李海泉，邱開陽*，謝應(yīng)忠，何毅，苗虎，劉王鎖，2，黃業(yè)蕓

（1.寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021；2.寧夏葡萄酒與防沙治沙職業(yè)技術(shù)學(xué)院，寧夏 銀川 750199）

我國是世界上土地沙漠化較為嚴(yán)重的國家，沙漠化已成為制約我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要因素，我國在沙漠化治理方面形成了諸多技術(shù)［1］。草方格協(xié)同種植不同固沙灌木作為沙漠化防治過程中最為常見的工程措施，被稱為草方格造林［2］。在實(shí)踐中采用的固沙灌木，有時(shí)為一種，有時(shí)是兩種灌木進(jìn)行混交，具有一定的隨意性。有研究表明，不同灌木對降水的再分配［3］對地上-地下生物量分配［4］會產(chǎn)生不同的影響。同時(shí)，不同固沙灌木的凋落物含量及分解速率也不相同［5］，進(jìn)而，會對土壤養(yǎng)分的積累產(chǎn)生不同的影響。羅雅曦等［6］在寧夏風(fēng)沙區(qū)不同人工固沙灌叢林的研究發(fā)現(xiàn)，相比其他灌木類型，油蒿林地對土壤養(yǎng)分的提高最為顯著；而張立欣等［7］對庫布齊沙漠不同人工固沙灌木林的研究發(fā)現(xiàn)，幾種灌木類型下油蒿+楊柴混交林對土壤養(yǎng)分的提高最為顯著；董雪等［8］對科爾沁沙地4種典型灌木灌叢下土壤碳、氮、磷化學(xué)計(jì)量特征研究表明，東北木蓼和小葉錦雞兒更有利于土壤養(yǎng)分的積累。這些研究表明，不同固沙灌木對土壤養(yǎng)分的提高存在一定的差異。

沙地松軟，沙粒之間排列疏松，孔隙較大，因此沙地是個(gè)良好的碳庫。沙地經(jīng)常掩埋各種枯落物而增加其碳儲量。同時(shí)，沙地土壤易滲漏，可溶性的氮磷養(yǎng)分也經(jīng)常由于滲漏或風(fēng)蝕而流失。因此，沙地土壤的碳、氮、磷含量易于變化，而這方面的研究較少，尤其是沙地不同固沙灌木配置模式對土壤碳、氮、磷含量及其化學(xué)計(jì)量比的影響尚不明確。

生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)是通過結(jié)合多學(xué)科的基本原理，形成對生態(tài)系統(tǒng)C、N、P等化學(xué)元素平衡以及C、N、P等化學(xué)元素對生態(tài)系統(tǒng)交互作用影響研究的一種理論方法［9］，C、N、P元素之間互相作用是土壤系統(tǒng)中的重要過程［10］，同時(shí)土壤C、N、P 作為生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)領(lǐng)域研究的主要對象，土壤C、N、P生態(tài)化學(xué)計(jì)量比是評價(jià)土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)之一［11］。近年來生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)方面的研究主要集中在農(nóng)田［12］、森林［13］、草原［14］等陸地生態(tài)系統(tǒng)，相比而言沙漠地區(qū)的相關(guān)研究較少。許多研究表明土壤C∶N∶P的生態(tài)化學(xué)計(jì)量比受溫度［15］和降水［16］等氣候因素、海拔［17］和緯度［18］等地形因子的影響。但在沙地生態(tài)恢復(fù)過程中不同固沙灌木配置模式的影響尚不清楚。

