土壤是森林生态系统的重要组成成分和环境因子，是森林植被生长的载体并为其提供必要的养分；同时，森林植被也通过演替不断向土壤中补充养分，从而维持森林生态系统内养分的动态平衡^{[1, 2]}。国内外许多学者已在不同气候区与时空尺度上研究了土壤养分的空间分布特征，并阐释了土壤养分分布与环境因子的关系。GALLARDO^[3]对西班牙西北部的洪荒平原森林土壤养分的空间变异特征进行了研究，发现洪水和其它生态过程引起了土壤养分的异质性。刘璐等^[4]研究了广西木论自然保护区土壤养分的空间变异特征，结果表明植被、地形和高异质性的微生境是该区域土壤养分格局差异的主要因素。邵方丽等^[5]对北京山区森林土壤养分空间变异与环境因子的关系进行了研究，发现土壤相关的环境因子是引起养分空间变异的主要因子。土壤养分的空间分布特征是由一系列因子相互作用产生的，不同区域土壤养分的空间分布特征具有特异性。因此，开展土壤养分空间异质性的研究不仅对了解土壤的形成过程、结构和功能具有重要的参考价值，而且对阐明土壤与植物间的关系有重要的理论意义。

猫儿山自然保护区位于中亚热带区域，在中国植被区划上，属于亚热带常绿阔叶林区、东部湿润阔叶林亚区、中亚热带常绿阔叶林南部亚地带的三江流域山地栲类木荷林，石灰岩植被区和南岭山地栲类蕈树林区的过渡带，拥有丰富的物种资源和典型的亚热带常绿阔叶林^[6]。近年来，国内一些学者对该区域生物多样性^{[6, 7, 8]}、植物群落^{[9, 10]}和水源涵养^[11]等方面做了大量研究，而对土壤养分海拔梯度分布的研究较少。黄承标等^[12]在猫儿山南坡的垂直高度上，每100 m设置1个土壤剖面，测定土样的化学元素含量，结果表明不同土壤类型的土壤养分含量存在较大差异；随着高度和土层深度的增加，土壤养分也呈现一定规律性的变化。针对猫儿山自然保护区不同海拔的常绿阔叶林、青冈天然林、常绿落叶阔叶林和常绿针阔混交林的典型林分类型，探讨其土壤养分的空间变化特征，以期为该区域的森林土壤肥力管理提供数据支持。

广西猫儿山国家级自然保护区位于广西壮族自治区桂林市北部，地理位置为110°20′-110°35′E，25°48′-25°58′N；属中亚热带季风湿润气候区，年平均气温12.8 ℃，年平均相对湿度92%，年平均降水量2 509.1 mm^[13]。境内最高峰海拔2 142 m，植被垂直带谱分布完整，依次为常绿阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、常绿针阔混交林、高山矮林和山顶灌草丛等^[14]。猫儿山的地带性土壤为山地红壤(海拔＜800 m)，随着海拔的增高，猫儿山土壤依次为山地黄红壤(800-1 000 m)、山地黄壤(1 000-1 600 m)、山地黄棕壤(1 600 m以上)、泥炭土(1 800-2 000 m)^[13]。

根据不同海拔的气候和地带性土壤类型，参照国家林业行业标准LY/T 1952-2011^[15]，在1 100、1 400、1 500和2 000 m四个海拔各建立1个100 m×100 m的定位观测样地，4个不同海拔的代表林分分别为常绿阔叶林、青冈天然林、常绿落叶阔叶混交林和常绿针阔混交林，记录经纬度、海拔高度、坡度、优势树种等(表 1)。在所选的样地内，并列设置3个20 m×20 m的样方，每个样方间间隔5 m。2014年8月下旬，在每个样方枯枝落叶层下0-20 cm内，按照梅花5点法采集5个点土样，并将5个点土样作为一个混合样，每个样地共采集3个混合样。把带回的土样风干，再测定其pH值 、有机质、全氮、全磷、全钾、速效氮、有效磷、速效钾等养分指标。

测定及分析方法参照鲁如坤^[16]主编的《土壤农业化学分析方法》和《中华人民共和国林业行业标准LY/T-1 999》^[17]。土壤pH采用水浸提电位法(土水比为1:2.5)；有机质测定采用重铬酸钾外加热法；全量氮含量采用半微量凯式法测定；速效氮含量采用碱解扩散法测定；全量和有效磷含量采用钼锑抗比色法测定；全量和速效钾含量采用火焰光度法测定。

