碳(C)、氮(N)、磷(P)是植物生长和发育不可或缺的营养元素，在森林生态系统中具有重要作用^[1]。植物群落通过叶片-凋落物-土壤连续体进行C、N、P的转移和转化，是森林生态系统物质循环过程的重要途径^[2-3]，但因该连续体受到多种因素的影响，相关研究极具复杂性。生态化学计量学的提出，为森林生态系统物质循环研究提供了丰富的视角。生态化学计量学通过研究C、N、P等元素的平衡和协调关系，为揭示叶片、凋落物、土壤养分循环和调控提供了新思路，对森林群落的维持和保护具有重要的指示作用^[4-5]。在同一区域成土条件大致相同的情况下，地形导致的坡度、坡向、光照、气温、降水等小生境差异，会对土壤发育和养分含量产生影响^[6]。植物与环境协同进化的过程中，选择养分、光照、温度、水分等适宜的生境，并通过凋落物将营养物质返回土壤，完成养分的吸收与释放过程。地形对植物群落C、N、P等元素迁移转化的影响，是生态系统物质循环的重要研究内容。已有研究表明，土耳其东北部坡地森林土壤、凋落物的N、C/N与地形有密切联系，凋落物的分解受地形中的生物和非生物因素影响^[7]。西班牙中部干旱草原凋落物分解过程中，土壤特性对土壤C、N含量的影响高于凋落物，土壤特性决定了土壤C、N的有效性，从而影响群落的发育^[8]。微地形造成的植物多样性改变是影响土壤C/N的重要原因^[9]。由此可见，植物-土壤系统的物质循环过程受所处环境条件影响，是诸多因素综合作用的结果，而地形是其中关键的因素之一。因此，研究不同地形植物叶片-凋落物-土壤连续体C、N、P生态化学计量特征，对揭示森林生态系统养分因子与环境响应机制具有重要意义。

喀斯特森林是典型的非地带性森林，因其复杂多样的地貌类型、千变万化的小气候条件及生境异质性高等特点，受到众多学者的广泛关注。茂兰喀斯特森林是我国亚热带乃至世界喀斯特地区残存的面积最大、原生性较强的喀斯特森林，区域内地貌形态复杂多样，分布有漏斗、落水洞、洼地、盲谷、槽谷、盆地等负地形，同锥峰组合成峰丛漏斗、峰丛洼地、峰丛盆地等地貌类型^[6]。漏斗、坡地、槽谷是贵州茂兰国家级自然保护区(以下简称茂兰保护区)的典型地形形态，各地形之间环境异质性显著^[10]，是研究喀斯特森林植物对环境适应特征和养分循环机制的理想场所。青冈栎(Cyclobalanopsis glauca)为常绿乔木，隶属于壳斗科(Fagaceae)青冈属(Cyclobalanopsis)，是分布于我国亚热带喀斯特森林的优势树种之一。青冈栎在茂兰保护区不同地形广泛分布，是该地区森林生态系统的主要建群种。目前对青冈栎的研究主要集中在功能性状^[11]、种群生态位^[12]、生物量^[13]、凋落物分解^[14]等方面，而关于青冈栎林的生态化学计量研究却鲜有报道。为此，本研究以茂兰保护区中漏斗、槽谷、坡地3种典型地形的青冈栎林为研究对象，分析叶片-凋落物-土壤连续体的生态化学计量特征及各连续体之间的关联性，以探讨茂兰保护区不同地形生境下青冈栎林养分利用的差异性、限制性养分因子和养分平衡的关系，为茂兰喀斯特森林的保护和管理提供理论依据。

1 材料与方法 1.1 研究区概况

茂兰保护区(25°09′-25°20′N，107°52′-108°05′E)位于贵州省黔南布依族苗族自治州荔波县，其南面、东面与广西木论国家级自然保护区隔江相望，总面积21 285 hm²，由东到西宽22.8 km，从南到北长21.8 km，最高海拔约1 079 m，最低海拔约430 m，平均海拔约800 m。气候类型属于中亚热带季风性湿润气候，根据研究区气象观测站的记录，荔波县年平均气温15.3 ℃，1月平均气温8.3 ℃，7月平均气温26.4 ℃，气温年较差18.3 ℃，≥10 ℃积温5 728 ℃，年平均降水量1 320 mm，降水集中在每年的4-10月，降雨充沛，湿度大，适宜林木生长，森林覆盖率达87%。该区域成土母质为石灰岩和白云岩，形成的土壤多为黑色石灰土，土层较薄，土被不连续，导致岩石裸露率较高。

