黄土丘陵区不同土地类型下土壤养分特征—基于生态化学计量学

doi:10.11686/cyxb2020146

草业学报 ›› 2021, Vol. 30 ›› Issue (3): 200-207.DOI: 10.11686/cyxb2020146

黄土丘陵区不同土地类型下土壤养分特征—基于生态化学计量学

刘帅楠¹(), 李广¹(), 吴江琪¹, 马维伟¹, 杨传杰¹, 张世康², 姚瑶³, 陆燕花¹, 魏星星¹, 张娟¹

^1.甘肃农业大学林学院，甘肃兰州 730070
^2.甘肃农业大学农学院，甘肃兰州 730070
^3.甘肃农业大学信息科学技术学院，甘肃兰州 730070

收稿日期:2020-03-30 修回日期:2020-05-18 出版日期:2021-03-20 发布日期:2021-03-09
通讯作者: 李广
作者简介:Corresponding author. E-mail: lig@gsau.edu.cn
刘帅楠(1997-)，男，河北邯郸人，在读硕士。E-mail: 2298243583@qq.com
基金资助:
甘肃省重点研发计划(18YF1NA070);甘肃省高等学校协同创新团队项目(2018C-16);甘肃省财政专项(SSCZZ- 20160909)

Characteristics of soil nutrients under different land types in the loess hill region based on ecological chemometrics

Shuai-nan LIU¹(), Guang LI¹(), Jiang-qi WU¹, Wei-wei MA¹, Chuan-jie YANG¹, Shi-kang ZHANG², Yao YAO³, Yan-hua LU¹, Xing-xing WEI¹, Juan ZHANG¹

^1.College of Forestry，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070，China
^2.College of Agriculture，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070，China
^3.College of Information Science and Technology，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070，China

Received:2020-03-30 Revised:2020-05-18 Online:2021-03-20 Published:2021-03-09
Contact: Guang LI

摘要/Abstract

摘要：

为探讨黄土丘陵区不同土地类型下土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）含量特征，本研究以黄土丘陵区典型小麦地、云杉林地、苜蓿地为对象，基于实测数据，采用方差、相关统计分析，研究不同土地类型、不同土层深度（0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm、40~60 cm、60~80 cm、80~100 cm）土壤SOC、TN、TP含量及其化学计量比。结果表明：3种不同土地类型土壤SOC、TN和TP含量均随土层深度增加而降低，其平均含量分别为12.19、0.33和0.48 g·kg^-1，小麦地和苜蓿地土壤SOC、TN和TP空间变异性较云杉林地偏大。SOC、TN含量为云杉林地>小麦地>苜蓿地，TP含量为云杉林地>苜蓿地>小麦地。土壤SOC、TN和TP间均存在显著正相关关系。小麦地C/P显著（P<0.05）高出苜蓿地41.96%，N/P显著高出云杉林地、苜蓿地28.57%、36.19%。3种不同土地类型土壤化学计量比（C/N、C/P、N/P）均值分别为：39.61、31.53、0.83，且其C/N大于中国平均值（12.3），C/P、N/P较全国平均值（61.0、5.2）明显偏小，黄土丘陵区C/N较稳定。土地类型对土壤C、N、P含量及其化学计量比存在不同程度的影响，合理调整土地利用结构有助于土壤养分的存留，有利于土壤生态的恢复。

关键词: 黄土丘陵区, 土壤化学计量特征, 土壤碳氮磷, 土地类型

Abstract:

