東祁連山高寒草甸土壤理化性質(zhì)對(duì)海拔和坡向的響應(yīng)及其與植被特征的關(guān)系

李 強(qiáng)， 何國(guó)興， 文 銅， 楊冬陽(yáng)， 張德罡， 韓天虎，潘冬榮， 柳小妮

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省草原技術(shù)推廣總站，甘肅 蘭州 730000）

作為草地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，土壤是植物生長(zhǎng)發(fā)育的基質(zhì)，直接影響植被群落的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)力［1］。土壤養(yǎng)分是草地植物養(yǎng)分的主要來(lái)源，其含量差異和平衡關(guān)系及土壤物理結(jié)構(gòu)是調(diào)控植物生長(zhǎng)和分布的關(guān)鍵因子［2］。土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量比表征了生物個(gè)體、種群的養(yǎng)分限制乃至生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能［3-4］，如碳氮比（C/N）和碳磷比（C/P）反映土壤氮、磷供應(yīng)能力和分解速率，而氮磷比（N/P）反映了土壤氮、磷元素供應(yīng)的限制［5-6］。賀金生等［3］系統(tǒng)的論述了生態(tài)化學(xué)計(jì)量比從個(gè)體到生態(tài)系統(tǒng)的統(tǒng)一理論及其養(yǎng)分限制理論，而陳云等［5］和孫小妹等［6］對(duì)我國(guó)典型生態(tài)脆弱區(qū)和天然草原生態(tài)化學(xué)計(jì)量方面的研究成果進(jìn)行了梳理。研究發(fā)現(xiàn)，地形因素通過(guò)影響土壤與環(huán)境之間物質(zhì)與能量的交換，且與其他成土因素共同影響土壤養(yǎng)分的分布與積累，進(jìn)而影響著土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征的變化［1］。海拔和坡向是山地生態(tài)系統(tǒng)主要的地形因子，通過(guò)影響山地生態(tài)系統(tǒng)的水熱環(huán)境進(jìn)而影響區(qū)域內(nèi)土壤養(yǎng)分分布格局和化學(xué)計(jì)量特征比［7］。因此，探索草地土壤理化性質(zhì)和生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征，揭示植物與土壤養(yǎng)分之間的關(guān)系，進(jìn)而更好地認(rèn)識(shí)養(yǎng)分元素的循環(huán)和平衡機(jī)制［8］，了解地形因子變化過(guò)程中土壤養(yǎng)分含量和生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征的變化規(guī)律，對(duì)評(píng)估土壤質(zhì)量和合理管理草地具有重要的生態(tài)學(xué)意義。

祁連山是我國(guó)西北重要的生態(tài)安全屏障［9-11］，而高寒草甸是祁連山的主要草地類型之一，對(duì)祁連山地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性起著舉足輕重的作用［12］。目前，針對(duì)祁連山不同海拔、植被類型的土壤養(yǎng)分和生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征開展了大量研究發(fā)現(xiàn)［13-16］，如馬劍等［13］和高海寧等［14］研究發(fā)現(xiàn)，祁連山北麓土壤C/N、C/P 隨海拔升高總體呈下降趨勢(shì)，且均在中高海拔處最高，植被類型、海拔、坡向和蓋度是影響土壤碳（C）、氮（N）、磷（P）含量和化學(xué)計(jì)量比的主要因素，但是針對(duì)高寒草甸系統(tǒng)的對(duì)海拔和坡向變化過(guò)程中的土壤理化性質(zhì)和生態(tài)化學(xué)計(jì)量比的變化特征的研究尚未見報(bào)道，海拔和坡向地形因子的互作對(duì)土壤理化性質(zhì)和生態(tài)化學(xué)計(jì)量比的影響有助于揭示區(qū)域高寒草甸的養(yǎng)分匱缺和養(yǎng)分限制，對(duì)合理的管理高寒草地具有重要的意義。