寧夏是我國沙漠化最為嚴(yán)重的地區(qū)之一，草方格造林作為該地區(qū)主要的固沙措施，已有多年的應(yīng)用。寧夏也是全國最早開始應(yīng)用草方格耦合灌木進(jìn)行固沙的地區(qū)，利用固沙灌木進(jìn)行沙地恢復(fù)在該區(qū)域的應(yīng)用也非常廣泛。白芨灘國家級自然保護(hù)區(qū)是中國草方格固沙的典范。但是，草方格灌木固沙過程中種植不同灌木對土壤化學(xué)計(jì)量特征，尤其是C∶N∶P比值的影響尚不明確。因此，本研究以寧夏白芨灘國家級自然保護(hù)區(qū)使用最廣泛的5種固沙灌木配置模式：檸條純林、楊柴純林、檸條×花棒混交、檸條×沙拐棗混交、花棒×沙拐棗混交為研究對象，研究不同固沙灌木配置模式對土壤C、N、P含量及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量比的影響。5種固沙灌木中檸條作為深根性樹種，耐寒、耐旱、耐瘠薄、抗高溫，根系發(fā)達(dá)、具根瘤、保水性能好，這些特性使得檸條可以高度適應(yīng)干旱的沙地，并且具有較強(qiáng)的再生能力，被沙埋之后，依然可以產(chǎn)生不定根，生長出新的枝條，有很好的固沙作用?；ò魹樯成?、耐旱、喜光樹種，耐干旱，抗風(fēng)蝕，喜適度沙壓，生長迅速，根生長快，側(cè)根發(fā)達(dá)，根幅大，易繁殖，種子萌發(fā)率高、枝條及根易萌生新芽，形成無性繁殖體，可平茬復(fù)壯，是防風(fēng)固沙的優(yōu)良樹種?；ò羧陰缀鯚o小葉或小葉極少，完全以綠色的葉軸代替小葉進(jìn)行光合作用。楊柴是多年生落葉半灌木，具有耐寒、耐旱、耐貧瘠、抗風(fēng)沙的特點(diǎn)，適應(yīng)性強(qiáng)。楊柴是多年生落葉半灌木，具有耐寒、耐旱、耐貧瘠、抗風(fēng)沙的特點(diǎn)。檸條、花棒和楊柴都屬于豆科固沙灌木，根系發(fā)達(dá)，有根瘤菌，能固定空氣中的游離氮，增加土壤氮含量，從而使土壤肥力得到提高和改善。沙拐棗是蓼科沙拐棗屬灌木，具有抗風(fēng)蝕、耐沙埋、抗干旱、耐瘠薄等特點(diǎn)，能適應(yīng)條件極端嚴(yán)酷的干旱荒漠區(qū)環(huán)境，是荒漠區(qū)典型的沙生植物。不同固沙灌木的生活習(xí)性不同，凋落物的數(shù)量和質(zhì)量也存在不同的差異，檸條比較高大，枝葉茂盛，凋落物比較多，而花棒、楊柴和沙拐棗相對矮小一些，枝葉也較為稀疏，凋落物相對較少。

探究寧夏東部風(fēng)沙區(qū)不同固沙灌木配置模式下土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量變化規(guī)律，尋求最佳的固沙灌木種植模式，為寧夏沙地恢復(fù)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于寧夏靈武白芨灘國家級自然保護(hù)區(qū)，該地區(qū)位于寧夏東部風(fēng)沙區(qū)，屬于寧夏毛烏素沙地南緣，地 理 坐 標(biāo)E 106°21′33″～106°37′00″，N 37°48′ 28″～38°20′12″，研究區(qū)氣候類型屬于典型的大陸性季風(fēng)氣候，降水的季節(jié)變化和年際變化均較大，多年平均降水量230.49 mm，降水量季節(jié)分布不均，以7-9月最多，占全年降水量的60%以上。該地區(qū)多年平均氣溫為10.24 ℃，≥10 ℃的時(shí)間段分布在4-10月，年平均無霜期為154 d。研究區(qū)位于我國內(nèi)陸高原地區(qū)，屬于多風(fēng)地區(qū)，全年大風(fēng)（17 m/s以上）日數(shù)為63 d；年沙暴日數(shù)為35 d。土壤類型主要為灰鈣土和風(fēng)沙土。研究區(qū)主要固沙灌木為檸條 （Caragana korshinskii）、花棒（Corethrodendronscoparium）、沙拐棗（Calligonum mongolicum）、楊柴（C.fruticosumvar.mongolicum等，植被多數(shù)是沙生植被，如黑沙蒿（Artemisia ordosica）、沙木蓼（Atraphaxi sbracteata）、沙蓬（Agriophyllum squarrosum）、燭臺蟲實(shí)（Corispermum candelabrumIljin）等。研究區(qū)5種典型固沙灌林基本信息見表1。