1.2 群落调查

2019年2-12月，在研究区选取漏斗、槽谷、坡地3种地形设置样地(表 1)，分别在每种典型地形内设置10个面积为20 m×20 m的连续样地，共30个样地。采用GPS仪(V90，广州中海达卫星导航技术股份有限公司)对样地进行定位，并记录经度、纬度、海拔、坡位、坡度、坡向、水分条件、土壤类型、光照条件等环境因子。对每个样地内的青冈栎进行调查，记录株数、胸径等。

1.3 样品采集

2021年2-12月，根据样地中树木的胸径大小对叶片进行采集。对样地中胸径≥10 cm的树木全部采样；胸径＜10 cm的树木按照胸径从大到小选取5株进行采样，不足5株则全部采样。采样时选取东、西、南、北4个方向的树枝，根据枝条叶片生长状态，选择生长状况良好且完全展开的完整成熟叶200张，放入自封袋保存。凋落物和土壤采集分4个季度(2、5、8、11月)，根据梅花五点法设置1 m×1 m的土壤和凋落物样方，5个重复。由于研究区土壤浅薄，土壤样品的采集使用环刀法，对0-15 cm土层的土壤进行取样。凋落物采用标准凋落物收集框收集。将采集的土壤样品和凋落物样品分别混合均匀后装入自封袋中，带回实验室测定养分。

1.4 样品养分测定

将采集到的植物叶片放置于120 ℃烘箱中，杀青30 min；移至80 ℃恒温干燥箱(DHG-903A，上海一恒科学仪器有限公司)中烘干至恒重；烘干的植物叶片经粉碎机研磨后过100目(0.15 mm)筛，以进行养分测定。将凋落物置于70 ℃恒温干燥箱中烘干至恒重，然后经粉碎机研磨后过100目(0.15 mm)筛，以进行养分测定。将收集的土壤样品去除可见粗根和石块，剩余部分放置于荫蔽处，自然风干，经粉碎机研磨后过10目(2 mm)筛，以进行养分测定。叶片全碳(TC)、全氮(TN)含量采用元素分析仪(vario MACRO cube，德国Elementar公司)测定，全磷(TP)含量采用钼锑抗比色法测定。土壤总有机碳(TOC)含量采用K₂Cr₂O₇氧化-外加热法测定，TN采用半自动凯氏定氮仪(KDN-04C，上海新嘉电子有限公司)测定，TP采用NaOH熔融-钼锑抗比色法测定，具体测定步骤参照《土壤农化分析(第三版)》^[15]。凋落物的TOC和TN含量测定与土壤的测定方法相同，TP含量采用HNO₃-HClO₄消煮-钼锑抗比色法测定。

$ \mathrm{N}(\mathrm{P}) \operatorname{RE}(\%)=\left(W_1-W_2\right) / W_1, $

其中，N(P)RE表示叶片中N、P的重吸收率，W₁表示叶片中N、P的含量(g/kg)，W₂表示凋落物中N、P的含量(g/kg)。

1.5 数据分析

使用Excel 2010软件对实验数据进行初步整理，数据均用平均值±标准差表示。采用SPSS 26.0软件对实验数据进行分析，选择单因素方差分析(One-way ANOVA)与最小显著性差异法(LSD)比较茂兰保护区不同地形植物群落生态化学计量之间的差异，显著性水平设为P＜0.05。采用OriginPro 2018软件进行Pearson相关性分析和制图。

2 结果与分析 2.1 不同地形青冈栎林叶片、凋落物、土壤的C、N、P含量特征

不同地形青冈栎林叶片、凋落物、土壤养分含量如表 2所示。漏斗C含量表现为土壤＜叶片＜凋落物，N含量表现为土壤＜凋落物＜叶片，P含量则为凋落物＜叶片＜土壤；槽谷C、N含量均表现为土壤＜凋落物＜叶片，而P含量为叶片＜凋落物＜土壤；坡地C含量表现为土壤＜叶片＜凋落物，N含量为土壤＜凋落物＜叶片，P含量则为凋落物＜叶片＜土壤。

