西藏隆孜5种作物耕地土壤养分含量特征

梁坤伦，周志宇，刘 蕾 ，王明艳，徐海瑛

(1.黄河科技学院，河南 郑州 450063； 2.草地农业生态系统国家重点实验室 兰州大学草地农业科技学院，甘肃 兰州 730020)



西藏隆孜5种作物耕地土壤养分含量特征

梁坤伦1，周志宇2，刘 蕾1，王明艳1，徐海瑛1

(1.黄河科技学院，河南 郑州 450063； 2.草地农业生态系统国家重点实验室 兰州大学草地农业科技学院，甘肃 兰州 730020)

摘要：选取西藏隆孜县青稞(Avena nuda)地、马铃薯(Solanum tuberosum)地、紫花苜蓿(Medicago sativa)地、黄花苜蓿(Medicago falcata)地、油菜(Brassica campestris)、豌豆(Pisum sativum)混播地5种常见农作物样地，研究其土壤各种形态氮素、磷、有机质含量以及土壤pH的变化。结果表明,1)隆孜不同作物耕地土壤养分含量存在差异，马铃薯地有机质与全氮含量显著高于其它样地(P<0.05)；所有样地有机质平均含量为2.59%，全氮平均含量为0.18%，整体而言土壤肥力中等偏高。2)5种样地铵态氮含量变化较小，而硝态氮含量则呈强变异性，黄花苜蓿地硝态氮含量最高。3)土壤有机质C/N很低，有助于土壤有机氮的矿化。4)所有样地平均磷含量为0.13%，含量较丰富;而两种苜蓿地磷含量相对较低。5)所有样地pH平均变化范围是8.12～8.48，均呈微碱性;青稞地pH最高，不同作物对土壤pH的影响不同。6)土壤不同养分性状之间存在较为复杂的相关性、有机质与全氮和全磷、铵态氮与硝态氮之间均呈极显著的正相关(P<0.01),土壤全氮与铵态氮和硝态氮则均无相关性,而土壤pH与硝态氮之间为极显著的负相关。

关键词：西藏；作物；耕地；土壤养分

土壤不仅仅是生态系统进行物质和能量代谢的重要场所，也是植物生长繁育和作物生产必需的物质基础，是地球上最珍贵的自然资源[1-2]。土壤肥力是土壤基本性质的综合表现，不仅影响着土壤生产力水平的高低，更是衡量土壤质量好坏的重要指标[3-4]。西方土壤学家对土壤肥力的传统认识就是土壤供应养分的能力[2];前苏联土壤学家认为土壤肥力是土壤在植物生活的全过程中，不断地将最大数量的有效养分和水分供给给植物的能力[1]。而我国土壤科研工作者认为肥力是土壤从营养条件和环境条件方面，持续供应和不断协调植物生长发育的能力，也是土壤化学、物理和生物特征性质的综合表现[1]，此处的营养条件指养分和水分。由此可知，土壤养分的含量特征以及分布变化对于土壤肥力有着决定性的影响。不同作物类型、不同耕作方式对土壤养分循环的影响不同，因此，研究土壤不同养分变化及其之间的关系，对于深入了解不同类型土壤肥力、营养元素分布特征及循环机制具有重要的意义[5-7]。

土壤是地球陆地生态系统的基础，是生态系统健康的重要指标[8]，在保持生物多样性、调节水体以及降解过滤污染物等方面起着极为重要的作用。由于西藏独特的地形条件与气候特征，人们对于西藏土壤，尤其是耕地土壤养分含量的研究还少见报道。本研究以西藏隆孜县几种常见农作物耕地类型为研究对象，通过对耕地土壤各种形态氮素、全磷、有机质含量以及土壤pH的变化差异进行比较研究，从而揭示不同作物耕地类型土壤营养元素的分布状况以及变化规律，为全面深入科学地了解西藏隆孜县耕地土壤养分的含量特征以及对其土地生态系统健康状况的客观评价提供理论依据，同时为丰富土壤学和植物营养学的理论提供基础性试验资料。