表1 研究區(qū)5種典型固沙灌木樣地基本信息Table 1 Basic information of five typical sand-fixing shrub plots in the study area

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2019年7月在白芨灘國家級自然保護(hù)區(qū)內(nèi)以2002年建立的固沙恢復(fù)區(qū)為研究對象，分別選取5種不同固沙灌木配置模式（表2）樣地各3個(gè)，每個(gè)樣地面積100 m×100 m，各樣地之間具有相同的地形條件。在每個(gè)樣地內(nèi)設(shè)置1條50 m長的樣線，在每條樣線上，每10 m設(shè)置1個(gè)10 m×10 m的灌木樣方，5種固沙灌木配置模式共設(shè)置75個(gè)樣方。在每個(gè)樣方內(nèi)采用5點(diǎn)法分別采集0～10 cm、10～20 cm和20～30 cm的土樣，把同一個(gè)樣方內(nèi)5個(gè)點(diǎn)采集的同一土層的樣品均勻混合形成一個(gè)樣品，裝入自封袋并帶回實(shí)驗(yàn)室。將土壤樣品放置在陰涼干燥通風(fēng)且無特殊氣體和塵土污染的室內(nèi)，經(jīng)過自然風(fēng)干后用鑷子揀出枯枝落葉和植物根等雜質(zhì)，然后采用四分法對土樣進(jìn)行過篩保存，過篩具體步驟：將風(fēng)干土壤過2 mm篩后，取出一半繼續(xù)過1 mm篩，之后再取出一半繼續(xù)過0.15 mm篩，無法通過的土壤進(jìn)一步研磨，直至全部土樣通過0.15 mm篩。將通過0.15 mm篩的土壤樣品充分混勻裝入自封袋保存，本研究中土壤有機(jī)碳、全氮和全磷均采用過0.15 mm篩后的土樣進(jìn)行測定。每一種固沙灌木配置模式的土壤有機(jī)碳、全氮和全磷含量均通過測定15 個(gè)重復(fù)求其平均值。

表2 5種固沙灌木配置模式概況Table 2 Overview of 5 different sand-fixing shrub configuration patterns

1.3 土壤樣品分析方法

土壤有機(jī)碳含量采用重鉻酸鉀容量法測定，全氮含量采用凱氏定氮法測定，全磷含量采用氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法測定［19］。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

分別使用土壤有機(jī)碳含量、全氮含量和全磷含量代表土壤的C、N、P含量。采用Excel 2016對數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入和初步整理，剔除異常數(shù)據(jù)。利用SPSS 22.0進(jìn)行單因素方差分析（One-Way ANOVA）和Duncan 多重檢驗(yàn)，對各個(gè)土層下5種固沙灌木配置模式的土壤樣品C、N、P 含量及C∶N、C∶P和N∶P生態(tài)化學(xué)計(jì)量比分別進(jìn)行差異性檢驗(yàn)，顯著性水平為α=0.05；運(yùn)用Pearson Correlation分析土壤C、N、P含量與其化學(xué)計(jì)量比的相關(guān)性；根據(jù)相關(guān)分析結(jié)果，進(jìn)一步采用一元線性回歸模型分析化學(xué)計(jì)量比與土壤C、N、P含量之間的關(guān)系；利用Matlab軟件進(jìn)行作圖，圖中數(shù)據(jù)均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同固沙灌木配置模式對土壤C、N、P含量的影響

