林芝市耕地連作方式下土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征研究

白有志 楊 紅 郭文文 郭建斌 邢 震

（西藏農(nóng)牧學(xué)院，西藏 林芝 860000）

0 引言

連作是指一年內(nèi)或連年在同一耕地上連續(xù)種植同種作物的種植方式。在一定條件下采用該方式種植，可充分利用氣候、土壤等資源條件。生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)結(jié)合了生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)等基本原理，包括了生態(tài)學(xué)和化學(xué)計(jì)量學(xué)等原理，考慮了熱力學(xué)第一定律、生物進(jìn)化的自然選擇原理和分子生物學(xué)中心法則的理論。生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)能將分子、細(xì)胞、有機(jī)體、種群、生態(tài)系統(tǒng)和全球尺度等研究理論有機(jī)地統(tǒng)一起來(lái)。通過(guò)分析土壤的生態(tài)化學(xué)計(jì)量比，可以較為準(zhǔn)確地判斷土壤的肥力和健康程度。西藏自治區(qū)林芝市由于氣候因素，大部分地區(qū)都采用連作方式進(jìn)行耕種。但是，該耕作方式對(duì)當(dāng)?shù)赝寥蕾|(zhì)量造成的影響還未見(jiàn)報(bào)道?；诖?，筆者對(duì)林芝市巴宜區(qū)拉丁嘎村、拉當(dāng)喀村、拉嘎娘村3個(gè)典型連作區(qū)的土壤養(yǎng)分狀況及其化學(xué)計(jì)量學(xué)特征進(jìn)行研究，以期給林芝市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)和土地資源合理利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)域概況

林芝市位于北緯26°52′～30°40′，東經(jīng)92°09′～98°47′，地處西藏自治區(qū)東南部，位于雅魯藏布江北岸、尼洋河下游，被稱為“西藏的江南”，是西藏自治區(qū)主要耕作區(qū)之一。因受印度洋季風(fēng)的影響，當(dāng)?shù)叵臒o(wú)酷熱，冬無(wú)嚴(yán)寒，雨量充沛，氣候濕潤(rùn)，日照長(zhǎng)，霜期短，年平均氣溫8.7 ℃，夏季最高溫20 ℃左右，屬于高原溫帶濕潤(rùn)半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候。拉丁嘎村、拉當(dāng)喀村、拉嘎娘村是林芝市巴宜區(qū)3個(gè)非常典型的連作區(qū)，常年種植青稞、小麥。

1.2 研究方法

1.2.1 樣品采集。2021年9月，在野外勘察的基礎(chǔ)上，在研究區(qū)選擇3個(gè)連作區(qū)，樣地基本情況見(jiàn)表1。每個(gè)區(qū)域內(nèi)分別選擇具有代表性的4個(gè)樣地，按照《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》（DZ/T 0295—2016）選擇樣點(diǎn)和采集土樣，采樣深度0～40 cm，每個(gè)樣地采集5個(gè)土樣，共計(jì)60個(gè)土樣。將所有土樣裝入密封袋，帶回實(shí)驗(yàn)室，待土樣自然風(fēng)干，去除石塊、植物殘?bào)w等非土物質(zhì)，研磨后過(guò)2 mm和0.25 mm孔徑篩，之后置于實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干，最后裝袋封存，以供開(kāi)展地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)。

1.2.2 指標(biāo)測(cè)算。土壤pH值采用電極電位法測(cè)定，土壤有機(jī)碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）、全鉀（TK）含量分別采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法、半微量凱氏定氮法、酸溶-鉬銻抗比色法和酸溶-火焰光度法測(cè)定，速效磷（AP）、速效鉀（AK）含量分別采用碳酸氫鈉法浸提-鉬銻抗比色法和醋酸銨浸提-火焰光度計(jì)法測(cè)定。計(jì)算土壤C/N、C/P、N/P（質(zhì)量比），其分別為SOC與TN、SOC與TP、TN與TP含量的比值。計(jì)算土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）含量：SOM含量＝有機(jī)碳含量×1.724。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理與分析。數(shù)據(jù)分析采用Excel 2010和SPSS 22.0軟件。運(yùn)用單因素方差分析進(jìn)行檢驗(yàn)，采用Pearson雙尾檢驗(yàn)法對(duì)養(yǎng)分與化學(xué)計(jì)量比進(jìn)行相關(guān)性分析。變異系數(shù)（）是衡量變量空間異質(zhì)性的指標(biāo)，是標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的比值，＜0.1為弱變異性，0.1≤≤1.0為中等變異性，＞1.0為強(qiáng)變異性。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分含量特征