1材料与方法

1.1研究区概况

研究区位于西藏山南地区隆孜县。山南地区位于90°04′-94°21′ E，26°51′-29°47′ N。地处青藏高原冈底斯山-念青唐古拉山脉以南的雅鲁藏布江中下游，北接西藏首府拉萨市，西与日喀则地区毗邻，东与林芝地区相连，南与印度、不丹两国接壤。全区面积为7.35万 km2，属于典型的藏南谷地，平均海拔为3 700 m左右。山南地区属温带干旱性气候，年均降水量不到450 mm，雨季大多集中在6月-9月，年蒸发量2 356.2 mm，大约是年均降水量的6倍。全年日照时间2 600～3 300 h，年平均气温最高为8.8 ℃，最低为 6 ℃；日最高气温为31 ℃，最低气温低至-37 ℃。山南地区最大风速达17 m·s-1，年均风速为3 m·s-1，风期主要集中在12月至次年3月[9]。

1.2土壤样品的采集和理化分析

1.2.1土样采集试验区为一家农户耕地，地形较平坦，面积3.5 km×1.8 km，海拔3 580 m，选取以该地区常见农作物为主的5块样地，分别为青稞(Avenanuda)地、马铃薯(Solanumtuberosum)地、紫花苜蓿(Medicagosativa)地、黄花苜蓿(Medicagofalcata)地、油菜(Brassicacampestris)+豌豆(Pisumsativum)混播地。在2010年前，5块样地均为黄花苜蓿地，2010年6月开垦后施以牦牛、黄牛厩肥和粪肥，种植上述6种植物。试验区分东、西两侧，两侧相距2.1 km。青稞、马铃薯与油菜+豌豆混播3块地相邻，未倒茬耕作，在试验区东侧。紫花苜蓿和黄花苜蓿为两年生牧草，2011年刈割1次，位于试验区西侧。于2012年8月10日-9月1日在每个样地内以五点采样法进行土壤样品的采集，拣去其中的植物残体、杂质、根系、石块等。每个样点均取0-20 cm的表层土壤，将采集的土壤样品带回实验室。

1.2.2土样理化分析将试验区带回的土壤样品均匀铺开，放置于干燥阴凉通风的室内，使其自然风干，经常翻动，并注意防止被污染。待土壤完全风干后，过0.5 mm孔径的筛子后装袋封存,待用[10-12]。

土壤不同元素测定方法：土壤全氮含量采用凯氏定氮法；土壤铵态氮和硝态氮用2 mol·L-1KCl浸提，用FIAstar 5000全自动流动注射仪(瑞典FOSS公司生产)进行测定；有机碳采用重铬酸钾氧化-外加热法进行测定；全磷采用HNO3-HF微波消解，钼锑抗比色法进行测定；土壤pH值采用电位法(土水比1∶5)进行测定[13]。

1.3数据处理

采用SPSS 15.0软件对试验数据进行处理分析，对不同作物样地各养分含量进行差异性统计分析，并对各养分之间作相关性分析；用Excel 2003作图。

2结果与分析

2.1隆孜土壤养分含量特征

2.1.1隆孜耕地土壤养分总体特征根据全国第二次土壤普查的土壤养分含量分级标准[14]，隆孜地区不同作物类型耕地土壤有机质含量相对较高，为1.59%～4.39%，三级，平均含量为2.59%(表1)。全氮含量较高，为0.14%～0.26%，三级，平均含量为0.18%。铵态氮和硝态氮含量也较为丰富，平均含量分别是12.03和7.29 mg·kg-1。土壤全磷含量较高，为0.07%～0.21%，平均含量为0.13%。

统计数据可以看出，隆孜土壤养分含量整体变异系数较大，其中硝态氮变异系数最大，达1.32；其次为有机质和铵态氮，pH变异系数最小，仅为0.02。平均值表示样品中心趋向分布的一种测度，变异系数的大小则表示研究资料单位均值上的离散程度，进而反映了土壤特性参数的空间变异程度的大小。一般认为，CV<0.1时为弱变异性，0.1≤CV≤1.0时为中等变异性，CV>1.0时为强变异性。由此可见，土壤硝态氮含量为强变异性，pH则呈弱变异性，有机质、全氮、铵态氮、全磷含量均为中等变异强度，从而说明该地区土壤性状不均一的特征。