This research aimed to explore the characteristics of soil organic carbon （SOC）， total nitrogen （TN）， and total phosphorus （TP） under different land types in the loess hill region. Sites classed as typical wheat land， spruce woodland， and alfalfa land in the loess hill region were identified and SOC， TN， and TP levels and their stoichiometric ratio for the different land types and soil depths （0-10 cm， 10-20 cm， 20-40 cm， 40-60 cm， 60-80 cm， 80-100 cm） were evaluated. Based on the measured data， variance and relevant statistical analysis were conducted. It was found that SOC， TN， and TP concentrations in all three land types decreased with increasing soil depth， and their average contents were 12.19， 0.33， and 0.48 g·kg^-1， respectively. The spatial variability of SOC， TN， and TP at wheat and alfalfa land sites was larger than that in spruce forest. The ranking for SOC and TN was spruce woodland>wheat field>alfalfa field， and the TP concentration ranked spruce woodland>alfalfa field>wheat field. A significant positive correlation was found between SOC， TN， and TP. The wheat field C∶P ratio was higher than that of the alfalfa field by 41.96% （P<0.05）， while the N∶P ratio of wheat land was significantly higher than that of spruce woodland and alfalfa fields by 28.57% and 36.19%， respectively. Averaged over the three different land types， the values of the soil stoichiometric ratios （C∶N， C∶P， and N∶P） were 39.61， 31.53， and 0.83， respectively. The value for C∶N is greater than the average for greater China （12.3）， while values for C∶P and N∶P are significantly smaller than the national average （61.0， 5.2， respectively）. The C∶N value in the loess hill region is relatively stable. Land use types have distinctive C， N， and P content signatures and stoichiometric ratios. Appropriate adjustment of land use structure is conducive to the retention of soil nutrients and can potentially improve soil ecological status.

Key words: loess hilly region, soil stoichiometric characteristics, soil carbon nitrogen and phosphorus, land type

刘帅楠, 李广, 吴江琪, 马维伟, 杨传杰, 张世康, 姚瑶, 陆燕花, 魏星星, 张娟. 黄土丘陵区不同土地类型下土壤养分特征—基于生态化学计量学[J]. 草业学报, 2021, 30(3): 200-207.

Shuai-nan LIU, Guang LI, Jiang-qi WU, Wei-wei MA, Chuan-jie YANG, Shi-kang ZHANG, Yao YAO, Yan-hua LU, Xing-xing WEI, Juan ZHANG. Characteristics of soil nutrients under different land types in the loess hill region based on ecological chemometrics[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2021, 30(3): 200-207.

图/表 4

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指标 Index	小麦地Wheat field			云杉林地Spruce woodland			苜蓿地Alfalfa field
指标 Index	标准差SD	均值Mean （g·kg^-1）	CV （%）	标准差SD	均值Mean （g·kg^-1）	CV （%）	标准差SD	均值Mean （g·kg^-1）	CV （%）
SOC	5.96	12.00AB	49.68	5.32	14.19A	37.46	4.18	10.39B	40.25
TN	0.14	0.32AB	44.60	0.14	0.37A	36.73	0.14	0.30B	47.61
TP	0.19	0.41B	45.37	0.16	0.52A	31.35	0.21	0.51A	41.70
C/N	25.16	40.72AB	61.81	21.76	42.23A	51.53	16.89	35.90B	47.05
C/P	38.13	40.85A	93.34	15.83	30.04AB	52.70	13.69	23.71B	57.76
N/P	0.83	1.05A	78.78	0.24	0.75B	32.17	0.45	0.67B	66.99

指标 Index	小麦地Wheat field			云杉林地Spruce woodland			苜蓿地Alfalfa field
指标 Index	标准差SD	均值Mean （g·kg^-1）	CV （%）	标准差SD	均值Mean （g·kg^-1）	CV （%）	标准差SD	均值Mean （g·kg^-1）	CV （%）
SOC	5.96	12.00AB	49.68	5.32	14.19A	37.46	4.18	10.39B	40.25
TN	0.14	0.32AB	44.60	0.14	0.37A	36.73	0.14	0.30B	47.61
TP	0.19	0.41B	45.37	0.16	0.52A	31.35	0.21	0.51A	41.70
C/N	25.16	40.72AB	61.81	21.76	42.23A	51.53	16.89	35.90B	47.05
C/P	38.13	40.85A	93.34	15.83	30.04AB	52.70	13.69	23.71B	57.76
N/P	0.83	1.05A	78.78	0.24	0.75B	32.17	0.45	0.67B	66.99

