林芝市耕地连作方式下土壤生态化学计量特征研究

白有志 杨 红 郭文文 郭建斌 邢 震

（西藏农牧学院，西藏 林芝 860000）

0 引言

连作是指一年内或连年在同一耕地上连续种植同种作物的种植方式。在一定条件下采用该方式种植，可充分利用气候、土壤等资源条件。生态化学计量学结合了生物学、化学、物理学等基本原理，包括了生态学和化学计量学等原理，考虑了热力学第一定律、生物进化的自然选择原理和分子生物学中心法则的理论。生态化学计量学能将分子、细胞、有机体、种群、生态系统和全球尺度等研究理论有机地统一起来。通过分析土壤的生态化学计量比，可以较为准确地判断土壤的肥力和健康程度。西藏自治区林芝市由于气候因素，大部分地区都采用连作方式进行耕种。但是，该耕作方式对当地土壤质量造成的影响还未见报道。基于此，笔者对林芝市巴宜区拉丁嘎村、拉当喀村、拉嘎娘村3个典型连作区的土壤养分状况及其化学计量学特征进行研究，以期给林芝市农业生产活动和土地资源合理利用提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 研究区域概况

林芝市位于北纬26°52′～30°40′，东经92°09′～98°47′，地处西藏自治区东南部，位于雅鲁藏布江北岸、尼洋河下游，被称为“西藏的江南”，是西藏自治区主要耕作区之一。因受印度洋季风的影响，当地夏无酷热，冬无严寒，雨量充沛，气候湿润，日照长，霜期短，年平均气温8.7 ℃，夏季最高温20 ℃左右，属于高原温带湿润半湿润季风气候。拉丁嘎村、拉当喀村、拉嘎娘村是林芝市巴宜区3个非常典型的连作区，常年种植青稞、小麦。

1.2 研究方法

1.2.1 样品采集。2021年9月，在野外勘察的基础上，在研究区选择3个连作区，样地基本情况见表1。每个区域内分别选择具有代表性的4个样地，按照《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295—2016）选择样点和采集土样，采样深度0～40 cm，每个样地采集5个土样，共计60个土样。将所有土样装入密封袋，带回实验室，待土样自然风干，去除石块、植物残体等非土物质，研磨后过2 mm和0.25 mm孔径筛，之后置于实验室自然风干，最后装袋封存，以供开展地质量地球化学评价。

1.2.2 指标测算。土壤pH值采用电极电位法测定，土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）、全钾（TK）含量分别采用重铬酸钾氧化-外加热法、半微量凯氏定氮法、酸溶-钼锑抗比色法和酸溶-火焰光度法测定，速效磷（AP）、速效钾（AK）含量分别采用碳酸氢钠法浸提-钼锑抗比色法和醋酸铵浸提-火焰光度计法测定。计算土壤C/N、C/P、N/P（质量比），其分别为SOC与TN、SOC与TP、TN与TP含量的比值。计算土壤有机质（SOM）含量：SOM含量＝有机碳含量×1.724。

1.2.3 数据处理与分析。数据分析采用Excel 2010和SPSS 22.0软件。运用单因素方差分析进行检验，采用Pearson双尾检验法对养分与化学计量比进行相关性分析。变异系数（）是衡量变量空间异质性的指标，是标准差与平均值的比值，＜0.1为弱变异性，0.1≤≤1.0为中等变异性，＞1.0为强变异性。

2 结果与分析

2.1 土壤养分含量特征

由表2可知，在连作土地利用方式下，土壤平均pH值为5.550，土壤呈酸性，土壤平均含水量为34.483% 。土壤养分中，有机质（SOM）含量平均值最高，达到了80.866 g/kg；其次为全钾含量 （18.216 g/kg）；全氮、全磷含量较低，分别为0.217 g/kg和0.748 g/kg；速效养分中，速效钾含量高于速效磷含量。与全国第二次土壤普查养分分级标准相比可知，林芝市巴宜区连作土壤养分含量总体处于中等水平。在土壤各组分差异性上，所有组分的变异系数范围均为0.01≤≤1.00，属于中等变异。在土壤化学计量特征方面，C/P最大，为66.506，N/P为3.134，C/N为中等水平22.038。土壤C/N、C/P、N/P的变异系数分别为0.214、0.357、0.468，均属于中等变异。