2.1.2不同作物类型耕地土壤养分特征马铃薯样地土壤养分含量最高，其中有机质含量为3.90%，全氮含量高达0.24%，已属于二级土壤，显著高于其它样地类型(P<0.05)(表2)。黄花苜蓿地土壤养分含量仅次于马铃薯样地，土壤肥力也较高。而紫花苜蓿地土壤养分含量最低，尤其是有机质含量，仅为1.92%，显著低于其它样地类型。

2.2隆孜各作物样地不同养分含量特征

2.2.1不同作物样地土壤有机质含量特征有机质是土壤固相的重要组成部分，也是土壤中最活跃的部分，有机质含量的高低是土壤肥力水平的一项重要指标[15]。马铃薯地有机质含量最高，为3.90%，显著高于其它样地的(P<0.05)；而油菜+豌豆混播地和紫花苜蓿地有机质含量均较低，显著低于除青稞地外的其余样地。各样地有机质含量大小依次为马铃薯地>黄花苜蓿地>青稞地>油菜+豌豆混播地>紫花苜蓿地。依据土壤有机质含量分析标准[16]，各不同作物样地有机质含量虽有差异，但整体而言，表现为中等或者丰富。

表1　隆孜地区耕地土壤养分统计特征

表2　隆孜不同样地土壤养分含量的分布特征

注：同列不同小写字母表示不同混播样地间各土壤养分含量差异显著(P<0.05)。

Note: Different lower case letters within the same column indicate significantly different among different cultivated plots of soil nutrients at 0.05 level.

2.2.2不同作物样地土壤全氮含量特征氮素是构成一切生命体的重要元素，是限制农业生态系统生产的重要因素。因此，在作物生产中，作物对氮的需求量较大，土壤供氮不足是引起农产品质量下降和品质降低的重要限制因子。土壤全氮含量是衡量氮素供应状况的重要指标。隆孜几种作物样地中(表2)，马铃薯地全氮含量最丰富，为0.24%，显著高于其它样地(P<0.05)；5种样地全氮平均含量为0.18%，氮含量处于中等偏丰富水平[16]。

2.2.3不同作物样地土壤无机氮含量特征 土壤无机氮主要为铵态氮(NH4+)和硝态氮(NO3-)，是植物能直接吸收利用的生物有效氮。马铃薯地和黄花苜蓿地铵态氮与硝态氮含量均较高(表2)；紫花苜蓿地铵态氮含量最低，硝态氮含量处于中等水平；青稞地铵态氮含量较高，而硝态氮含量则远低于其它样地，但差异不显著(P>0.05)。几种样地铵态氮含量变化较小，硝态氮含量则变化幅度很大，变异系数高达1.32。

2.2.4不同作物样地土壤全磷含量特征磷是植物生长发育必需的大量营养元素之一，磷可以通过多种方式进入植物体内，参与多种生物化学过程，从而促进植物的生长、发育和繁殖[17]。在土壤形成的过程中，特别是灌木植被对土壤磷有明显的富集作用[18]。由于磷的利用率较低，土壤一般都表现出“遗传性缺磷”[18]。5种样地中，马铃薯样地全磷含量最高，为0.16%；而两种苜蓿样地磷含量相对较低；所有样地平均磷含量为0.13%，含量表现为较丰富[17]。

2.2.5不同作物样地土壤pH的差异隆孜5种作物样地土壤pH平均变化范围是8.12～8.48，均呈现微碱性(图1)。青稞地pH最高，显著高于马铃薯地和黄花苜蓿地(P<0.05)；其大小顺序为青稞地>油菜+豌豆混播地>紫花苜蓿地>马铃薯地>黄花苜蓿地。这说明不同类型作物对土壤pH的影响变化不同。而且常年种植青稞更易引起土壤碱化。