因此，本研究以東祁連山高寒草甸為研究對(duì)象，通過(guò)分析不同海拔和坡向下土壤理化性質(zhì)含量和生態(tài)化學(xué)計(jì)量比變化規(guī)律及其與植被的關(guān)系，以期為實(shí)現(xiàn)高寒草甸的合理管理和生態(tài)保護(hù)提供科學(xué)的數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)（102°26′31″～102°55′01″E，37°07′23″～37°17′53″N）位于甘肅省天祝藏族自治縣抓喜秀龍鄉(xiāng)的東祁連山金強(qiáng)河上游，海拔2600～4300 m。該區(qū)域?qū)儆诟吆疂駶?rùn)氣候，全年≥0 ℃的積溫平均為1360 ℃，年平均氣溫-0.1～0.6 ℃，年均蒸發(fā)量1483～1614 mm，年平均降水量446 mm，氣候寒冷潮濕，平均相對(duì)濕度55%［16］。研究區(qū)主要的草地類型是高寒草甸，土壤類型以亞高山草甸土、山地黑鈣土、山地草甸土為主，且pH為6.94～8.17。

1.2 樣地設(shè)置與樣品采集

2020 年7 月30 日—8 月2 日，在東祁連山金強(qiáng)河流域選取了7 個(gè)不同海拔（2800 m、3000 m、3200 m、3400 m、3600 m、3800 m 和4000 m），同一海拔設(shè)置2個(gè)不同坡向（陽(yáng)坡、陰坡）樣地，采樣區(qū)域均為禁牧區(qū)，每個(gè)樣地隨機(jī)各選取3 個(gè)10 m×10 m 的采樣區(qū)域（表1）。

表1 樣地基本信息Tab.1 Basic information of sample points

每個(gè)采樣區(qū)域按對(duì)角線設(shè)3 個(gè)50 cm×50 cm 的樣方，即3 個(gè)重復(fù)。采卷尺和針刺法用測(cè)定每個(gè)樣方中植被的草層高度和總蓋度及不同種植物的高度和分蓋度，然后分物種采集地上生物量（齊地面刈割，放入樣品袋中），稱鮮重后，帶回實(shí)驗(yàn)室于105 ℃烘箱中殺青2 h 后，60 ℃下恒重，稱重。草樣刈割后，采用直徑5 cm 土鉆采集表層0～30 cm 土樣用于測(cè)定土壤養(yǎng)分含量，同時(shí)，用環(huán)刀取土壤樣品測(cè)定土壤容重和含水量。

1.3 土壤理化性質(zhì)測(cè)定

土壤容重和含水量分別采用環(huán)刀法和烘干法測(cè)定；土壤持水性參照由中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所物理研究室出版的《土壤物理性質(zhì)測(cè)定方法》［17］。

土壤pH 和電導(dǎo)率測(cè)定：取部分風(fēng)干土，過(guò)100目篩子，稱取10 g，加入50 mL 去離子水，在全自動(dòng)搖床上150 rpm振蕩1 h，靜至10 min，采用酸度計(jì)和電導(dǎo)率儀測(cè)定土壤pH和電導(dǎo)率。

全效養(yǎng)分測(cè)定：取部分風(fēng)干土壤樣品，過(guò)80 目篩，然后進(jìn)行研磨，使粒徑小于0.15 mm，待測(cè)。土壤有機(jī)碳（SOC）測(cè)定采用全自動(dòng)碳分析儀（Multi N/C 2100S/1，Analytik Jena AG,Germany），土壤全氮測(cè)定采用凱氏定氮法、全磷測(cè)定采用鉬銻抗比色法、全鉀測(cè)定采用氫氧化鈉熔融-火焰光度計(jì)法［17］。

速效養(yǎng)分的測(cè)定：將部分陰干土過(guò)100目篩子，將土壤樣品進(jìn)行研磨，使粒徑小于0.25 mm，取土壤樣品測(cè)定土壤速效氮（AN）、速效磷（AP）和速效鉀（AK）。土壤速效氮采用擴(kuò)散吸收法測(cè)定［17］，土壤速效磷采用鉬銻抗比色法測(cè)定（由于研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量較高，加入活性炭脫色測(cè)定效果不佳，故采用高錳酸鉀氧化-葡萄糖還原法的方法進(jìn)行脫色處理，詳細(xì)脫色處理步驟參照張德罡等［18］的草原速效磷測(cè)定方法），土壤速效鉀采用醋酸銨-火焰光度計(jì)法測(cè)定［17］。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