土地类型Land types	土层Soil depth (cm)	C/N	C/P	N/P
小麦地Wheat field	0~10	34.32±7.18Aa	26.48±8.73Aa	0.85±0.27Aa
	10~20	45.62±12.2Aa	34.17±7.64Aa	0.89±0.24Aa
	20~40	37.53±16.74Aa	49.32±28.77Aa	1.27±0.55Aa
	40~60	48.02±13.40Aa	43.88±17.31Aa	1.03±0.32Aa
	60~80	48.14±8.62Aa	52.53±14.99Aa	1.31±0.43Aa
	80~100	29.35±12.24Aa	40.95±21.23Aa	0.96±0.28Aa
云杉林地Spruce woodland	0~10	38.94±7.42Aa	24.00±3.18Aa	0.66±0.07Aa
	10~20	35.88±8.96Aa	22.78±6.18Aa	0.80±0.03Aa
	20~40	38.12±8.70Aa	25.18±4.49Aa	0.76±0.13Aa
	40~60	28.31±9.01Aa	30.63±6.89Aa	0.85±0.19Aa
	60~80	54.10±11.06Aa	34.66±6.34Aa	0.73±0.09Aa
	80~100	53.26±10.58Aa	42.17±11.82Aa	0.75±0.07Aa
苜蓿地Alfalfa field	0~10	27.03±3.76Aa	17.22±3.15Aa	0.65±0.11Aa
	10~20	34.91±5.64Aa	20.86±3.09Aa	0.61±0.05Aa
	20~40	41.31±7.52Aa	24.25±5.38Aa	0.63±0.29Aa
	40~60	35.89±9.29Aa	30.84±8.92Aa	0.92±0.30Aa
	60~80	32.04±5.49Aa	21.29±4.18Aa	0.66±0.02Aa
	80~100	46.20±13.82Aa	27.88±9.01Aa	0.43±0.21Aa

土地类型Land types	土层Soil depth (cm)	C/N	C/P	N/P
小麦地Wheat field	0~10	34.32±7.18Aa	26.48±8.73Aa	0.85±0.27Aa
	10~20	45.62±12.2Aa	34.17±7.64Aa	0.89±0.24Aa
	20~40	37.53±16.74Aa	49.32±28.77Aa	1.27±0.55Aa
	40~60	48.02±13.40Aa	43.88±17.31Aa	1.03±0.32Aa
	60~80	48.14±8.62Aa	52.53±14.99Aa	1.31±0.43Aa
	80~100	29.35±12.24Aa	40.95±21.23Aa	0.96±0.28Aa
云杉林地Spruce woodland	0~10	38.94±7.42Aa	24.00±3.18Aa	0.66±0.07Aa
	10~20	35.88±8.96Aa	22.78±6.18Aa	0.80±0.03Aa
	20~40	38.12±8.70Aa	25.18±4.49Aa	0.76±0.13Aa
	40~60	28.31±9.01Aa	30.63±6.89Aa	0.85±0.19Aa
	60~80	54.10±11.06Aa	34.66±6.34Aa	0.73±0.09Aa
	80~100	53.26±10.58Aa	42.17±11.82Aa	0.75±0.07Aa
苜蓿地Alfalfa field	0~10	27.03±3.76Aa	17.22±3.15Aa	0.65±0.11Aa
	10~20	34.91±5.64Aa	20.86±3.09Aa	0.61±0.05Aa
	20~40	41.31±7.52Aa	24.25±5.38Aa	0.63±0.29Aa
	40~60	35.89±9.29Aa	30.84±8.92Aa	0.92±0.30Aa
	60~80	32.04±5.49Aa	21.29±4.18Aa	0.66±0.02Aa
	80~100	46.20±13.82Aa	27.88±9.01Aa	0.43±0.21Aa

项目Items	TN	TP	C/N	C/P	N/P
SOC	0.766^**	0.552^*	0.161	-0.051	0.094
TN		0.883^**	-0.334	-0.412	-0.022
TP			-0.433	-0.733^**	-0.397
C/N				0.493^*	0.082
C/P					0.813^**

黄土丘陵区不同土地类型下土壤养分特征—基于生态化学计量学

Characteristics of soil nutrients under different land types in the loess hill region based on ecological chemometrics

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