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

doi:10.11686/cyxb2020146

Abstract

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

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.

Figures/Tables 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^**