使用Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和繪圖。使用SPSS 21.0 軟件進(jìn)行方差分析和T 檢驗(yàn)。使用SPSS 21.0和Canoco 5.0進(jìn)行聚類和冗余分析（RDA）研究高寒草甸不同海拔和坡向土壤理化性質(zhì)和生態(tài)化學(xué)計(jì)量比的異質(zhì)性及其與植被的關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同海拔和坡向下高寒草甸植被特征

由表2可知，隨著海拔升高，植被蓋度先升高后降低，陽(yáng)坡和陰坡均在海拔3200 m 處達(dá)最大值（80.00%和96.67%）；同一海拔，除了海拔4000 m 之外，陰坡植被蓋度均高于陽(yáng)坡，且海拔2800 m、3000 m、3200 m和3400 m的陰坡植被總蓋度顯著高于陽(yáng)坡。高寒草甸草層高度和地上生物量變化規(guī)律與植被蓋度基本類似。

表2 不同海拔和坡向下高寒草甸植被特征Tab.2 Vegetation characteristics of alpine grasslands at different altitudes and aspect

2.2 不同海拔和坡向下高寒草甸土壤容重、含水量、pH和電導(dǎo)率

海拔和坡向的交互效應(yīng)對(duì)土壤容重、含水量、pH和電導(dǎo)率有顯著影響（P＜0.05）（圖1）。隨著海拔的升高，土壤容重呈先降低后升高，陽(yáng)坡和陰坡均在海拔3200 m處達(dá)最小值（0.68 g·cm-3和0.66 g·cm-3）（圖1a）；同一海拔梯度上，陰坡土壤容重均低于陽(yáng)坡。隨著海拔的升高，土壤含水量呈先升高后降低，陽(yáng)坡和陰坡分別在海拔3600 m（52.18%）和3200 m（64.36%）處達(dá)最大值（圖1b）；同一海拔梯度上，陰坡土壤含水量均高于陽(yáng)坡，除海拔3600 m外，其他海拔梯度陰坡與陽(yáng)坡之間差異顯著（P＜0.05）。隨著海拔的升高，陽(yáng)坡土壤pH 呈先升高后降低再升高，陰坡呈先降低后升高的變化趨勢(shì)，陽(yáng)坡的最大值和最小值分布在海拔3000 m（7.80）和3800 m（6.63）處，而陰坡在海拔3800 m 處達(dá)最小值（6.67）（圖1c）；同一海拔梯度上，除海拔2800 m、3800 m和4000 m 外，陽(yáng)坡土壤pH 均高于陰坡，且海拔3000m、3200 m、3600 m 和4000 m 陰坡與陽(yáng)坡的土壤pH之間差異顯著（P＜0.05）。隨著海拔的升高，除海拔4000 m外，土壤電導(dǎo)率在陽(yáng)坡和陰坡呈先升高后降低（圖1d），陽(yáng)坡和陰坡土壤電導(dǎo)率分別在海拔3200 m（249.00 μS·cm-1）和海拔3000 m（195.83 μS·cm-1）處達(dá)最大值；同一海拔梯度上，除海拔2800 m和3000 m 外的其他海拔的陽(yáng)坡土壤電導(dǎo)率均高于陰坡，且差異顯著（P＜0.05）。

圖1 不同海拔和坡向下高寒草甸土壤容重、含水量、pH和電導(dǎo)率Fig.1 Soil bulk density,water content,pH,and conductivity of alpine grasslands at different altitudes and aspect

