西藏尼洋河中上游流域不同土地利用方式土壤养分含量差异分析

马和平，屈兴乐，王建科，宋小广

（1西藏农牧学院高原生态研究所，西藏林芝860000；2西藏农牧学院/西藏高原森林生态教育部重点实验室，西藏林芝860000；3西藏林芝高山森林生态系统国家野外科学观测研究站，西藏林芝860000）

0 引言

土壤养分含量是衡量土壤肥力的物质基础和重要指标，它是植物营养的主要来源和土壤肥力的物质基础，是土壤的基本属性和本质特征[1-2]。土壤中有机质和氮、磷、钾无机盐的含量是决定土壤肥力、农产品产量及品质的重要因素[3]。土壤养分含量受多种因素影响，空间变异是普遍存在且复杂的，因此，土壤养分空间分布特征对于指导科学施肥、精准农业和田间作物管理等具有重要意义[4]。

土地利用方式是人类农业活动的重要反映形式，直接影响土壤养分状况[5-6]。土地利用方式与土壤养分有着紧密的联系，它是影响土壤有机碳、全氮、全磷等养分含量变化的重要因素，土壤性质在不同土地利用方式下的分布不同[7]。因此，研究不同土地利用方式土壤养分特征，对保持植被生态稳定性，提高土壤养分有效利用，改善土壤质地和土壤可持续利用有重要意义。基于此，本研究以西藏尼洋河中上游流域为研究区域，对不同土地利用方式下的土壤全氮、碱解氮、全磷、全钾、速效磷和速效钾进行了测定，分析不同土地利用方式下的土壤养分含量特征，旨在为西藏尼洋河流域土壤养分管理、地力培育、土地优化利用以及合理施肥等提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 采样区域概况

本试验在林芝地区尼洋河中上游流域进行，地理位置介于92°45′—93°53′E、29°47′—29°54′N，该区平均海拔约3590 m，年平均温度为7～16℃，＞10℃年积温为2272℃，无霜期约为18天，年平均降水量约为600～800 mm。该区属高原温带季风半湿润半干旱气候，气候温暖，无霜期较长，热量较丰富，降水充沛，但全年雨量分配不均，干湿季明显，6—9月降水量占全年的80%以上，区域内土壤类型以砂壤为主[8]。

1.2 土壤样品采集

2020年6月20日在尼洋河中上游流域的百巴镇至松多乡之间，通过GPS定位并采样。确定样地的布局和8个采样点。采样点的分布包括了研究区主要的土地利用方式（草地、林地和耕地）。考虑到研究区土壤发育不完全、土层薄的特点，在每种土地利用方式布设多个采样点，每个采样点设置3个重复，采取0～10、10～20、20～30 cm土层取样，共取得216份土壤样品。将采集的土壤样品，运回实验室进行处理后用于测定土壤性质。同时，对各样点的土层厚度、土地利用方式、植被类型、坡度等信息进行了详细调查[9]。本研究中各采样点信息如表1所示。

表1 采样点基本情况

1.3 土壤理化性质测定

土壤养分参照鲁如坤方法测定[10]。土壤pH采用土水比1:5电位法测定，土壤有机质含量采用重铬酸钾-外加热法测定，全氮含量采用半微量凯氏定氮法测定，碱解氮含量采用碱解扩法测定，全磷、全钾采用硫酸-高氯酸酸熔-钼锑抗比色法测定，速效磷含量采用碳酸氢钠浸提-钼抗比色法测定，速效钾含量采用乙酸胺浸提-火焰光度法测定。

1.4 数据分析

利用Excel 2010和SPSS 20进行数据分析，采用单因素方差分析进行多重比较(P＜0.05)分析不同土地利用方式间的相关指标含量。

2 结果与分析

2.1 研究区土壤养分总体状况

西藏尼洋河中上游流域不同土地利用方式下0～30 cm土层深度的土壤养分含量如表2所示。从表2可以看出，就土壤有机质、全氮、碱解氮含量而言，林地最高，耕地最小。耕地的全磷和速效磷含量最高，林地的全磷和速效磷含量最低。草地的全钾和林地的全钾含量相差不大，但是要高于耕地的全钾含量。分析速效钾含量，林地含量最高，耕地含量最小。

从表2可以看出，土壤养分指标在3种土地利用方式下的变异系数、标准差和变幅分析，变异次序依次为速效钾＞速效磷＞全磷＞全氮＞全钾＞碱解氮＞有机质。在本研究区，土壤养分指标均为中等空间变异性，这与王雪梅等[9]的研究结果一致。