2.3土壤不同养分相关关系

对不同养分之间进行相关性分析，有利于进一步了解它们之间相互影响、相互作用的情况。许多研究表明，土壤有机质与全氮之间存在密切关系。一个地区土壤有机质含量高，那么该区氮素含量也可能较高[3,15]，本研究结果也证实了该观点(表3)。土壤有机质与全氮之间的相关性最为密切，达到极显著正相关(r=0.909，n=25，P<0.01)。铵态氮与硝态氮之间也呈极显著正相关关系(r=0.509，n=25，P<0.01)；全磷与有机质、全氮之间也均呈极显著正相关关系(r=0.691，r=0.481，n=25；r=0.481，n=25)。而土壤pH则与有机质、全氮、铵态氮、硝态氮和全磷呈负相(P>0.05)关，与硝态氮更是达到极显著负相关(r=-0.590，n=25,P<0.01)。

图1　不同样地类型土壤pH变化

指标Item有机质Organicmatter全氮TotalN铵态氮Ammonium硝态氮Nitrate全磷TotalPpH有机质Organicmatter1.000全氮TotalN0.909**1.000铵态氮Ammonium0.4020.3971.000硝态氮Nitrate0.1800.1890.534**1.000全磷TotalP0.691**0.481**0.3610.1461.000pH-0.386-0.387-0.250-0.590**-0.2761.000

注：**二者相关性极显著(P<0.01)，*二者相关性显著(P<0.05)。

Note:** means that correlation is extremely significant at 0.01 level，* means that correlation is significant at 0.05 level.

3讨论

农业的持续发展需要长久地维持和提高土壤的生产力、保持和提高土壤肥力[19]。土壤养分是土壤肥力的基本属性和本质特征，是土壤从营养条件和环境条件方面供应和协调作物生长的能力，是土壤各方面特征的综合反映[20]。耕作土壤的养分含量直接影响着土壤质量，进而对农作物的产量产生决定性的作用。土壤养分作为农田生态系统生产力的主导因素，其含量变化特征是评价可持续农业的可量化的重要指标，也是科学施肥的依据。近年来，有关农田土壤的性质、养分平衡、养分变化、施肥现状及评价的研究已成为国内外养分资源综合管理的热点问题，并得到了许多生态学研究者的关注[21-25]。本研究表明，隆孜耕地土壤养分含量尤其是有机质与全氮含量中等偏丰，土壤肥力较高。

土壤中有机质含量的高低，通常是评价土壤肥力的主要指标，是土壤形成过程中最活跃的因素。土壤有机质含量的高低受光照、大气、水、温度、微生物等多种因素的影响，耕作与施肥是直接影响因素。土壤有机质不仅含有植物需要的多种养分，也是矿质元素，特别是氮素的重要来源。隆孜耕地有机质平均含量为2.59%，含量较高，这与隆孜地区很少施用化肥而较多使用厩肥、粪肥等有机肥有很大关系；而且隆孜地区普遍采用的免耕技术，可以有效地抑制土壤的过度通气，减少有机质的氧化降解，对提高土壤有机质含量也有积极的作用。马铃薯地有机质含量高达3.9%，非常适合马铃薯的高产；而紫花苜蓿地有机质含量偏低，应该因地制宜，适当增加有机肥的施用量，以提高土壤有机质含量，供作物吸收利用。此外，实行牧草与农作物轮作可显著提高土壤有机质的含量[26]，同时又能增大牧草产量，应该选择有条件的地块进行实施和推广。

氮素是限制作物生产力的重要影响因素，也是旱地土壤最为缺乏的营养元素之一[27]。土壤中氮素的丰缺及供给状况直接影响着土壤质量及农作物的生长[28]。土壤全氮包括所有形式的有机氮素和无机氮素，是供应作物生长发育所需有效氮素的源和库，其含量高低综合反映了该土壤的质量，也是衡量该地区土壤氮素供应状况的重要指标。隆孜地区耕地土壤全氮含量较高，这与隆孜较高的有机质含量有很大关系。苜蓿地全氮含量均较高，主要是因为土壤根瘤菌的固氮作用。本研究中隆孜土壤C∶N平均为8∶1，非常有利于土壤有机氮的矿化，可以供给作物较充足的可以直接吸收利用的无机氮。铵态氮是还原态的氮，硝态氮是氧化态的氮，它们所带电荷不同，因此在营养上的特点也不同[29]。各作物样地铵态氮含量差别不大，而硝态氮含量则差异很大。黄花苜蓿地硝态氮含量最高，可能原因是黄花苜蓿地偏碱性的土壤中硝化细菌与亚硝化细菌丰富，硝化作用强烈，从而使得大量的铵态氮转化为硝态氮。此外，隆孜地区较干旱的气候条件也可避免硝态氮的淋洗损失。