2.3 不同海拔和坡向下高寒草甸土壤養(yǎng)分含量變化特征

海拔和坡向的交互效應(yīng)對(duì)土壤有機(jī)碳、全氮、全磷和全鉀含量有顯著影響（P＜0.05）（圖2）。隨著海拔的升高，土壤有機(jī)碳在陽(yáng)坡和陰坡呈先升高后降低的變化趨勢(shì)（圖2a），陽(yáng)坡和陰坡土壤有機(jī)碳在海拔3200 m 處達(dá)最大值（85.66 g·kg-1和99.26 g·kg-1）；同一海拔梯度上，海拔3200 m 以下陰坡土壤有機(jī)碳均高于陽(yáng)坡，且海拔2800 m和3000 m陰坡與陽(yáng)坡之間差異顯著（P＜0.05）。土壤全氮隨海拔和坡向的變化規(guī)律與土壤有機(jī)碳類似（圖2b）。隨著海拔的升高，土壤全磷在陽(yáng)坡和陰坡呈先降低后升高的變化趨勢(shì)（圖2c），陽(yáng)坡和陰坡土壤全磷在海拔3800 m處達(dá)最小值（0.77 g·kg-1和0.54 g·kg-1）；同一海拔梯度上，除海拔4000 m 外，其他海拔梯度陽(yáng)坡土壤全磷均高于陰坡。隨著海拔的升高，土壤全鉀在陽(yáng)坡和陰坡呈先升高后降低的變化趨勢(shì)（圖2c），陽(yáng)坡和陰坡土壤全鉀分別在海拔3600 m（12.24 g·kg-1）和3800 m（14.45 g·kg-1）處達(dá)最大值；同一海拔梯度上，海拔3200 m、3400 m 和3600 m 梯度陽(yáng)坡土壤全鉀含量高于陰坡，其他海拔梯度陽(yáng)坡土壤全鉀低于陰坡。

圖2 不同海拔和坡向下高寒草甸土壤有機(jī)碳、全氮、全磷、全鉀變化特征Fig.2 Changes of soil organic carbon,total nitrogen,total phosphorus and total potassium of alpine grasslands at different altitudes and aspect

土壤堿解氮隨海拔和坡向的變化規(guī)律與土壤有機(jī)碳類似（圖3a）。隨著海拔的升高，土壤速效磷在陽(yáng)坡和陰坡呈先升高后降低的變化趨勢(shì)（圖3b），均在海拔3200 m 處達(dá)最大值（24.62 mg·kg-1和28.75 mg·kg-1）；同一海拔梯度上，陰坡土壤速效磷高于陽(yáng)坡，除海拔4000 m 外，其他海拔均差異不顯著（P＞0.05）。隨著海拔的升高，土壤速效鉀在陽(yáng)坡和陰坡呈先升高后降低的變化趨勢(shì)（圖3c），均在海拔3200 m處達(dá)最大值（286.61 mg·kg-1和221.06 mg·kg-1）；同一海拔梯度上，除海拔3600 m和4000 m外，陰坡土壤速效鉀低于陽(yáng)坡。

圖3 不同海拔和坡向下高寒草甸土壤堿解氮、速效磷、速效鉀變化特征Fig.3 Changes of soil alkali-hydrolyzable nitrogen,available phosphorus and available potassium of alpine grasslands at different altitudes and aspect

2.4 不同海拔和坡向下高寒草甸土壤化學(xué)計(jì)量比

不同海拔和坡向的高寒草甸土壤C/N 處于14.55～38.13之間（圖4a），隨著海拔的升高，土壤C/N在陽(yáng)坡和陰坡均呈先降低后升高的變化趨勢(shì)，陽(yáng)坡土壤C/N在海拔3200 m處達(dá)最小值（14.55），陰坡土壤C/N在海拔3400 m處達(dá)最小值（15.20）；同一海拔梯度上，海拔2800 m、3000 m 和3400 m 陽(yáng)坡的C/N高于陰坡，其他海拔陽(yáng)坡的C/N 低于陰坡，且海拔2800 m 和4000 m 的陰坡與陽(yáng)坡土壤C/N 差異顯著（P＜0.05）。不同海拔和坡向的高寒草甸土壤C/P處于12.61～87.94 之間，隨著海拔的升高，陽(yáng)坡和陰坡土壤C/P 均呈先升高后降低的變化趨勢(shì)，陽(yáng)坡和陰坡土壤C/P 在海拔3800 m 處達(dá)最大值（75.24 和87.91）；同一海拔梯度上，除海拔4000 m 外，陽(yáng)坡土壤C/P均低于陰坡（圖4b）。不同海拔和坡向的高寒草甸土壤N/P 處于0.58～5.01 之間，土壤N/P 的變化規(guī)律與C/P類似（圖4c）。