由表2可知，在連作土地利用方式下，土壤平均pH值為5.550，土壤呈酸性，土壤平均含水量為34.483% 。土壤養(yǎng)分中，有機(jī)質(zhì)（SOM）含量平均值最高，達(dá)到了80.866 g/kg；其次為全鉀含量 （18.216 g/kg）；全氮、全磷含量較低，分別為0.217 g/kg和0.748 g/kg；速效養(yǎng)分中，速效鉀含量高于速效磷含量。與全國(guó)第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)相比可知，林芝市巴宜區(qū)連作土壤養(yǎng)分含量總體處于中等水平。在土壤各組分差異性上，所有組分的變異系數(shù)范圍均為0.01≤≤1.00，屬于中等變異。在土壤化學(xué)計(jì)量特征方面，C/P最大，為66.506，N/P為3.134，C/N為中等水平22.038。土壤C/N、C/P、N/P的變異系數(shù)分別為0.214、0.357、0.468，均屬于中等變異。

表1 樣地基本概況

表2 土壤養(yǎng)分含量及其化學(xué)計(jì)量特征

2.2 不同地區(qū)連作土壤養(yǎng)分的異質(zhì)性

由圖1可知，不同采樣區(qū)土壤養(yǎng)分含量差異較大。所有采樣區(qū)土壤基本呈酸性，拉當(dāng)喀村土壤pH值最大（為5.60），拉丁嘎村土壤pH值為5.53，拉嘎娘村土壤pH值為5.51。土壤養(yǎng)分方面，不同地區(qū)土壤SOM含量均值排序?yàn)槔?dāng)喀村（91.625 g/kg）＞拉嘎娘村（80.700 g/kg）＞拉丁嘎村（70.275 g/kg），土壤TN含量均值排序?yàn)槔履锎澹?.228 g/kg）＞拉當(dāng)喀村（0.224 g/kg）＞拉丁嘎村（0.197 g/kg），土壤TP含量均值排序?yàn)槔?dāng)喀村（0.802 5 g/kg）＞拉丁嘎村（0.737 5 g/kg）＞拉嘎娘村（0.705 0 g/kg），土壤TK含量均值排序?yàn)槔「麓澹?9.000 g/kg）＞拉嘎娘村（18.275 g/kg）＞拉當(dāng)喀村（17.375 g/kg），土壤AP含量均值排序?yàn)槔?dāng)喀村（3.85 mg/kg）＞拉丁嘎村（3.65 mg/kg）＞拉嘎娘村（3.05 mg/kg），土壤AK含量均值排序?yàn)槔?dāng)喀村（39.0 mg/kg）＞拉嘎娘村 （34.0 mg/kg）＞拉丁嘎村（28.5 mg/kg）。

圖1 林芝市不同連作區(qū)土壤養(yǎng)分含量比較

2.3 不同地區(qū)連作土壤養(yǎng)分化學(xué)計(jì)量比的異質(zhì)性

由表3可知，拉丁嘎村、拉當(dāng)喀村和拉嘎娘村的土壤C/N平均值依次為20.69、24.85、20.56，拉當(dāng)喀村連作土壤C/N平均值高于其他兩個(gè)地區(qū)。拉丁嘎村、拉當(dāng)喀村和拉嘎娘村的土壤C/P平均值分別為56.52、67.02、75.96，N/P平均值分別為2.75、2.77、3.87。

2.4 連作土壤養(yǎng)分含量及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量比的相關(guān)性

由表4可知，研究區(qū)連作方式下土壤SOM平均含量除與TK呈顯著負(fù)相關(guān)外，與其他養(yǎng)分含量均呈正相關(guān)，土壤TN同樣除與TP、AP和C/N呈負(fù)相關(guān)外，與其他養(yǎng)分含量均呈正相關(guān)；土壤TP除與TK、C/P和N/P呈負(fù)相關(guān)外，與其他養(yǎng)分含量均呈正相關(guān)；土壤TK除與C/P和N/P呈正相關(guān)外，與其他所有土壤養(yǎng)分含量均呈負(fù)相關(guān)；土壤AP除與C/N呈正相關(guān)外，與其他養(yǎng)分含量均呈負(fù)相關(guān)；土壤AK則除了與N/P呈負(fù)相關(guān)外，與其他所有土壤養(yǎng)分含量均呈正 相關(guān)。