表2 3种土地利用方式下土壤养分统计特征值

2.2 土壤有机质含量

有机质是土壤肥力的基础。3种土地利用方式土壤有机质变化如图1所示。从图1可以看出，在同一土地利用方式下，林地＞草地＞耕地，且三者之间均表现出显著差异(P＜0.05)。不同土壤深度有机质分布表现出一定的表聚性，0～10 cm深度有机质含量明显高于其他土层有机质含量，且三者之间均表现出显著差异(P＜0.05)。

图1 不同土地利用类型土壤有机质含量

2.3 土壤全量养分含量

氮素是作物生长的重要营养元素之一，土壤氮素是在土壤肥力中起着相当重要的作用，而土壤全氮含量是衡量土壤氮素供应状况的重要指标[11-12]。不同土地利用方式土壤全氮含量变化如图2所示。从图2可以看出，在同一土地利用方式不同土壤深度，就耕地而言，土壤全氮含量在0～10 cm和20～30 cm之间差异不显著(P＞0.05)，而0～10 cm和20～30 cm与10～20 cm之间差异显著(P＜0.05)。就草地而言，土壤全氮含量在0～10 cm与10～20、0～10 cm与20～30 cm之间差异显著(P＜0.05)，而在10～20 cm与20～30 cm之间差异不显著(P＞0.05)。就林地而言，土壤全氮含量均在0～10、10～20 cm和20～30 cm之间差异显著(P＜0.05)。

图2 不同土地利用类型土壤全氮含量

对同一深度不同土地利用类型进行分析，0～10 cm土壤全氮含量，耕地与草地差异不显著(P＞0.05)，而它们与林地差异显著(P＜0.05)。在10～20 cm之间，草地与林地差异不显著(P＜0.05)，但是这两者与耕地差异显著(P＜0.05)。在20～30 cm之间，耕地、草地与林地均差异显著(P＜0.05)。总体分析，不同土地利用方式全氮含量差异明显，表现为林地＞草地＞耕地。

不同土地利用方式土壤全磷含量如图3所示。从图3可以看出，土壤全磷在同一土地利用方式不同土壤深度差异显著(P＜0.05)，且耕地的全磷含量显著高于草地和林地。在同一深度不同土地利用类型之间差异显著，即在0～10 cm和10～20 cm，草地与林地差异不显著(P＞0.05)，而耕地与草地和林地差异显著(P＜0.05)。在20～30 cm，耕地与草地差异不显著(P＞0.05)，而耕地和草地分布与林地则差异显著(P＜0.05)。

图3 不同土地利用类型土壤全磷含量

不同土地利用方式土壤全钾含量如图4所示。从图4可以看出，在同一土地利用方式不同深度，土壤全钾含量在0～10 cm与10～20 cm、0～10 cm与20～30 cm之间差异显著(P＜0.05)，而在10～20 cm与20～30 cm之间差异不显著(P＞0.05)。在同一土层深度，即在0～10、10～20 cm和20～30 cm，草地与林地土壤全钾含量差异不显著(P＞0.05)，而耕地与草地、耕地与林地的土壤全钾含量则差异显著(P＜0.05)。

图4 不同土地利用类型土壤全钾含量

2.4 土壤速效养分含量

由表2还可以看出，研究区3种土地利用方式下土壤中的碱解氮含量的平均值，林地最高，草地次之，耕地最小，且林地显著大于耕地和草地。这与余雅婧等[13]的研究结果一致。土壤速效磷含量平均值耕地(19.47 mg/kg)显著大于草地(5.73 mg/kg)和林地(5.19 mg/kg)，其中，草地和林地较为接近。就变异系数而言，林地(79.75)＞耕地(46.47)＞草地(40.14)，且草地和林地较为接近。土壤速效钾含量的平均值林地＞草地＞耕地，这与肖时珍等[1]的研究结果相反。他们研究认为土地利用方式的改变对2类基岩发育土壤的养分具有明显影响，由林地转为耕地后，石灰岩土壤的速效钾会增加。在本研究区域，林地转为耕地后，土壤的速效钾则会减少，这与当地群众的施肥习惯以及土壤质地相关。