在0～10 cm土層，檸條×花棒混交與檸條×沙拐棗混交固沙灌木配置模式下土壤全氮含量顯著高于其他3種固沙灌木配置模式（P＜0.05）（圖2），土壤有機(jī)碳含量和土壤全磷含量在不同固沙灌木配置模式間差異均不顯著（P＞0.05）（圖1、3）。在10～20 cm土層，檸條和楊柴固沙灌木配置模式有機(jī)碳含量顯著高于其他3種固沙灌木配置模式（P＜0.05）（圖1），檸條×沙拐棗混交固沙灌木配置模式全氮含量顯著低于其他4種固沙灌木配置模式（P＜0.05），而楊柴固沙灌木配置模式全氮含量顯著高于其他4種固沙灌木配置模式（P＜0.05）（圖2），5種固沙灌木配置模式全磷含量差異不顯著（P＞0.05）（圖3）。在20～30 cm土層，檸條×沙拐棗混交固沙灌木配置模式有機(jī)碳含量顯著低于其他4種固沙灌木配置模式（P＜0.05）（圖1），檸條固沙灌木配置模式全氮含量顯著高于其他4種固沙灌木配置模式（P＜0.05），同時(shí)檸條×花棒混交固沙灌木配置模式全氮含量顯著高于另外3種固沙灌木配置模式（P＜0.05）（圖2），楊柴固沙灌木配置模式全磷含量顯著低于其他4種固沙灌木配置模式（P＜0.05）（圖3）。

圖1 不同固沙灌木配置模式土壤有機(jī)碳含量Fig.1 Soil organic carbon content in surface and near surface layers of different sand-fixing shrub configurations

圖2 不同固沙灌木配置模式土壤全氮含量Fig.2 Soil total nitrogen content of different sand-fixing shrub configurations

圖3 不同固沙灌木配置模式土壤全磷含量Fig.3 Soil total phosphorus content of different sand-fixing shrub configurations

2.2 不同固沙灌木配置模式對土壤C、N、P生態(tài)化學(xué)計(jì)量比的影響

C∶N在0～10 cm土層，檸條×花棒混交和檸條×沙拐棗混交固沙灌木配置模式顯著低于其他3種固沙灌木配置模式；在10～20 cm土層，檸條和檸條×沙拐棗混交固沙灌木配置模式顯著高于其他3種固沙灌木配置模式；在20～30 cm土層中，花棒×沙拐棗混交固沙配置模式最大，顯著高于其他4種固沙灌木配置模式，而檸條和檸條×花棒混交固沙灌木配置模式最小，顯著低于其他3種固沙灌木配置模式（圖4）。

圖4 不同固沙灌木配置模式土壤碳氮比Fig.4 Soil C∶N ratios of different sand-fixing shrub configurations

C∶P在0～10 cm土層，檸條和花棒×沙拐棗混交固沙灌木配置模式顯著低于其他3種固沙灌木配置模式（圖5）；在10～20 cm土層，檸條固沙灌木配置模式顯著高于其他4種固沙灌木配置模式，檸條×沙拐棗混交固沙灌木配置模式顯著低于其他4種草方格造林樹種配置模式（圖5）；在20～30 cm土層中，檸條×沙拐棗混交固沙灌木配置模式顯著低于其他4種固沙灌木配置模式（圖5）。

圖5 不同固沙灌木配置模式土壤碳磷比Fig.5 Soil C∶P ratios of different sand-fixing shrub configurations

N∶P在0～10 cm土層，檸條×花棒混交和檸條×沙拐棗混交固沙灌木配置模式顯著高于其他3種固沙灌木配置模式（圖6）；在10～20 cm土層中，楊柴固沙灌木配置模式最高，顯著高于其他4種固沙灌木配置模式，而檸條×沙拐棗混交固沙灌木配置模式最小，顯著低于其他4種固沙灌木配置模式（圖6）；在20～30 cm土層，檸條固沙灌木配置模式顯著高于其他4種固沙灌木配置模式，檸條×沙拐棗混交和花棒×沙拐棗混交固沙灌木配置模式顯著低于其他3種固沙灌木配置模式（圖6）。