漏斗与槽谷、坡地叶片C含量存在显著差异，槽谷与漏斗、坡地凋落物C含量存在显著差异；漏斗与坡地叶片N含量存在显著差异；叶片、凋落物P含量的地形差异并不显著；3种地形土壤C、P含量存在显著差异，漏斗与槽谷、坡地N含量存在显著差异。

叶片、凋落物养分含量变异程度最高的都为P含量，叶片C含量变异程度最低，凋落物N含量变异程度在凋落物中最低；土壤C含量变异程度最高，而N、P含量变异程度相似，都处于中等水平。

2.2 不同地形青冈栎林叶片、凋落物、土壤的C、N、P生态化学计量特征

从不同组分计量比来看，叶片C/N表现为坡地＜漏斗＜槽谷，C/P为漏斗＜坡地＜槽谷，N/P为漏斗＜槽谷＜坡地。从计量比差异上看，叶片C/N在地形之间的差异不显著，C/P表现为漏斗与槽谷、坡地之间存在显著差异，N/P则表现为漏斗与坡地之间存在显著差异(图 1)。

凋落物C/N表现为槽谷＜坡地＜漏斗，C/P为槽谷＜漏斗＜坡地，N/P则为漏斗＜槽谷＜坡地。从计量比差异来看，凋落物C/N与叶片相似，地形之间差异不显著；C/P表现为槽谷、漏斗与坡地之间存在显著差异；N/P表现为坡地与漏斗、槽谷之间存在显著差异(图 1)。

土壤C/N为坡地＜槽谷＜漏斗，C/P为槽谷＜坡地＜漏斗，N/P为漏斗＜槽谷＜坡地。从计量比差异来看，土壤的C/N、C/P在不同地形之间均存在显著差异，而N/P为坡地与槽谷、漏斗之间存在显著差异(图 1)。

2.3 不同地形青冈栎林叶片养分重吸收率

3种地形青冈栎林对N的重吸收率均>30%，且均高于P。青冈栎林对N的重吸收率表现为漏斗＜坡地＜槽谷，且漏斗与槽谷之间存在显著差异；对P的重吸收率表现为坡地＜槽谷＜漏斗，地形之间差异不显著，漏斗P重吸收率是坡地的13.4倍(表 3)。

2.4 不同地形青冈栎林叶片、凋落物、土壤的生态化学计量相关性

漏斗叶片与凋落物的相关性分析中，叶片N含量与凋落物C/N，叶片C/N与凋落物N含量，叶片N/P与凋落物P含量、C/N呈正相关；叶片C/N与凋落物C/N呈负相关。凋落物与土壤的相关性分析中，凋落物P含量与土壤N含量、N/P呈正相关；凋落物C/P与土壤N含量、N/P，凋落物N/P与土壤N含量、N/P呈负相关。土壤与叶片的相关性分析中，土壤C含量、C/P与叶片N含量呈正相关；土壤C含量、C/P与叶片C/N呈负相关[图 2(a)]。

槽谷叶片与凋落物的相关性分析中，仅叶片N/P与凋落物C/N呈正相关。凋落物与土壤的相关性分析中，凋落物C含量与土壤N含量呈正相关，与土壤C/N呈负相关；凋落物N含量与土壤C/N呈正相关，与土壤C、N含量及N/P呈负相关；凋落物P含量与土壤N含量呈正相关；凋落物C/N与土壤N含量呈正相关，与土壤C/N呈负相关；凋落物N/P与土壤C/N呈正相关，与土壤C、N含量呈负相关。土壤与叶片的相关性分析中，土壤C/N与叶片P含量呈正相关，与叶片C/P呈负相关[图 2(b)]。

坡地叶片与凋落物的相关性分析中，叶片N/P与凋落物N/P呈正相关；叶片C/N与凋落物N/P呈负相关。凋落物与土壤的相关性分析中，凋落物C含量、C/P与土壤C含量呈正相关。土壤与叶片的相关性分析中，土壤C含量与叶片C含量呈负相关；叶片C/N与土壤N含量呈正相关，与土壤C/N呈负相关；土壤C/N与叶片N/P呈正相关[图 2(c)]。