施肥虽然是作物高产非常直接有效的措施，但作物吸收磷素的主要来源仍然是来自土壤[30]。土壤磷素存在形态多样，近年来国内外学者研究土壤磷含量变化、平衡、转移、形态转化及其有效性等方面的研究较多[31-36]。许多磷高效植物如紫穗槐(Amorphafruticosa)，在长期的进化过程中形成了一系列活化根际土壤磷的机理。西藏隆孜耕地平均磷含量为0.13%，含量较丰富。但由于磷在土壤中易被固定，扩散系数和利用率低，全磷中只有很少一部分可转化为有效磷，才能被作物直接吸收利用，因此，全磷含量并不能作为土壤磷素供应的指标，提高土壤全磷的有效性对于作物至关重要。而在全磷的转化过程中，土壤有机质和土壤微生物起着关键作用。综上分析可知，隆孜耕地土壤有效磷供应较丰富，一方面主要是由于隆孜耕地主要施用有机肥，而有机肥对提高土壤磷素含量有重要影响。有机肥本身含有大量的微生物及较高含量的磷素，从而促进磷在土壤中的活性和有效性，易于分解释放；而且有机肥施入土壤后可大大增加土壤的有机质含量，从而减少无机磷的固定，促进无机磷的溶解。另一方面隆孜土壤的微碱性也可减少磷的固定作用，在一定程度上提高了土壤有效磷含量。

土壤酸碱性是土壤的重要化学性质，对土壤微生物的活性，矿质元素固定、吸收和迁移，有机质分解起着重要作用，因而直接影响着土壤肥力及植物生产力。不同植物对土壤pH的影响不同，农作物对土壤酸碱性的要求是长期自然选择的结果。大多数植物适宜生长在中性至微碱性土壤上。一般认为，吸收阴阳离子不平衡是引起土壤pH变化的主要原因[37]。隆孜耕地土壤均呈现微碱性，主要可能是受气候因素的影响。隆孜地处青藏高原，年降水量远小于蒸发量，蒸降比一般比较高，而降水季节分布差异大，土壤具有明显的季节性积盐和脱盐频繁交替的特点，是该地区土壤碱化的重要原因。

土壤有机质主要来源于植物残体及分泌物、有机肥料以及作物根茬等，而氮素则主要来源于有机质的矿化，二者具有密切的联系，本研究表明，土壤有机质与全氮含量之间存在着极显著的相关性。土壤有机氮经过矿化作用释放的氨在土壤中转化为铵离子(NH4+)，而最终大部分的铵离子经过硝化作用转化为硝态氮被植物吸收利用，这也说明了二者之间的极高相关性。土壤中的硝酸盐(NO3-)在嫌氧条件下会发生反硝化作用而造成氮素的损失，而很多研究表明，反硝化作用的最适pH为7.0～8.2的微碱性土壤[1]。因此，在隆孜土壤的微碱性条件下，硝态氮与pH之间呈现出极显著负相关。尽管pH与有机质存在负相关关系(表3)，但在化学机理上，两者并不是因果关系。有机质与土壤pH的关系比较复杂，在较高pH的碱性环境下，有机质能分解释放出适量有机酸，从而降低pH；在pH较低的酸度环境下，土壤有机质有提高酸碱度的作用[38]。

4结论

隆孜地区不同作物耕地养分含量存在差异。马铃薯地有机质与全氮含量均显著高于其它样地，两种苜蓿地全氮含量均较高。所有样地有机质平均含量为2.59%，全氮平均含量为0.18%，整体而言，表现为中等偏丰富水平。