圖4 不同海拔和坡向下高寒草甸土壤化學(xué)計(jì)量比變化特征Fig.4 Changes of soil stoichiometric of alpine grasslands at different altitudes and aspect

2.5 土壤因子與植被特征關(guān)系及基于植被和土壤因子的聚類分析

將土壤因子與植被特征進(jìn)行RDA分析發(fā)現(xiàn)（圖5a），第一軸和第二軸的總貢獻(xiàn)率為95.18%，具有生物學(xué)統(tǒng)計(jì)意義。即前兩軸可以比較完全的反映出高寒草甸土壤與植被的信息，以第一軸為主。由圖5a 可知，高寒草甸植被特征受土壤容重、全氮和速效磷的影響較大，且土壤容重對(duì)植被特征的影響呈負(fù)相關(guān)，全氮和速效磷的影響呈正相關(guān)。

基于本文植被特征、土壤理化性質(zhì)和生態(tài)化學(xué)計(jì)量比指標(biāo)，對(duì)不同海拔和坡向處理進(jìn)行聚類分析發(fā)現(xiàn)（圖5b），高海拔（3600 m、3800 m 和4000 m）和低海拔區(qū)域（2800 m）的坡向之間類似性高于中海拔區(qū)域（3000 m、3200 m和3400 m）。

圖5 土壤因子與植被特征冗余分析及基于植被和土壤因子的聚類分析Fig.5 Redundancy analysis of soil factors and vegetation characteristics and cluster analysis based on vegetation and soil factors

3 討論

土壤是植物生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)載體，是各類生態(tài)環(huán)境因子與生物群落經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期相互作用的產(chǎn)物［19］，而土壤理化性質(zhì)不僅僅是衡量土壤肥力的重要指標(biāo)［20］，還是土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)［19］。海拔和坡向作為重要的地形因素，能夠通過(guò)改變環(huán)境因子（氣溫、年降水量、年積溫、植被群落組成）影響著土壤理化性質(zhì)［19-20］。

3.1 土壤物理性質(zhì)

土壤容重和含水量是反映土壤物理性質(zhì)的重要指標(biāo)；土壤pH 不僅影響著土壤養(yǎng)分循環(huán)和酶活性［21］，而且還參與了土壤中的許多化學(xué)反應(yīng)和過(guò)程［22］；土壤電導(dǎo)率是衡量土壤養(yǎng)分含量的重要參數(shù)，能夠準(zhǔn)確地反映土壤質(zhì)量。劉西剛等［20］研究發(fā)現(xiàn)，土壤含水量隨海拔升高先升高后降低，而土壤容重隨海拔升高逐漸降低。呂宸等［23］研究發(fā)現(xiàn)，半陰坡土壤容重大于半陽(yáng)坡，土壤含水量陰坡大于陽(yáng)坡。馮挺等［24］研究發(fā)現(xiàn)，土壤含水量、電導(dǎo)率隨著海拔的升高呈先增加后降低趨勢(shì)，陰坡土壤電導(dǎo)率小于陽(yáng)坡。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著海拔的升高，土壤容重和pH 先降低后升高，土壤含水量和電導(dǎo)率先升高后降低；同一海拔，大部分海拔陽(yáng)坡土壤容重、pH和電導(dǎo)率高于陰坡，但是陽(yáng)坡土壤含水量低于陰坡，這與車明軒等［25］等研究結(jié)果類似。由于研究區(qū)高寒草草甸主要分布在2800～4000 m，在3200 m 以下，隨著海拔的升高，草地植被蓋度增加，同時(shí)氣溫下降，潛在蒸發(fā)量減少，冰雪融化進(jìn)一步促使土壤含水量上升，草地植被根系活性增強(qiáng)，土壤容重和pH降低；當(dāng)海拔超過(guò)3400 m后，低氣溫不利于植物的生長(zhǎng)，冰雪融化水較少，土壤含水量逐漸下降，導(dǎo)致植被蓋度下降和植物根系活力減緩［22］。同一海拔，陽(yáng)坡接收到的太陽(yáng)輻射顯著高于陰坡，蒸發(fā)量差異導(dǎo)致土壤容重、含水量、電導(dǎo)率和pH 的坡向差異。