圖6 不同固沙灌木配置模式土壤氮磷比Fig.6 Soil N∶P ratios of different sand-fixing shrub configurations

2.3 不同固沙灌木配置模式下土壤C、N、P含量與其生態(tài)化學(xué)計(jì)量比之間的關(guān)系

檸條固沙灌木樣地C∶P與C含量呈極顯著正相關(guān)（P＜0.001），與P呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.001），C∶N與N呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.001），C∶P與N呈極顯著正相關(guān)（P＜0.001）（表2）；楊柴固沙灌木樣地C∶N、C∶P均與C含量呈極顯著正相關(guān)（P＜0.001），N∶P與N呈極顯著正相關(guān)（P＜0.001），C∶N分別與N含量、P含量呈極顯著正相關(guān)（P＜0.001）（表3）；檸條×花棒混交固沙灌木樣地C∶N與N含量呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），C∶P與C含量呈極顯著正相關(guān)（P＜0.001），N∶P與N含量呈極顯著正相關(guān)（P＜0.001）（表3）；檸條×沙拐棗混交固沙灌木樣地C∶N與N含量呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.001），C∶P與C含量呈極顯著正相關(guān)（P＜0.001），C∶P與P含量呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），N∶P與N含量呈極顯著正相關(guān)（P＜0.001）（表3）；花棒×沙拐棗混交固沙灌木樣地C∶N、C∶P均與C含量呈極顯著正相關(guān)（P＜0.001），N∶P與C含量呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），C∶N與N含量呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），C∶P分別與N、P含量呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），N∶P與N含 量 呈 極 顯 著 正 相 關(guān)（P＜0.001）（表3）。

表3 不同固沙灌木配置模式下土壤C、N、P含量與其化學(xué)計(jì)量比的相關(guān)性Table 3 Correlation between soil C，N，P contents and their stoichiometric ratios under different sand-fixing shrub configuration patterns

土壤C、N、P化學(xué)計(jì)量比與其含量之間存在線性關(guān)系。C∶N和C含量的擬合方程是y=16.363x+12.048（R2=0.139，P＜0.001），和N含量的擬合方程是y=-584.809x+69.558（R2=0.504，P＜0.001），擬合強(qiáng)度為N＞C（圖7）。C∶P與C含量的擬合方程為y=5.477x+0.123（R2=757，P＜0.001），和P的擬合 方 程 是y=-40.295x+16.857（R2=0.168，P＜0.001），擬合強(qiáng)度為C＞P（圖7）。N∶P和N含量的擬合方程是y=4.794x+0.041（R2=880，P＜0.001），和P含量的擬合方程為y=-0.224x+0.333（R2=0003，P=0.456），擬合強(qiáng)度為N＞P（圖7）。

圖7 寧夏東部風(fēng)沙區(qū)不同固沙灌木配置模式下0-30 cm土壤C、N、P化學(xué)計(jì)量比與其含量的關(guān)系Fig.7 Relationship between stoichiometric ratios of soil C，N，P and their contents in 0-30 cm soil under different sand-fixing shrub configurations in the wind-swept area of eastern Ningxia