作物样地不同，无机氮含量不同。几种样地铵态氮含量变化较小，硝态氮含量则变化幅度很大。黄花苜蓿地硝态氮含量最高。土壤有机质C/N很低，非常有利于土壤有机氮的矿化，可以供给作物较充足的可以直接吸收利用的无机氮。马铃薯样地全磷含量最高，而两种苜蓿样地磷含量相对较低。所有样地平均磷含量为0.13%，含量表现为较丰富。

隆孜5种作物样地土壤pH均呈现微碱性。青稞地pH最高，不同作物对土壤pH的影响不同。

隆孜地区土壤有机质与全氮和全磷之间、铵态氮与硝态氮之间均呈极显著正相关关系。土壤全氮与铵态氮和硝态氮则均无显著相关性。土壤pH与有机质、全氮、铵态氮、硝态氮和全磷呈负相关(P>0.05)，与硝态氮更是达到极显著的负相关。

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(责任编辑张瑾)

Characteristics of soil nutrient contents of five different cultivated lands in Longzi County, Tibet

Liang Kun-lun1, Zhou Zhi-Yu2, Liu Lei1, Wang Ming-yan1, Xu Hai-ying1

(1.Huanghe Science and Technology College , Zhengzhou 450063, China;2.State Key Laboratory of Grassland Agro-ecosystems, College of Pastoral Agriculture Science andTechnology, Lanzhou University, Lanzhou 730020, China)

Abstract:Five different types of cultivated lands, which were mainly planted for barley (Avena nuda), potato (Solanum tuberosum), alfalfa (Medicago sativa), sickle alfalfa (Medicago falcata) and rape (Brassica campestris) mixed with pea (Pisum sativum), respectively, were selected in Longzi County, Tibet and the nitrogen status of various forms, phosphorus content, soil organic matter (SOM) content and soil pH were analyzed in the present study. The results showed that the average soil nutrient contents in different types of cultivated lands were different and SOM and total N contents in potato land were significantly higher (P<0.05) than the other four cultivated lands. In general, the average contents of SOM and total N for all five cultivated lands were 2.59% and 0.18%, respectively, which indicated that the soil fertility was high in all cultivated lands. There was little variations for ammonium contents in different cultivated lands, however, there was strong variations for nitrate contents in different cultivated lands with the highest nitrate content in sickle alfalfa farmland. The C/N ratio of SOM was low which attributed to accelerate the mineralization of soil organic nitrogen. Phosphorus content was rich in all the five types of cultivated lands with the average content of 0.13% although it was a little bit lower in the two types alfalfa lands. The mean pH of all the lands changed from 8.12 to 8.48, which suggested that it was all alkalescence in Longzi. Different crops had different effects on soil pH and barley land had significantly higher pH than that of other lands. There were complicated correlations between soil nutrient properties in the soils of cultivated lands. Both SOM and total N had very positively significantly correlation (P<0.01) with total P, ammonium and nitrate N. There was no correlations between each other of total N, ammonium and nitrate N. Soil pH had very negatively significantly correlation (P<0.01) with nitrate N.

Key words:Tibet; crop; cultivated land; soil nutrient

DOI:10.11829/j.issn.1001-0629.2015-0127

*收稿日期：2015-03-05接受日期：2015-08-20

基金项目：河南省教育厅人文社会科学研究青年项目(2015-QN-057)

通信作者：梁坤伦(1985-)，男，河南郑州人，讲师，硕士，主要从事恢复生态学、草地营养学研究. E-mail: liangkl09@lzu.edu.cn

中图分类号：S812.2;S158.3

文献标志码：A

文章编号：1001-0629(2016)6-1054-08*

Corresponding author:Liang Kun-lunE-mail:liangkl09@lzu.edu.cn

梁坤伦,周志宇,刘蕾,王明艳,徐海瑛.西藏隆孜5种作物耕地土壤养分含量特征.草业科学,2016,33(6)：1054-1061.

Liang K L,Zhou Z Y,Liu L,Wang M Y,Xu H Y.Characteristics of soil nutrient contents of five different cultivated lands in Longzi County,Tibet.Pratacultural Science，2016,33(6)：1054-1061.