí)從式(3)還可以看出,土壤碳氮比與年均日照時(shí)數(shù)、年均氣溫、最冷月均氣溫、年均蒸發(fā)量、年均相對(duì)濕度的偏相關(guān)系數(shù)均達(dá)到0.01水平的顯著差異,但與≥0℃積溫、≥5℃積溫、≥10℃積溫的偏相關(guān)關(guān)系則未達(dá)到0.05水平的顯著性差異。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)誤差檢驗(yàn),該回歸方程通過(guò)了ue014=0.01水平的顯著性檢驗(yàn)著。表明,影響青藏高原高寒草原生態(tài)系統(tǒng)土壤碳氮比的主要?dú)夂蛞蜃邮悄昃照諘r(shí)數(shù)、年均氣溫、最冷月均氣溫、≥0℃積溫、≥5℃積溫、≥10℃積溫、年均蒸發(fā)量和年均相對(duì)濕度。其中:年均日照時(shí)數(shù)、年均氣溫、最冷月均氣溫、年均蒸發(fā)量、年均相對(duì)濕度的影響尤為顯著,土壤碳氮比隨著最冷月均氣溫、年均蒸發(fā)量、年均相對(duì)濕度的增加以及年均日照時(shí)數(shù)的減少和年均氣溫的降低而顯著增加。也表明,氣候因子對(duì)土壤碳氮比的影響達(dá)到極顯著水平。2.3.3土壤碳氮比指標(biāo)ue0103+0.05的方差分析基于逐步回歸分析法,建立土壤碳氮比與植被因子的數(shù)學(xué)模型:從式(3)可以看出,影響土壤碳氮比(Y)的主要植被因子是0—10cm地下生物量(X1)和地上生物量(X5),而10—20cm地下生物量(X2)、20—30cm地下生物量(X3)、30—40cm地下生物量(X4)、植被蓋度(X6)、植被高度(X7)等其它植被因子則對(duì)土壤碳氮比無(wú)明顯影響。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)誤差檢驗(yàn),該回歸方程未通過(guò)ue014=0.05水平的顯著性檢驗(yàn)。表明,影響青藏高原高寒草原生態(tài)系統(tǒng)土壤碳氮比的主要植被因子是0—10cm地下生物量和地上生物量,土壤碳氮比隨著0—10cm地下生物量和地上生物量的增加而增加。同時(shí)也表明,植被因子對(duì)土壤碳氮比的影響未達(dá)到顯著水平。2.3.4土壤理化性質(zhì)基于逐步回歸分析法,建立土壤碳氮比與土壤物理因子的數(shù)學(xué)模型:從式(4)可以看出,影響土壤碳氮比(Y)的主要土壤物理因子是30—40cm土壤容重(X4)、0—10cm土壤含水量(X5)、10—20cm土壤含水量(X6),而0—10cm土壤容重(X1)、10—20cm土壤容重(X2)、20—30cm土壤容重(X3)、20—30cm土壤含水量(X7)、30—40cm土壤含水量(X8)等其它土壤物理因子則對(duì)土壤碳氮比無(wú)明顯影響。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)誤差檢驗(yàn),土壤碳氮比與土壤物理因子的關(guān)系方程通過(guò)了ue014=0.01水平的顯著性檢驗(yàn)。表明,影響青藏高原高寒草原生態(tài)系統(tǒng)土壤碳氮比的主要土壤物理因子是30—40cm土壤容重、0cm—10cm土壤含水量和10—20cm土壤含水量,土壤碳氮比隨著30—40cm土壤容重的減小以及0—10cm和10—20cm土壤含水量的的增加而增加。也表明,土壤物理因子對(duì)土壤碳氮比的影響達(dá)到極顯著水平。2.3.5土壤化學(xué)因子基于逐步回歸分析法,建立土壤碳氮比與土壤化學(xué)因子的數(shù)學(xué)模型:從式(5)可以看出,影響土壤碳氮比(Y)的主要土壤化學(xué)因子是土壤pH值、土壤全氮(X2)、速效鉀(X3)、有機(jī)質(zhì)(X6)、總有機(jī)碳(X7)、總碳水化合物(X8)、水溶性碳(X9)、活性碳(X11)、胡富總碳(X14),而土壤pH值(X1)、速效氮(X4)、全鉀(X5)、水解性碳(X10)、HCO3-(X12)、活性碳(X13)、HCO3-(X15)等其它土壤化學(xué)因子則對(duì)土壤碳氮比無(wú)明顯影響。同時(shí)從式(5)還可看出,土壤碳氮比與土壤全氮、速效鉀的偏相關(guān)系數(shù)均達(dá)到0.01水平的顯著性差異,而與有機(jī)質(zhì)、總有機(jī)碳、總碳水化合物、水溶性碳、活性碳、胡富總碳的偏相關(guān)系數(shù)未達(dá)到0.05水平的顯著性差異。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)誤差檢驗(yàn),土壤碳氮比與土壤化學(xué)因子的關(guān)系方程通過(guò)了ue014=0.01水平的顯著性檢驗(yàn)。表明,影響青藏高原高寒草原生態(tài)系統(tǒng)土壤碳氮比的主要土壤化學(xué)因子是土壤全氮、速效鉀、有機(jī)質(zhì)、總有機(jī)碳、總碳水化合物、水溶性碳、活性碳和胡富總碳含量。