《CATENA》：Mineral weathering affects soil C–N–P stoichiometry along an alpine elevational gradient on the northeastern Qinghai–Tibet plateau
编辑推荐：
•SOC和TN随海拔升高在表层土壤中升高；C:P和N:P在所有深度均升高。•CIA随海拔升高而降低，表明化学风化程度较弱。•CIA的关联关系从土壤–地形转向植被和土壤地球化学。•CIA与SOC显著相关，但与TN或TP无显著相关。引言山地景观提供了天然的土壤–景观梯度，可用于研
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SOC和TN随海拔升高在表层土壤中升高；C:P和N:P在所有深度均升高。
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CIA随海拔升高而降低，表明化学风化程度较弱。
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CIA的关联关系从土壤–地形转向植被和土壤地球化学。
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CIA与SOC显著相关，但与TN或TP无显著相关。
引言
山地景观提供了天然的土壤–景观梯度，可用于研究气候、地形、植被和母质如何相互作用以调节成土过程、矿物转化、元素再分配和生物地球化学循环（Rice等，2024；Montes-Pulido等，2025；Gao等，2026）。沿海拔梯度，温度、降水、水文淋滤、植被生产力和地貌格局的系统性变化可强烈改变矿物转化、风化产物的再分配和养分有效性（Wilson等，2022；Wei等，2025；Yang等，2025a）。矿物风化是基本的成土过程，它将母质转化、次生矿物形成、元素再分配、养分释放和土壤有机碳（SOC）稳定化联系起来（Callahan等，2022；Slessarev等，2022）。通过将原生矿物转化为次生相并释放钙（Ca）、镁（Mg）、钾（K）和磷（P）等必需元素，风化调节着土壤发育、养分有效性以及陆地生态系统中碳（C）、氮（N）和P的循环和化学计量平衡（Goudie和Viles，2012；Turner等，2014；Doetterl等，2015；Rowley等，2018；Li等，2025）。风化过程中产生的次生矿物和金属氧化物可通过矿物表面保护和矿物结合有机质（MAOM）的形成进一步增强SOC稳定化，从而将矿物转化与高山土壤中的碳持续性和养分保持联系起来（Barré等，2014；Rowley等，2018；Bramble等，2025）。此外，矿物组成的变化还可能影响微生物活动和养分获取，特别是通过限制与氮和磷循环相关的酶过程（Turner等，2014；Doetterl等，2018；Dong等，2022；Elias等，2024）。在高山林地土壤中，低温、缓慢的土壤形成、强烈的地形异质性和多变的母质共存，风化来源的养分供给可能对调节土壤C–N–P化学计量学尤为关键。然而，矿物风化强度如何沿高山土壤–景观梯度变化，以及这种变化如何制约土壤C、N和P的积累、养分有效性和化学计量发育，仍缺乏充分理解。
矿物风化的主要控制因素包括母质（Hartmann等，2014；Rice等，2024）、气候（Liu等，2012；Gong等，2023；Brantley等，2023）、地形（Draebing和Krautslater，2019；Hilton和West，2020）、植被（Porder，2019；Oeser和von Blanckenburg，2020；Wild等，2022）以及人为活动（Wan等，2015；Wang等，2025）。然而，沿海拔梯度矿物风化与土壤C、N和P循环之间的耦合关系仍不明确，特别是在高山环境特有的低温条件和缓慢成土速率下尤为如此。海拔梯度可能为研究这种耦合关系提供整合性框架，因为温度、水分、植被结构、地形条件和土壤形成速率随海拔系统性变化（Tan和Wang，2016；Schaller和Ehlers，2022；Huo等，2025）。化学风化指数（CIA）可提供一个整合性的成土化学变化度量指标，因为它反映了可迁移的Ca、Na和K相对于相对不迁移的铝从硅酸盐矿物中相对耗竭的程度（Sheldon和Tabor，2009；Nordt和Driese，2010；Dixon和von Blanckenburg，2012；Chen等，2024）。因此，本文将CIA解释为累积化学风化程度的替代指标，而非瞬时风化速率。