测定所得数据在Excel软件上进行初步分析，采用SPSS 17.0软件对数据进行单因素方差分析Duncan多重比较、相关性分析和线性回归分析。

随着海拔梯度的上升，植被类型、气候等环境因子也发生改变，进而造成土壤养分特征的差异并呈现一定的规律性。不同森林类型土壤养分分析结果见表 2，结果表明猫儿山4种森林类型土壤pH、全钾含量沿海拔梯度上升表现出了单调递减的规律性；有机质、全氮、全磷、有效磷和速效钾含量呈现先降后升的趋势；速效氮含量呈现先微上升后下降再上升的波形趋势。不同海拔森林类型的土壤pH值空间分异范围为3.51-4.87，1 468 m是pH值产生显著变化的过渡海拔。土壤有机质和全氮含量在海拔2 024 m处最高，在海拔1 145和1 468 m处次之，1 536 m处最低。除了常绿阔叶林和青冈天然林之间的差异不显著外，其余森林类型间的有机质和全氮含量均有显著差异。速效氮、有效磷和速效钾含量在最高海拔的常绿针阔混交林中最高，且与其它海拔的森林类型间差异显著。全磷和全钾含量在低海拔的常绿阔叶林最高，且与其它海拔的森林类型间差异显著。土壤养分的描述性统计结果表明(表 3)，除pH值为弱变异、有效磷为强变异外，其余土壤养分均表现为中等程度变异。有效磷变异程度最大，其变异系数达1.28，随后依次为有机质＞速效氮＞全氮＞全钾＞速效钾＞全磷＞pH。

海拔是较为重要的山地地形因子之一，由于海拔不同，气候特征、林分类型和土壤类型改变，导致土壤肥力在不同海拔范围具有明显的差异^[18]。海拔与土壤各养分指标间的相关性分析结果表明(表 4)，海拔与有机质、全氮、速效氮、有效磷含量呈极显著正相关(P＜0.01)，与pH值和全钾含量呈极显著负相关(P＜0.01)，与速效钾含量呈显著正相关(P＜0.05)，与全磷含量之间的相关性不显著。海拔与有效磷之间的相关性最强。

土壤pH的变化与母质岩发育、气候、植被和矿物风化等均有相关性^[19]，pH的变化也可以引起土壤养分有效性的变化。由图 1可知，土壤有效磷(y)与pH(x)之间呈显著负相关关系(r=-0.632 ,P=0.027)。

	图 1 土壤有效磷与pH的关系 Fig.1 Relationship between soil available P and pH
图选项

凋落物是土壤有机质的主要来源，随着海拔梯度上升植被类型改变，凋落物也发生改变，进而引起土壤有机质的分布发生改变。土壤有机质主要来源于凋落物，在母质发育条件基本一致的情况下，土壤养分的归还和保持与土壤有机质密切相关^[20]。由图 2可知，土壤有效磷(y)与有机质含量(x)之间呈极显著正相关关系(r=0.983 ,P＜0.01)。

	图 2 土壤有效磷与有机质的关系 Fig.2 Relationship between soil available P and organic matter
图选项

土壤氮元素与土壤有效磷的回归分析见图 3，土壤全氮和速效氮与有效磷含量之间存在明显的线性正相关，相关系数分别为0.964和0.991，呈极显著正相关(P＜0.01)。土壤有效磷与土壤全磷的回归分析结果表明(图 4)，土壤全磷与有效磷含量之间存在正相关关系(r=0.129 ,P＞0.05)，但相关性不显著。土壤全钾和速效钾与有效磷含量之间的相关性截然不同，相关性分析结果表明(图 5)，土壤全钾与有效磷含量之间存在极显著线性负相关关系(r=-0.972 ,P＜0.01)，而土壤速效钾与有效磷含量之间存在极显著正相关关系(r=0.921 ,P＜0.01)。