3 讨论 3.1 不同地形青冈栎林叶片、凋落物、土壤的C、N、P含量特征

地形通过坡度、光照、水分等影响成土母质的发育，从而影响植物生长发育以及叶片-凋落物-土壤连续体的养分含量。叶片是构成植物体最重要的部分，是植物进行能量和物质交换的重要场所，对环境的反应最为敏感^[16]。植物叶片C含量与海拔联系密切^[17]。本研究中，叶片C含量表现为漏斗＜坡地＜槽谷(表 2)，与陈昊轩等^[17]的研究结果一致，即栎属(Quercus)植物随海拔上升，叶片C含量先上升后下降。这是因为槽谷的地势介于漏斗和坡地之间，光照、土壤养分、水分等综合条件是3种地形中最优的，植物生长旺盛，叶片光合作用积累的有机物质丰富，叶片C含量较高。而坡地叶片C含量下降则可能与其生境缺土少水有关。叶片N、P含量高说明植物具有较高的N、P利用效率^[18]。根据表 2，漏斗叶片N含量显著低于坡地，且随着地形的抬升, N含量有上升趋势，与长白山栎属叶片N含量随海拔抬升而降低的研究结果^[17]不同，这是因为长白山低温时间较长，低温对土壤微生物的抑制作用较强，导致植物根系对N的吸收较低。同时，光照强度对土壤微生物活性具有增强作用^[19]。本研究3种地形海拔绝对高度相差不大，热量条件相似，坡地光照条件优越，土壤微生物等更活跃，导致叶片N含量有所增加。

凋落物是植物养分返还土壤的主要途径^[20]。土壤养分除了与成土母质联系密切，还受到凋落物分解后养分归还量的影响^[21]。有研究表明，凋落物中N、P含量较高时其分解较快，归还养分量较多^[22]。随着地形的抬升，凋落物N含量上升，P含量下降，表明凋落物分解过程中N的释放上升，P的释放下降。从凋落物的差异性来看，凋落物N、P含量在不同地形中的差异并不显著，这可能是叶片对营养元素重吸收后，凋落物N、P含量相似所致。

土壤是植物的养分库，为植物的生长发育提供必需的养分和生长介质。本研究中，青冈栎林土壤养分差异较大，随地形抬升土壤C、P含量显著下降，这可能是地形抬升后坡度增加，水土流失加剧所致。漏斗土壤N含量最高，这是因为漏斗低洼，养分随降水从坡地、槽谷冲刷下来。坡地土壤N含量较槽谷丰富，则与凋落物中N含量较高有关。

3.2 不同地形青冈栎林叶片、凋落物、土壤的化学计量比特征

生态化学计量研究认为，有机体元素组成与其周围环境养分元素供应保持相对稳定的状态^[2]。因此，可根据有机体化学计量比对植物生长限制性养分因子、凋落物分解、土壤矿化做出一定解释。本研究中，青冈栎林叶片C/N、C/P随地形抬升有上升趋势，这是因为随地形抬升植物体获取等量的N、P后，坡地较漏斗、槽谷固化C的效率高^[23]。叶片N/P作为植物N限制和P限制的关键性指标，能反映群落的限制性养分因子。研究认为叶片N/P＞16易受P限制，N/P＜14易受N限制^[24]。本研究3种地形植物叶片N/P均>16，且随地形抬升N/P有增加趋势，加之漏斗C/P、N/P与坡地存在显著差异，因此漏斗与坡地因地形抬升P限制有所加剧，这可能与土壤P流失有关。

凋落物分解速度和数量影响生态系统养分循环效率。凋落物N/P与分解速度呈负相关，当凋落物N/P>25、P含量小于0.22 g/kg时，凋落物分解就会严重受P限制，N/P＜25则受N限制^[25]。本研究漏斗、槽谷、坡地凋落物N/P＜25，且随着地形抬升N/P趋于增加，表明随地形抬升凋落物分解P限制有所加强，同时P含量高于0.22 g/kg，表明漏斗、槽谷凋落物分解受N限制，坡地受P限制。从地形的差异来看，凋落物C/P、N/P均表现为槽谷、坡地与漏斗存在显著差异，说明地形抬升是导致漏斗与槽谷、坡地凋落物分解限制差异的重要原因。

土壤C/N、C/P能反映土壤的营养状况和矿化能力。本研究区土壤与土壤矿化指标相比C/N较大，C/P较小，表明土壤有机N的分解缓慢，不利于N的释放。土壤N/P可视为N饱和的指标^[26]，可反映植物生长过程中土壤养分的供应情况，本研究3种不同地形土壤N/P均较低。青冈栎林土壤N释放虽然较慢，但含量相对丰富。土壤P相对丰富，但其有效性较低，可能导致N、P吸收不平衡，使得整个植物群落受到P限制^[27]。