3 討論

3.1 不同固沙灌木配置模式下土壤C、N、P含量特征

草方格耦合固沙灌木有利于土壤養(yǎng)分的積累。一方面，草方格扎設(shè)增加了地表粗糙度，使沙面得以固定，從而逐漸形成土壤結(jié)皮［20］。并且草方格本身材料多以小麥秸稈［21］、稻草等為主，長期分解后養(yǎng)分歸還大地，會提高土壤肥力。另一方面，在草方格中種植檸條、楊柴、花棒、沙拐棗等固沙灌木，不同灌木樹種的生活習(xí)性及各類配置模式下草本層地上生物量等都對土壤C、N、P含量產(chǎn)生影響，灌木生長過程產(chǎn)生的枝葉枯落物，也會增加土壤養(yǎng)分［22-23］。本研究對5種固沙灌木配置模式下土壤C、N、P 含量進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，土壤C、N、P 含量在不同固沙灌木配置模式之間存在一定差異。在0～10 cm土層，檸條×花棒混交與檸條×沙拐棗混交固沙灌木配置模式全氮含量最大，顯著高于其他3種固沙灌木配置模式，這可能是由于混交林有利于改善土壤物理性質(zhì)［24］，從而加快枯落物的分解，有利于土壤養(yǎng)分積累，花棒×沙拐棗混交林全氮含量低于含檸條的混交林固沙灌木配置模式?？赡苁怯捎诨ò艉蜕彻諚椊咏孛娌糠址种ι?，通風(fēng)大，不利用枯落物的積累，同時(shí)在研究區(qū)內(nèi)的花棒和沙拐棗死亡率高，導(dǎo)致其全氮含量低于含檸條的混交林，在這3種固沙灌木配置模式中，沙拐棗×花棒混交固沙灌木配置模式的全氮含量高于另外2種純林，雖然差異不顯著。這些結(jié)果進(jìn)一步表明，表層土壤混交林相比純林更有利于土壤全氮含量的提高，從而提高表層土壤全氮的含量。在20～30 cm土層，檸條固沙灌木配置模式全氮含量最高，顯著高于其他4種固沙灌木配置模式；檸條×花棒混交固沙灌木配置模式全氮含量顯著高于另外3種固沙灌木配置模式。這可能是由于研究區(qū)內(nèi)檸條、花棒等固沙灌木細(xì)根主要分布在20～30 cm土層區(qū)域［25］，豆科灌木根系具有固氮作用，且檸條對土壤全氮的積累高于花棒和楊柴等其他豆科固沙灌木［6］，這些結(jié)果表明檸條純林或檸條與其他豆科灌木混交更有利于較深土壤全氮含量的積累。

土壤有機(jī)碳在碳循環(huán)中起著至關(guān)重要的作用［26］。在0～10 cm土層，檸條×花棒混交、檸條×沙拐棗混交固沙灌木配置模式的有機(jī)碳含量高于檸條純林，這是由于混交林更有利于土壤有機(jī)質(zhì)的積累，從而使表層土壤的有機(jī)碳含量較高，這與馬云波等［24］的研究結(jié)果一致。在20～30 cm土層，檸條×沙拐棗混交固沙灌木配置模式有機(jī)碳含量顯著低于其他4種固沙灌木配置模式，這可能是由于不同固沙灌木的凋落物和根系分泌物的質(zhì)量和數(shù)量各不相同［27］，土壤有機(jī)碳含量受枯落物影響較大，檸條×沙拐棗混交固沙灌木配置模式的地表枯落物含量雖多但分解速率緩慢。

不同固沙灌木配置模式的全磷含量在0～20 cm土層中均不顯著，只有在20～30 cm土層中楊柴固沙灌木配置模式下全磷含量顯著低于其他4種固沙灌木配置模式，這是由于研究區(qū)土壤主要為風(fēng)沙土，風(fēng)沙土的發(fā)育程度低，對磷的吸附能力也低，所以表層和近表層土壤中全磷含量不受影響，全磷含量出于一種動態(tài)平衡狀態(tài)，固沙灌木對土壤全磷的提高最差，這與之前的研究結(jié)果一致［28］。