既往研究已记录了山地生态系统中土壤C、N和P库沿海拔的变化（Zhang等，2021；Liu等，2024），但直接联系地球化学风化指数与高山林地土壤C–N–P化学计量学的定量证据仍然匮乏。近期研究表明，矿物风化可通过改变反应性矿物相来调节SOC稳定化（Garcia Arredondo等，2019；Li等，2026），热带雨林地形序列研究进一步将CIA与SOC积累、矿物保护和土壤C:N及C:P化学计量学联系起来（Bennett Jones等，2026）。然而，很少有研究直接在高山林地土壤–景观梯度上整合CIA与C、N和P库及其C:N:P化学计量关系。因此，三个关键不确定性仍然存在：（1）矿物风化强度如何随海拔变化；（2）主导风化的环境因素是否沿梯度发生转变；（3）风化–C–N–P关系是否随海拔变化以及这种变化如何与养分不平衡相关。
在气候敏感的森林中解决这些不确定性尤为重要，因为生物介导的C
N循环和地球化学约束的P及碱金属阳离子供给可能对环境变化做出不同响应，从而加剧C–N–P化学计量失衡。将CIA与土壤C–N–P化学计量学整合因此提供了评估全球变化下养分约束和SOC持续性潜在变化的框架。甘南高原位于青藏高原东北缘，具有显著的海拔梯度和异质的岩性、地貌和植被环境，为研究高山林地中的矿物风化和C–N–P化学计量学提供了天然的土壤–景观系统。我们在2000–3500 m海拔梯度上分布的40个林地样地采集了土壤样品，定量测定了SOC、TN、TP和主量元素氧化物的浓度。采用CIA评估矿物风化程度，并利用混合效应模型和多变量分析量化海拔格局、识别环境因素并检验风化–化学计量关联。研究目标为：（1）表征土壤C–N–P库和矿物风化强度的海拔格局；（2）识别矿物风化的主导环境因素及其相对贡献；（3）评估矿物风化如何与高山土壤–景观梯度上的C–N–P耦合和养分不平衡相关联。我们预期CIA将随海拔升高而降低，且这种降低将与C:N:P化学计量的阶段性转变相关。
章节摘要
研究区
甘南高原位于中国西部青藏高原东北缘（33°06′–35°44′ N，100°46′–104°44′ E）（图1a）。它是东亚季风区与西风主导区之间的关键过渡带，也是中国西北干旱区与高海拔高原环境之间的过渡带。研究区的平均海拔约为3000 m，具有显著的海拔梯度，产生了显著的气候和
海拔梯度上土壤C–N–P含量及其化学计量比的变化
考虑样地内重复土壤深度观测的线性混合效应模型显示，SOC（P = 0.0075；图2a）和TN（P = 0.0084；图2b）的海拔总效应显著为正，而TP未表现出可检测的海拔趋势（P = 0.847；图2c；附表S4–S6）。最明显的响应出现在0–10 cm层，SOC和TN浓度分别随海拔每升高100 m增加3.34和0.306 g kg?1（均P < 0.001；图2a和b；附表
土壤C–N–P浓度和化学计量的海拔格局
海拔梯度通过温度、水分、植被、风化和侵蚀的协同变化来改变土壤生物地球化学过程（K?rner，2007；Tan和Wang，2016；Tashi等，2016；Rice等，2024）。本研究显示，SOC、TN、C:P和N:P随海拔升高而增加，而TP和C:N未表现出类似的趋势（图2；附图S5）。其他山地和高原生态系统中也报告了类似的格局（Cao等，2019；Bo等，2020；Zhang等，2021；Zhu等，2022）。
结论
本研究揭示了甘南高原高山林地中土壤C–N–P化学计量和矿物风化沿海拔梯度同步变化的规律。主要结论如下：
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SOC和TN在表层土壤中随海拔升高最为明显，而C:P和N:P在所有土壤深度均升高；TP和C:N未表现出一致的海拔趋势。这些格局表明，C和N的积累越来越超过了相对稳定的总P库的变化，即
CRediT作者贡献声明
张洁堂： 写作 – 审阅与编辑，写作 – 初稿撰写，可视化，验证，方法学，调查研究，形式分析，数据整理，概念化。刘杰： 调查研究，数据整理。李兴远： 写作 – 审阅与编辑，监督指导，资源获取，项目管理，经费获取，概念化。苟晓华： 写作 – 审阅与编辑，监督指导，资源获取，项目管理，经费获取，概念化。
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本研究受双一流项目建设的启动资金（504000-561120214）和甘肃省中央引导地方科技发展专项基金（25ZYJA019）资助。我们感谢编辑和审稿人提出的建设性意见和建议，使本文得到极大改进。
张洁堂|刘杰|李兴远|苟晓华