表1 样地基本概况

表2 土壤养分含量及其化学计量特征

2.2 不同地区连作土壤养分的异质性

由图1可知，不同采样区土壤养分含量差异较大。所有采样区土壤基本呈酸性，拉当喀村土壤pH值最大（为5.60），拉丁嘎村土壤pH值为5.53，拉嘎娘村土壤pH值为5.51。土壤养分方面，不同地区土壤SOM含量均值排序为拉当喀村（91.625 g/kg）＞拉嘎娘村（80.700 g/kg）＞拉丁嘎村（70.275 g/kg），土壤TN含量均值排序为拉嘎娘村（0.228 g/kg）＞拉当喀村（0.224 g/kg）＞拉丁嘎村（0.197 g/kg），土壤TP含量均值排序为拉当喀村（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含量均值排序为拉丁嘎村（19.000 g/kg）＞拉嘎娘村（18.275 g/kg）＞拉当喀村（17.375 g/kg），土壤AP含量均值排序为拉当喀村（3.85 mg/kg）＞拉丁嘎村（3.65 mg/kg）＞拉嘎娘村（3.05 mg/kg），土壤AK含量均值排序为拉当喀村（39.0 mg/kg）＞拉嘎娘村 （34.0 mg/kg）＞拉丁嘎村（28.5 mg/kg）。

图1 林芝市不同连作区土壤养分含量比较

2.3 不同地区连作土壤养分化学计量比的异质性

由表3可知，拉丁嘎村、拉当喀村和拉嘎娘村的土壤C/N平均值依次为20.69、24.85、20.56，拉当喀村连作土壤C/N平均值高于其他两个地区。拉丁嘎村、拉当喀村和拉嘎娘村的土壤C/P平均值分别为56.52、67.02、75.96，N/P平均值分别为2.75、2.77、3.87。

2.4 连作土壤养分含量及其生态化学计量比的相关性

由表4可知，研究区连作方式下土壤SOM平均含量除与TK呈显著负相关外，与其他养分含量均呈正相关，土壤TN同样除与TP、AP和C/N呈负相关外，与其他养分含量均呈正相关；土壤TP除与TK、C/P和N/P呈负相关外，与其他养分含量均呈正相关；土壤TK除与C/P和N/P呈正相关外，与其他所有土壤养分含量均呈负相关；土壤AP除与C/N呈正相关外，与其他养分含量均呈负相关；土壤AK则除了与N/P呈负相关外，与其他所有土壤养分含量均呈正 相关。

3 讨论

3.1 连作对土壤C、N、P生态化学计量特征的影响

耕地土壤中C、N、P含量不仅会受到气候、植被等自然成土因素影响，还会受土地利用方式、耕作、施肥等人类活动的影响。在此研究中，采样区土壤SOC含量较高，可能是高寒条件下土壤微生物对SOC矿化分解速率变慢，有效氮供应量增加，促进了SOC积累。土壤C/P是磷有效性高低或可获得性大小的表征参数，值越小，土壤中磷的有效性越高；N/P不仅可以作为氮饱和的诊断指标，还可以用于判断土壤中的限制性养分。连作土壤C/P值较大，N/P值较小，表明磷素并非限制性养分，因而土壤有机碳可能成为连作中主要养分限制因子。

3.2 土壤C、N、P化学计量比的相关性

土壤养分元素之间是密切相关、相互耦合的。有研究显示，土壤SOC含量与TN含量、TP含量极显著正相关，C/P与C/N均具有相对稳定性，但C/N稳定程度更高。该研究中，土壤SOC含量与TN含量正相关，SOC含量与TP含量正相关，但相关系数较小，说明磷的增加改变了SOC含量与TP含量间的相关性和稳定性。在计量比方面，C/N、C/P、N/P、N/K与碳、氮、磷、钾基本都有显著的相关性，说明养分间的比值不仅受其自身制约，同时还受到其他养分的影响。因而，土壤养分的变幅也是影响其化学计量比的一大因素。

表3 不同地区土壤养分化学计量比

表4 土壤养分含量及其化学计量比的相关性

4 结论

研究表明，土壤经过连年耕作，有机质补充不够，有益微生物族群数量减少，土壤的团粒结构因耕作时高频率机械重压而遭到破坏。在连作土地利用方式下，3个连作区的土壤全氮含量呈现出一定的空间异质性。土壤有机碳含量与土壤全氮含量之间呈极显著正相关。3个连作区土壤C/N的大小为拉当喀村＞拉丁嘎村＞拉嘎娘村，C/P、N/P的大小均为拉嘎娘村＞拉当喀村＞拉丁嘎村。以上研究结果说明，人类活动是影响土壤C、N、P化学计量比的主要因素。

土地利用方式能够直接影响土壤各养分含量的组成和分布。连作区不同的土壤养分含量的空间差异性，主要是由于种植作物的种类不同，进而影响土壤养分含量，TN含量差别与不同农作物对氮的分解和吸收种植方式有关。土壤中P具有表聚性，主要来源于人类施肥活动。连作可能引起土壤磷、钾累积及有机碳含量降低，使其生态化学计量比发生变化，从而可能影响土壤养分间的平衡供应。采用连作种植制度可能会引发土壤盐分及酸碱度失衡、土壤营养元素缺失、病虫害暴发等。因此，在耕种时应该尽量采取轮作种植方式。