3.2 不同固沙灌木配置模式下土壤C、N、P生態(tài)化學(xué)計(jì)量比特征

從化學(xué)計(jì)量學(xué)角度闡明沙地恢復(fù)過程中，不同固沙灌木混交對土壤養(yǎng)分限制因子供給及養(yǎng)分轉(zhuǎn)化特征的影響。5種固沙灌木樣地位于同一個(gè)氣候區(qū)，樣地之間的氣候差異很小，氣候的影響可以忽略不計(jì)，土壤化學(xué)計(jì)量比主要受不同固沙灌木配置模式的影響。土壤碳、氮、磷化學(xué)計(jì)量特征是確定土壤碳、氮、磷平衡的一個(gè)重要指標(biāo)［9］，對生態(tài)學(xué)有著重要的指示作用［29］。C∶N通常作為土壤礦化能力指標(biāo)［30］，反映土壤系統(tǒng)中碳和氮之間的平衡關(guān)系，其值越小，表明土壤礦化能力越強(qiáng)，越不利于土壤有機(jī)質(zhì)的積累［31］。本研究中C∶N在0～10 cm土層，檸條×花棒混交和檸條×沙拐棗混交2種固沙灌木配置模式均顯著低于其他3種固沙灌木配置模式，主要原因是這2種固沙灌木配置模式下全氮含量顯著大于其他3種固沙灌木配置模式，而有機(jī)碳含量與其他3種固沙灌木配置模式無顯著性差異；這說明含有檸條的混交林對表層土壤 N含量及其礦化速率影響較大，有利于土壤N釋放，促進(jìn)土壤N轉(zhuǎn)化，不利于表層土壤 C儲存［32］。而在20～30 cm土層，檸條×花棒混交、檸條純林、檸條×沙拐棗混交3種固沙灌木配置模式的C∶N也顯著低于其他2種固沙灌木配置模式，這也說明了含有檸條的混交林更有利于土壤的礦化過程，促進(jìn)土壤養(yǎng)分循環(huán)，從而有利于沙地土壤肥力的提高，促進(jìn)植被恢復(fù)。

C∶P作為指示土壤磷素礦化程度的指標(biāo)，同時(shí)也是判斷磷的有效性的重要指標(biāo)，其比值越低表明土壤礦化能力越強(qiáng)［33］。C∶P在10～20 cm土層，檸條固沙灌木配置模式顯著高于其他4種固沙灌木配置模式，這主要是由于檸條純林土壤有機(jī)碳含量最大且全磷含量在5種固沙灌木配置模式下無顯著差異，這個(gè)結(jié)果表明檸條純林固沙灌木配置模式土壤P的有效性較低，這可能是由檸條固沙灌木配置模式土壤有機(jī)質(zhì)的分解速率較低引起的［9］。在20～30 cm土層，檸條×沙拐棗混交固沙灌木配置模式的C∶P顯著低于其他4種固沙灌木配置模式，這主要是由于其土壤有機(jī)碳含量顯著低于其他4種固沙灌木配置模式，而全磷含量顯著大于楊柴純林固沙灌木配置模式且與其他3種固沙灌木配置模式差異不顯著，這表明相比其他4種固沙灌木配置模式，檸條×沙拐棗混交固沙灌木配置模式的土壤磷礦化能力更強(qiáng)。

N∶P可以確定土壤養(yǎng)分的限制性閾值［34］，在0～10 cm土層，檸條×花棒混交和檸條×沙拐棗混交2種固沙灌木配置模式N∶P顯著高于其他3種固沙灌木配置模式，這主要是由于這2種固沙灌木配置模式全氮含量顯著大于其他3種固沙灌木配置模式且全磷含量在5種固沙灌木配置模式之間無顯著差異。此結(jié)果表明，含有檸條的混交林更有利于土壤氮的礦化過程，對土壤磷含量的下降速率有一定的限制。