3 结论

（1）西藏尼洋河中上游流域土壤有机质、全氮、碱解氮含量，林地＞草地＞耕地，林地土壤有机质含量最高，农田土壤有机质含量最低，且三者之间均表现出显著差异(P＜0.05)。耕地的全磷和速效磷含量最高，林地的全磷和速效磷含量最低，草地的全钾和林地的全钾含量相差不大，速效钾含量林地＞草地＞耕地。

（2）在不同土地利用方式下不同土壤深度，土壤全量养分和速效养分的分布均表现出一定的表聚性，0～10 cm深度土壤全量养分和速效养分的明显高于10～20 cm和20～30 cm，且三者之间表现出显著差异(P＜0.05)。研究区3种土地利用方式下土壤中的碱解氮含量的平均值林地＞草地＞耕地，土壤速效磷含量平均值耕地(19.47 mg/kg)显著大于草地(5.73 mg/kg)和林地(5.19 mg/kg)。

4 讨论

本研究选择与作物生长密切的土壤有机质、全氮、全钾、全磷、速效磷和速效钾作物评价指标，重点分析了同一土地利用方式不同深度和同一深度不同土地利用类型上述指标的变化特征。本研究表明，耕地土壤有机质均值为35.05 g/kg，全氮均值为2.09 g/kg，碱解氮均值为54.59 mg/kg，全磷均值为0.58 g/kg，全钾均值为17.99 g/kg，速效磷均值为19.47 mg/kg，速效钾均值为161.02 mg/kg。就草地而言，有机质均值为39.14 g/kg，全氮均值为2.34 g/kg，碱解氮均值为120.81 mg/kg，全磷均值为0.54 g/kg，全钾均值为29.71 g/kg，速效磷均值为5.73 mg/kg，速效钾均值为230.33 mg/kg。就林地而言，有机质均值为49.43 g/kg，全氮均值为2.49 g/kg，碱解氮均值为177.52 mg/kg，全磷均值为0.48 g/kg，全钾均值为29.04 g/kg，速效磷均值为5.19 mg/kg，速效钾均值为249.59 mg/kg。

从上述研究可知，本研究区无论是耕地、草地还是林地，土壤有机质含量与国内其他省份的相比较偏高。究其原因，尼洋河中上游流域平均海拔都在3150 m以上，甚至越往上游海拔越高，最高能达到5100 m。在这种高海拔区域，土壤温度长期偏低，过低的温度抑制了微生物的活性，地面上的凋落物很难在短时间内被微生物分解变成可供植物吸收利用的养分，因此，经过长期的积累，土壤中的有机质含量越来越高。而耕地受到人为的影响较草地和林地的大，土壤经常被翻耕，疏松的土壤中大量的植物残体容易被分解，因此土壤中的有机质含量相对其他2种土地利用方式的要偏小。林地的凋落物含量较耕地和草地的要多，长期的积累使得林地土壤中的有机质含量更高，这与马和平等[14]的研究结果一致。另外一个原因是本研究区域属于半农半牧区，饲养着大量的牛、羊和藏猪，每年他们都会把大量的牲畜排泄物施到耕地中，在低温条件下，这些粪便很难在短时间内降解，这从另一个方面增加了土壤的有机质含量。

植物必需的营养元素主要从土壤中获取。土地利用方式的不同，植被类型及人为干扰（如耕种管理）的强度也不同，直接影响土壤养分的输入与输出，进而导致全量及有效态养分含量在不同的土壤深度上分布的差异[15]。在本研究中，林地土壤中的全氮、碱解氮、全钾和速效钾含量显著高于耕地和草地（主要是放牧），即林地的土壤养分含量最高。考虑到本研究区域土壤发育不完全，土层较薄，故本研究土壤样品取样深度仅为0～30 cm，由于取样土层较浅，所以从不同土层深度养分含量的影响来看有一定的局限性。一般来说，耕作熟化程度越高的农田，其土壤养分含量也较为丰富，但随着耕作年限的增加和复种指数的提高，偏施氮肥和磷肥促进农作物产量上升的同时也加剧了对土壤钾素的消耗，导致土壤钾素含量普遍偏低[16]。但在本研究区域，土壤中的速效钾含量则较丰富，分析其原因，可能速效钾的变异受到非人为自然性因素（地形、气候、母质等）的影响[17]。并且可能与本地区农业耕作方式相关，当地的群众对于耕种农作物都是很粗放的，加之农田在耕种时主要施大量的农家肥，钾肥的施用量较小，速效钾含量的分布规律受到人为因素影响相对小。