	图 3 土壤有效磷与氮元素的关系 Fig.3 Relationship between soil available P and N element
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	图 4 土壤有效磷与全磷的关系 Fig.4 Relationship between soil available Pand total P
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	图 5 土壤有效磷与钾元素的关系 Fig.5 Relationship between soil available P and K element
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猫儿山4种森林类型土壤pH沿海拔梯度的变化表现出了单调递减的规律性，这与党坤良等^[21]和李兴民等^[22]的研究结果一致。pH随海拔升高而降低，这可能是因为随着海拔升高，植被由阔叶林到落叶林再到针叶林，凋落物增多，加剧了土壤养分酸性淋溶的过程，使土壤pH值逐渐降低^[23]。猫儿山4种森林类型土壤有机质、全氮、全磷、有效磷和速效钾含量沿海拔梯度的变化呈现先降后升的趋势。土壤有机质、全氮、速效氮、有效磷和速效钾含量均在常绿针阔混交林带最高，这可能是因为高海拔地区温度低，土壤微生物的活动受到抑制，从而有利于有机物的积累，而有机物的分解会提高部分营养元素的有效性^[24]。土壤全钾主要由成土母质决定的^[25]，土壤全钾含量沿海拔梯度的变化表现出了单调递减的规律性。在所有养分指标中，有效磷变异程度最大，其变异系数达1.28，随后依次为有机质＞速效氮＞全氮＞全钾＞速效钾＞全磷＞pH。磷元素在土壤中的迁移转化有扩散、吸附、解吸、沉积、埋藏积累、有机磷矿化等过程，这决定了有效磷的含量由多种因素共同影响，可能是造成有效磷变异系数相对较大的原因^[5]。

海拔是较为重要的山地地形因子之一。本研究中，海拔与有机质、全氮、速效氮、有效磷含量呈极显著正相关(P＜0.01)，与pH值和全钾含量呈极显著负相关(P＜0.01)，与速效钾含量呈显著正相关(P＜0.05)，与全磷含量之间相关性不显著。本研究结果与李兴民等^[22]对白龙江上游森林土壤养分与海拔的相关性分析结果基本一致。全磷含量与海拔之间的相关性不显著，这可能是因为广西森林土壤中富含铁离子，其对磷元素有强烈的固定作用，而随着海拔的上升pH值下降，酸性条件下的淋溶作用又会释放部分磷；同时，高温有利于矿质磷的溶解^[26]。

由于随着海拔的变化，有效磷变异程度最大，且其与海拔之间的相关性最显著且为正相关，故后续分析有效磷含量与其它养分指标的相关性。土壤各养分之间不是孤立存在的，而是相互关联的^[22]。土壤有效磷含量与pH值之间呈显著负相关关系，可见pH值下降提高了土壤中磷元素的有效性，从而增加了有效磷含量。土壤有效磷与有机质含量之间存在极显著线性正相关关系。本研究只对表层土壤进行了分析，表层土壤中有效磷元素可能主要来自于凋落物中有机磷的矿化，进而形成和有机质含量之间极显著的正相关性。有研究表明^[27]土壤中全氮主要是以有机态的形式存在，全氮是速效氮的主要来源。氮元素含量的大小主要由有机质的积累与作用的相对强度决定的，因此其与有机质含量呈正相关关系^[12]，进而与有效磷呈正相关关系。李兴民等^[22]的研究结果表明，土壤全磷和有效磷含量之间呈极显著正相关关系，但本研究中，有效磷与全磷之间的相关性不显著，这可能是因为猫儿山土壤有效磷主要来自于有机磷的矿化，而不是土壤中Fe-P的溶解^[28]。土壤全钾主要由成土母质决定，而土壤速效钾主要受到土壤有机质、土壤水分的影响，这可能是造成全钾和速效钾与有效磷含量相关性截然相反的主要原因。

猫儿山土壤养分随着海拔梯度的变化呈现一定的变化趋势，相关性分析结果也表明除了全磷外，海拔与其它养分指标间均存在显著或极显著的相关性。可见，猫儿山土壤养分具有一定的空间异质性。随着海拔的变化，有效磷变异程度最大，且其与海拔之间的相关性最显著且为正相关。土壤各养分之间是相互关联的，除了全磷外，土壤有效磷与各养分指标间均存在显著或极显著的相关性。土壤磷元素的空间分布规律对于维持森林生态系统的稳定性具有重要的现实意义，土壤有效磷的来源和转化以及空间分布异质性的内在机制有待于进一步研究。