3.3 不同固沙灌木配置模式土壤C∶N∶P化學(xué)計(jì)量比與C、N、P含量的關(guān)系

土壤作為生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，其C∶N∶P化學(xué)計(jì)量比與C、N、P含量之間緊密相關(guān)，是衡量土壤元素平衡的重要指標(biāo)［35］。本研究不同固沙灌木配置模式之間土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量比與C、N、P含量的關(guān)系存在差異。C∶N與C、N含量的擬合強(qiáng)度為N大于C，而且，C∶N在5種固沙灌木配置模式下與全氮含量均呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.001），而楊柴和花棒×沙拐棗混交2種固沙灌木配置模式的C∶N與有機(jī)碳含量呈極顯著正相關(guān)（P＜0.001），這些結(jié)果表明這兩種固沙灌木配置模式的土壤C∶N由土壤碳和氮的限制同時(shí)決定，而另外3種固沙灌木配置模式的土壤C∶N主要由氮的限制引起。土壤C∶P在5種固沙灌木配置模式下與有機(jī)碳間均呈極顯著正相關(guān)（P＜0.001），而只有檸條純林、檸條×沙拐棗混交、花棒×沙拐棗混交3種固沙灌木配置模式的C∶P與全磷含量呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），而且土壤C∶P與C、P含量的擬合強(qiáng)度為C大于P。這些結(jié)果表明，在不同固沙灌木配置模式下，對土壤C∶P起主導(dǎo)作用的是土壤有機(jī)碳含量，而檸條純林、檸條×沙拐棗混交、花棒×沙拐棗混交3種固沙灌木配置模式的土壤全磷含量也在一定程度上影響土壤C∶P比值。土壤N∶P在5種固沙灌木配置模式下與全氮間均呈極顯著正相關(guān)（P＜0.001），而與全磷均差異不顯著（P＞0.05），而且土壤N∶P與N、P的擬合強(qiáng)度為N大于P。這些結(jié)果表明，在土壤元素平衡過程中土壤N作為主要的限制因素，這與陶冶等［36］在古爾班通古特沙漠的研究結(jié)果一致。在前人的研究中，C∶N∶P化學(xué)計(jì)量比與C、N、P含量之間均有一定的線性或非線性關(guān)系［30，36-38］。由于研究區(qū)域不同，其關(guān)系也有不同的具體表現(xiàn)。在本研究中 C∶N與C含量呈線性正相關(guān)關(guān)系，與N含量呈線性負(fù)相關(guān)關(guān)系，這與張書齊［39］、董雪［8］、邱嶺軍［40］等研究結(jié)果相同；C∶P與C含量呈線性正相關(guān)關(guān)系，與P含量不存在線性相關(guān)關(guān)系。綜上所述，本研究C∶N和N∶P主要限制因素均為全氮含量，C∶P主要限制因素為有機(jī)碳含量，這一結(jié)果與趙力興等［41］在科爾沁沙地對二齡紫花苜蓿草地研究結(jié)果一致。利用土壤化學(xué)計(jì)量關(guān)系來判斷土壤養(yǎng)分的限制還需要進(jìn)一步的野外施肥實(shí)驗(yàn)加以印證［42-43］。

4 結(jié)論

寧夏靈武白芨灘國家級自然保護(hù)區(qū)典型的5種固沙灌木配置模式對土壤碳、氮、磷及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量比的影響不同，在表層土壤（0～10 cm），檸條×花棒混交與檸條×沙拐棗混交顯著提高土壤全氮含量，2種模式土壤C∶N顯著低于其他3種固沙灌木配置模式，土壤N∶P顯著高于其他3種固沙灌木配置模式。檸條×花棒混交與檸條×沙拐棗混交固沙灌木配置模式有利于表層土壤的礦化過程，促進(jìn)土壤N釋放；10～20 cm土層，檸條固沙灌木配置模式C∶P顯著高于其他4種，土壤P的有效性較低；20～30 cm土層，檸條固沙灌木配置模式全氮含量顯著高于其他4種，檸條×沙拐棗混交固沙灌木配置模式有機(jī)碳含量和C∶P均顯著低于其他4種。不同固沙灌木模式下碳、氮、磷及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量比具有一定的線性關(guān)系，土壤有機(jī)碳和全氮是影響化學(xué)計(jì)量比的主要限制因子，不同固沙灌木土壤元素平衡主要受到土壤氮限制。因此，未來在本區(qū)域進(jìn)行固沙恢復(fù)實(shí)踐中應(yīng)考慮種植對氮素積累有利的檸條混交林。