第四纪时期所发生的地壳运动、气候变化以及生物演替等环境演变过程,是第四纪地质学的重要研究内容。其中,土壤发育以及生物演替等表生过程是地球科学中的基本地质过程之一。随着全球气温的升高,世界范围内的山地冰川总体表现出退缩的趋势。在冰川退缩后遗留下的迹地上,各种化学物质在地球各圈层间迁移、转化和积累,是人类活动与地质环境发生联系的地球关键带。自小冰期结束以来,海螺沟冰川表现出明显的退缩趋势。在其冰川退缩后的迹地上,成土作用连续且形成了一个从原生裸地到顶极群落完整且连续的植被原生演替序列,为我们研究地球关键带复杂的生物地球化学过程提供了天然的试验场所。本研究在海螺沟冰川退缩区依次设置7个连续样地（冰川退缩0、12、30、40、52、80和120年）,探讨海螺沟冰川退缩区表生过程中土壤发育与植被演替之间的关系,以及主要矿质元素在土–植之间的生物地球化学过程。主要研究结果如下:（1）在海螺沟冰川退缩区120年的时间序列里,矿物的早期风化以碳酸盐为主,而冰川退缩52年以后,硅酸盐矿物的风化作用逐渐加强。土壤A层和C层的粒径组成以砂粒为主,占各样地土壤粒径的80%以上,这与该地区土壤的矿物成分以石英为主有关。随着土壤的发育,土壤O层和A层的厚度及其有机碳的含量显著增加,但p H值却显著下降,已由冰川末端的碱性转变为120年处的偏酸性土壤。在表层土壤（O层和A层）中,除N元素以外其余元素的含量均随土壤发育呈不同程度的下降趋势,且通过主成分分析表明,N元素的来源和特征与其它元素存在较大差异。此外,土壤A层的平均发育速率为188.9 t/km2/y,且在冰川退缩40–52年的阔叶林阶段最快。通过不同冰川退缩时期各物种的重要值以及优势种沙棘（Hippophae rhamnoides）、柳树（Salix spp.）、冬瓜杨（Populus purdomii）和峨眉冷杉（Abies fabri）的生物量反映出该植被演替序列经历了以沙棘为优势种的草灌阶段,到以冬瓜杨为优势种的阔叶林阶段,最后形成以峨眉冷杉为主的针叶林顶极群落。通过RDA分析土壤环境因子对植被演替的影响可知,表层土壤的p H值、SOC以及N含量对优势种的重要值有着显著影响,且表层土壤SOC和N含量对优势种的影响随演替逐渐加大。（2）土壤各层主要矿质元素含量的变化随土壤发育差异较大。除N元素以外,P、K、Ca、Mg在表层土壤中的含量低于C层,且主要矿质元素在表层土壤的含量为Ca>N>K>Mg>P,在C层为Ca>K>Mg>P>N。在植被中,主要矿质元素在优势种不同器官中的含量均在叶中最高,干中最低,且N、P、K、Mg在优势种叶片中的含量均随演替下降,干中N、P、K的含量则先下降后上升,枝和根中N、P、K、Mg的含量呈波动性变化,Ca在优势种各器官的含量均在阔叶林阶段最高。在林下植被中,N在灌木、草本和地被（苔藓）中的含量均最高,而P和Mg在草本和地被中的含量均较低。P、K、Ca、Mg在由成土母质向表层土壤迁移的过程中,P表现出一定的亏损状态,而K、Ca、Mg表现为纯迁移并未发生明显的亏损。表层土壤中主要矿质元素在向植物迁移富集的过程中,N在沙棘、柳树和冬瓜杨各器官中表现出明显的富集,且优势种地上各器官从土壤中吸收N的能力高于地下器官;P在优势种枝和叶中均表现出富集现象,说明土壤中P的亏损是由于其一部分转移到了植物中去;K在各优势种叶和枝中存在富集现象,尤其是叶中K的富集系数随植物的生长呈增长趋势;Ca和Mg在优势种各器官中均未表现出明显富集。（3）主要矿质元素在土壤和植被中的贮量均随冰川退缩时间的增加而增加。且随着生态系统的发展,表层土壤中贮存的N远超过植被,成为生态系统最主要的N库;植被中P和K的贮量占生态系统的比例逐渐增加,在冰川退缩80年处已超过表层土壤;表层土壤中Ca和Mg的贮量在冰川退缩各时期均远高于植被。生态系统主要矿质元素的年积累量表现为Ca>N>K>Mg>P,且N和P在整个演替序列均为正向积累,而K、Ca、Mg在由阔叶林向针叶林演替的针阔混交阶段出现了负增长。主要矿质元素在表层土壤、活体植被以及整个生态系统中的年积累量均在阔叶林阶段最高;而表层土壤和整个生态系统N的年积累量在草灌阶段最低,其余矿质元素的年积累量均在针叶林阶段最低。此外,生态系统N年积累量的变化趋势与P呈显著正相关,而K、Ca、Mg三者年积累量的变化趋势显著正相关。（4）在整个演替序列中,植被对P和K的利用效率较高;而N、Ca、Mg在植被中的循环强度高,流动性大,植物对表层土壤N、Ca、Mg的消耗小,有利于表层土壤N、Ca、Mg的积累。此外,植被在草灌和阔叶林阶段对主要矿质元素的吸收量大、循环速率快但利用效率低;而针叶林阶段对主要矿质元素的吸收量小、循环速率慢但利用效率高。土壤的发育速率与N元素的循环速率呈显著正相关。通过拟合生态系统各组分N、P相对变化率的线性回归发现,优势种P的相对积累速率高于N,而表层土壤和林下植被N的相对积累速率高于P。因此,表层土壤的N:P比随冰川退缩时间的增加呈对数增长的趋势,而优势种的N:P比随冰川退缩时间的增加呈下降趋势。从植被N:P比对养分限制的阈值可以看出,植被的N:P比在整个演替序列总体保持在较低水平（<14）,说明植被的生长主要受N元素的影响。综上所述,通过土壤环境因子对优势种演替的影响、主要矿质元素在生态系统的循环利用特征以及植被的N:P比均说明N是影响海螺沟冰川退缩区表生过程发生发展的主要驱动元素。