3.3 不同地形青冈栎林叶片、凋落物、土壤的C、N、P含量及其与化学计量比的关系

植物、凋落物、土壤的C、N、P含量及化学计量比相互关联，能对养分循环机制做出合理阐释^[28]。漏斗叶片N含量与凋落物C/N呈正相关，即叶片N含量较高时，凋落物分解受N的限制增强，反映叶片进行养分重吸收后，凋落物分解受N限制有所增强。在凋落物与土壤的相关性分析中，凋落物P含量与土壤N含量呈正相关，与姜沛沛等^[29]的研究结果，即油松(Pinus tabulaeformis)林凋落物P含量与土壤C、N含量呈负相关不一致，可能是因为油松林土壤为酸性，以闭蓄态磷为主，而青冈栎林生长在石灰土中，无机磷主要以铁结合态磷为主^[24]，喀斯特土壤P的有效性低，但漏斗凋落物P含量较高，通过分解补充土壤P间接减小土壤N压力而呈现正相关。

槽谷凋落物C含量与土壤N含量呈正相关，与土壤C/N呈负相关，且槽谷凋落物C含量最低，说明土壤N缺乏导致植物体进行C的固化较少。凋落物N与土壤C/N呈正相关，与土壤C、N、N/P均呈负相关；凋落物C/N与土壤N呈正相关，与土壤C/N呈负相关，加之凋落物C/N>40不利于凋落物分解和N释放。因此，土壤N的缺乏不仅与土壤有机质含量较低有关，还与凋落物分解缓慢有关，间接导致凋落物C含量较低。槽谷凋落物C/P＜600，表明凋落物分解受P限制较小，但与漏斗相比，槽谷叶片N/P更大，P限制更强，造成这种差异的原因可能是凋落物P释放不足，加之土壤、凋落物养分随淋溶被携带到更低洼的漏斗。

坡地土层浅薄且坡度较大，易造成水土流失，因此坡地土壤营养物质相对于漏斗、槽谷更少^[6]。坡地叶片N/P与凋落物N/P呈正相关，表明坡地青冈栎林生长受P限制时，凋落物分解也受P限制，且坡地叶片N/P>25，凋落物N/P随地形抬升有增加的趋势，因此P限制是坡地元素循环的关键因素。同时，叶片C/N与凋落物N/P呈负相关，说明坡地叶片C的固化较强时，凋落物分解受N限制。根据图 1，坡地凋落物C/N>40，说明凋落物中N含量较丰富，但释放较为困难。因此，坡地凋落物分解易受P限制的同时N的释放量也较低，这与凋落物分解过程中凋落物自身性质和淋溶后养分流失有关^[30]。土壤与叶片的相关性分析中，叶片C/N与土壤N含量呈正相关，与土壤C/N呈负相关，表明土壤N是叶片固化C的主要营养来源，但由于土壤有机质分解和N的释放较缓慢，因此凋落物养分回归量较低，但对土壤N的补充和青冈栎林生长具有重要意义。

综上所述，茂兰喀斯特森林中漏斗地处低洼的负地形，来自槽谷、坡地的养分易积累于此，从而与槽谷、坡地相比其养分限制较小。槽谷、坡地虽然土壤N含量丰富，但P的有效性较低，加之淋溶作用更强，土壤中的P不断流失，加剧了槽谷、坡地的P限制。因此，青冈栎林随地形抬升P限制加剧，漏斗和槽谷凋落物分解受N限制，但P限制也有上升趋势。

4 结论

本研究探讨了茂兰保护区漏斗、槽谷、坡地3种典型地形天然青冈栎林的叶片、凋落物、土壤生态化学计量特征和动态，阐释了不同地形对青冈栎林养分的限制条件和组分之间养分循环的特征，得出以下结论。

(1) 不同地形青冈栎林生长发育均受P的限制，凋落物分解过程中漏斗、槽谷受N限制。坡地凋落物N/P随地形抬升有增加的趋势，且易受水土流失影响，导致凋落物分解受P限制。

(2) 漏斗土壤养分较充足，青冈栎林N利用能力较强，凋落物P与土壤养分联系较为密切。槽谷土壤N相对缺乏，与土壤有机质含量较低和槽谷凋落物分解速度较慢有关。坡地凋落物分解后养分易流失；同时，土壤N释放较慢，影响坡地青冈栎林对养分的利用。