3.2 土壤養(yǎng)分

土壤有機(jī)碳是土壤肥力的直接體現(xiàn)，其含量與分布特征對(duì)區(qū)域土壤碳、氮、磷、鉀的分布具有顯著的影響［26］。土壤氮和磷是植被生長(zhǎng)發(fā)育以及繁殖過(guò)程中最重要的養(yǎng)分元素［27］。金章利等［28］經(jīng)過(guò)3 a定位試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，高寒草甸土壤碳、氮、磷均隨著海拔的升高先升高后降低。本試驗(yàn)中，土壤有機(jī)碳、全氮、全鉀、堿解氮、速效磷和速效鉀含量隨海拔的升高呈先升高后降低，全磷呈先降低后升高；同一海拔，陽(yáng)坡的土壤全磷（除海拔4000 m）和速效鉀（除海拔3600 m 和4000 m）高于陰坡，海拔3200 m以下陽(yáng)坡的土壤有機(jī)碳、全氮、堿解氮和速效磷低于陰坡，這與金章利等［28］等研究結(jié)論存在差異，這可能是全磷分布的地域性差異造成的。隨著海拔升高，氣溫下降，促使植物凋落物和土壤有機(jī)質(zhì)增加，進(jìn)一步加速了土壤微生物呼吸和微生物對(duì)土壤養(yǎng)分的利用效率，即一定范圍內(nèi)海拔的升高，提高了土壤有機(jī)碳和氮的含量［29］。海拔相同時(shí)，低海拔區(qū)域坡向?qū)λ疅岬亩畏峙擅黠@，高海拔區(qū)域，氣溫過(guò)低，坡向?qū)λ疅岬姆峙蓽p弱［30］。在高海拔，受氣溫較低的限制，減緩了土壤有機(jī)質(zhì)的利用和礦化率，導(dǎo)致土壤有機(jī)碳和氮含量降低［31］。

3.3 土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量比

土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量可以反映土壤內(nèi)部養(yǎng)分循環(huán)狀況，對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)的固碳過(guò)程具有很強(qiáng)的調(diào)控作用［32］，具有重要的生態(tài)指示作用［33］。由于環(huán)境因子差異，不同海拔和坡向土壤碳、氮、磷的總量變化很大，從而使土壤C/N、C/P 和N/P 存在較大的空間變異性［34］。本研究發(fā)現(xiàn)，不同海拔和坡向的高寒草甸土壤C/N處于14.55～38.13之間，除海拔4000 m外，其他樣地的C/N 均低于25，即有利于碳轉(zhuǎn)化；隨海拔的升高，土壤C/N 先降低后升高，同一海拔，海拔2800 m、3000 m 和3400 m 陽(yáng)坡的C/N 高于陰坡，其他海拔陽(yáng)坡的C/N 低于陰坡，這與高海寧等［14］研究結(jié)果相同，而與陳涵兮等［1］研究結(jié)果存在差異，主要的原因是陳涵兮等［1］研究區(qū)域?qū)儆诘秃０螀^(qū)域。本研究發(fā)現(xiàn)，不同海拔和坡向的高寒草甸土壤C/P處于12.61～87.94之間，低于我國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)平均值（105），也就是說(shuō)研究區(qū)土壤碳、磷有效性較高。研究表明，當(dāng)N/P＜10時(shí)，植被生產(chǎn)力受氮素限制，當(dāng)N/P＞20 時(shí)，植被生產(chǎn)力受磷素限制［29,35］。本研究不同海拔和坡向的高寒草甸土壤N/P 處于0.27～5.01之間，隨著海拔的升高，N/P 先升高后降低，也就是說(shuō)高寒草甸生產(chǎn)力主要受土壤氮限制，低海拔和高海拔區(qū)域更為嚴(yán)重；同一海拔，大部分海拔陽(yáng)坡土壤N/P低于陰坡。