其中:土壤全氮、速效鉀的影響尤為顯著,土壤碳氮比隨著土壤全氮含量的減小和速效鉀含量的增加而顯著增加。也表明,土壤化學(xué)因子對(duì)土壤碳氮比的影響達(dá)到極顯著水平。2.3.6土壤碳氮比顯著影響因素的因子分析通過(guò)以上分析可以看出,土壤碳氮比與最冷月均氣溫、年均蒸發(fā)量、年均相對(duì)濕度和土壤全氮含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系,而與年均日照時(shí)數(shù)、年均氣溫、速效鉀含量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。但是,這些因子對(duì)土壤碳氮比的影響程度如何尚不清楚。為此,我們對(duì)土壤碳氮比影響顯著的最冷月均氣溫、年均蒸發(fā)量、年均相對(duì)濕度、土壤全氮含量、年均日照時(shí)數(shù)、年均氣溫、速效鉀含量等7個(gè)因素進(jìn)行因子分析。從表3可知,這7個(gè)變量反映的信息可由3個(gè)主因子反映,其累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到90.11%。其中:第一主因子對(duì)方差的貢獻(xiàn)率為61.90%,它由年均日照時(shí)數(shù)、年均氣溫、最冷月均氣溫、年均蒸發(fā)量、年均相對(duì)濕度等5個(gè)氣候因素所決定。第二主因子對(duì)方差的貢獻(xiàn)率為17.09%,由土壤全氮含量構(gòu)成。第三主因子對(duì)方差的貢獻(xiàn)率為11.12%,由土壤速效鉀含量構(gòu)成。這些環(huán)境因素對(duì)土壤碳氮比影響從大到小的順序是年均相對(duì)濕度>年均日照時(shí)數(shù)>最冷月均氣溫>年均氣溫>年均蒸發(fā)量>土壤全氮含量>土壤速效鉀含量。3青藏背景對(duì)土壤碳氮比的影響目前,部分土壤氮儲(chǔ)量估算和生態(tài)系統(tǒng)碳模型研究中常將土壤碳氮比視為一個(gè)常數(shù),并根據(jù)土壤和生物量中碳含量以及碳氮比,近似估計(jì)大部分土壤和生物量的氮儲(chǔ)量。例如,科學(xué)家們通過(guò)假設(shè)礦物土壤碳氮比為10、有機(jī)土壤碳氮比為30,利用土壤碳數(shù)據(jù)估算全球陸地土壤氮儲(chǔ)量約為240Pg。除此之外,Schipper等通過(guò)假定土壤碳氮比最小值為9、10和11來(lái)估計(jì)新西蘭土壤氮的最大存儲(chǔ)能力。由于土壤碳氮比存在相當(dāng)大的變異性,利用碳儲(chǔ)量與固定的碳氮比來(lái)計(jì)算氮儲(chǔ)量會(huì)產(chǎn)生較大的不確定性。因此,應(yīng)構(gòu)建不同植被和土壤類(lèi)型的碳氮比數(shù)據(jù)庫(kù),加強(qiáng)不同生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型植物和土壤碳氮比的空間變異性研究,才能深入探討土壤碳氮比特征的空間格局和調(diào)控因素,更加準(zhǔn)確地估算土壤碳氮儲(chǔ)量和模擬土壤碳氮循環(huán)過(guò)程。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外科學(xué)家研究了植物葉碳氮比經(jīng)、緯向空間分布特征。研究結(jié)果表明,呼倫貝爾草地植物群落碳氮比隨經(jīng)度梯度升高而顯著增加,隨著向赤道接近,森林葉碳氮比會(huì)增加。另有研究發(fā)現(xiàn),隨著土壤剖面自上而下,內(nèi)蒙古鄂爾多斯地區(qū)本氏針茅、油蒿、牛心樸子和嚴(yán)重退化地等四種主要植物群落類(lèi)型土壤碳氮比表現(xiàn)為高-低-高、青藏高原放牧高寒草甸土壤碳氮比為由低到高、東祁連山高寒嵩草草地土壤碳氮比為高-低-高、蘇北潮灘濕地互花米草灘和光灘的交界部位以及鹽蒿灘為高-低-高-低型、蘆葦?shù)貫榈?高-低型,互花米草灘則為高-低-高型。研究結(jié)果表明,從水平分布來(lái)看,土壤碳氮比呈現(xiàn)出西北高東南低的總體態(tài)勢(shì)和斑塊狀交錯(cuò)分布的格局,碳氮比的高值區(qū)主要集中在藏北高原腹地和喜馬拉雅山北麓湖盆區(qū),不同草地型和不同自然地帶土壤碳氮比差異顯著。從土壤剖面分布來(lái)看,不同草地型碳氮比可分為低-高-低型、由高到低型、由低到高型、高-低-高-低型和高-低-高型等5個(gè)類(lèi)型,表土層(0—10cm)土壤碳氮比與底土層(30—40cm)土壤碳氮比差異顯著。這表明青藏高原高寒草原生態(tài)系統(tǒng)土壤碳氮比經(jīng)、緯向及土壤剖面空間分布特征較這些土壤更為豐富,也表明今后