3 討論

3.1 連作對(duì)土壤C、N、P生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征的影響

耕地土壤中C、N、P含量不僅會(huì)受到氣候、植被等自然成土因素影響，還會(huì)受土地利用方式、耕作、施肥等人類活動(dòng)的影響。在此研究中，采樣區(qū)土壤SOC含量較高，可能是高寒條件下土壤微生物對(duì)SOC礦化分解速率變慢，有效氮供應(yīng)量增加，促進(jìn)了SOC積累。土壤C/P是磷有效性高低或可獲得性大小的表征參數(shù)，值越小，土壤中磷的有效性越高；N/P不僅可以作為氮飽和的診斷指標(biāo)，還可以用于判斷土壤中的限制性養(yǎng)分。連作土壤C/P值較大，N/P值較小，表明磷素并非限制性養(yǎng)分，因而土壤有機(jī)碳可能成為連作中主要養(yǎng)分限制因子。

3.2 土壤C、N、P化學(xué)計(jì)量比的相關(guān)性

土壤養(yǎng)分元素之間是密切相關(guān)、相互耦合的。有研究顯示，土壤SOC含量與TN含量、TP含量極顯著正相關(guān)，C/P與C/N均具有相對(duì)穩(wěn)定性，但C/N穩(wěn)定程度更高。該研究中，土壤SOC含量與TN含量正相關(guān)，SOC含量與TP含量正相關(guān)，但相關(guān)系數(shù)較小，說(shuō)明磷的增加改變了SOC含量與TP含量間的相關(guān)性和穩(wěn)定性。在計(jì)量比方面，C/N、C/P、N/P、N/K與碳、氮、磷、鉀基本都有顯著的相關(guān)性，說(shuō)明養(yǎng)分間的比值不僅受其自身制約，同時(shí)還受到其他養(yǎng)分的影響。因而，土壤養(yǎng)分的變幅也是影響其化學(xué)計(jì)量比的一大因素。

表3 不同地區(qū)土壤養(yǎng)分化學(xué)計(jì)量比

表4 土壤養(yǎng)分含量及其化學(xué)計(jì)量比的相關(guān)性

4 結(jié)論

研究表明，土壤經(jīng)過(guò)連年耕作，有機(jī)質(zhì)補(bǔ)充不夠，有益微生物族群數(shù)量減少，土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)因耕作時(shí)高頻率機(jī)械重壓而遭到破壞。在連作土地利用方式下，3個(gè)連作區(qū)的土壤全氮含量呈現(xiàn)出一定的空間異質(zhì)性。土壤有機(jī)碳含量與土壤全氮含量之間呈極顯著正相關(guān)。3個(gè)連作區(qū)土壤C/N的大小為拉當(dāng)喀村＞拉丁嘎村＞拉嘎娘村，C/P、N/P的大小均為拉嘎娘村＞拉當(dāng)喀村＞拉丁嘎村。以上研究結(jié)果說(shuō)明，人類活動(dòng)是影響土壤C、N、P化學(xué)計(jì)量比的主要因素。

土地利用方式能夠直接影響土壤各養(yǎng)分含量的組成和分布。連作區(qū)不同的土壤養(yǎng)分含量的空間差異性，主要是由于種植作物的種類不同，進(jìn)而影響土壤養(yǎng)分含量，TN含量差別與不同農(nóng)作物對(duì)氮的分解和吸收種植方式有關(guān)。土壤中P具有表聚性，主要來(lái)源于人類施肥活動(dòng)。連作可能引起土壤磷、鉀累積及有機(jī)碳含量降低，使其生態(tài)化學(xué)計(jì)量比發(fā)生變化，從而可能影響土壤養(yǎng)分間的平衡供應(yīng)。采用連作種植制度可能會(huì)引發(fā)土壤鹽分及酸堿度失衡、土壤營(yíng)養(yǎng)元素缺失、病蟲(chóng)害暴發(fā)等。因此，在耕種時(shí)應(yīng)該盡量采取輪作種植方式。