3.4 影響高寒草甸植被特征的關(guān)鍵土壤因子

植被和土壤是高寒草地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，且相互影響相互制約［36］。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，草地植被變化引起的土壤理化性質(zhì)的改變將反作用于植物本身，尤其是土壤營(yíng)養(yǎng)元素（氮、磷、鉀等）、土壤水分等對(duì)植物性狀、凋落物分解等均有顯著影響，從而進(jìn)一步影響植被的可持續(xù)性［37］。本研究中，基于RDA分析發(fā)現(xiàn)，土壤容重、全氮和速效磷是影響高寒草甸植被的關(guān)鍵土壤因子，這與李海云［35］在祁連山高寒草甸植被與土壤互作關(guān)系的研究結(jié)果類似。聚類分析將不同海拔和坡向的高寒草甸劃分為兩類，其中一類為海拔3000 m 的陰坡和陽(yáng)坡、3200 m的陰坡和陽(yáng)坡、3400 m的陰坡和陽(yáng)坡，另一類為2800 m 陰坡和陽(yáng)坡、3600 m 陰坡和陽(yáng)坡、3800 m陰坡和陽(yáng)坡以及4000 m陰坡和陽(yáng)坡，也就是說(shuō)，海拔3000 m和3400 m是該區(qū)域草地植被和土壤特征發(fā)生變化的臨界線。

海拔和坡向等地形因子的變化，顯著的改變了高寒草甸植被特征和土壤物理結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分含量和生態(tài)化學(xué)計(jì)量比，進(jìn)一步形成了高寒草地山地生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性和異質(zhì)性。因此，在高寒草地管理過(guò)程中，應(yīng)該充分考慮地形因素（海拔和坡向）對(duì)草地的影響，制定合理的管理制度和措施，促進(jìn)高寒草地生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)論

基于不同海拔和坡向東祁連山高寒草甸土壤理化性質(zhì)及與植被特征關(guān)系研究結(jié)果表明：

（1）東祁連山高寒草甸土壤含水量、電導(dǎo)率、有機(jī)碳、全氮、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀含量、C/P和N/P 隨海拔的升高呈先升高后降低的變化趨勢(shì)，土壤容重、全磷和C/N呈先降低后升高的變化趨勢(shì)。

（2）同一海拔，大部分海拔梯度陽(yáng)坡的土壤土壤容重、速效鉀、電導(dǎo)率和全磷高于陰坡，陽(yáng)坡的土壤含水量、速效磷、C/P和N/P低于陰坡，海拔3200 m梯度以下陽(yáng)坡的土壤有機(jī)碳、全氮、堿解氮和C/N低于陰坡。

（3）基于對(duì)N/P 比的研究發(fā)現(xiàn)，高寒草甸類草原的初級(jí)生產(chǎn)力主要受土壤氮限制，且低海拔和高海拔區(qū)域尤顯突出。

（4）結(jié)合RDA 和聚類分析發(fā)現(xiàn)，土壤容重、全氮和速效磷是影響高寒草甸植被生長(zhǎng)的關(guān)鍵土壤因子，且海拔3000 m和3400 m是該區(qū)域草地植被和土壤特征發(fā)生變化的臨界線。建議在高寒草甸類草原的管理過(guò)程中，應(yīng)充分考慮海拔和坡向的分異性特征。