貴州施秉白云巖喀斯特區(qū)植煙地表層土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征

代林玉， 閆 偉， 肖時(shí)珍， 邰治欽

(貴州師范大學(xué) 喀斯特研究院/國(guó)家喀斯特石漠化防治工程技術(shù)研究中心， 貴州 貴陽(yáng) 550001)

1958年，REDFIELD在研究海洋浮游生物的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，有機(jī)體的C、N、P具有特定的摩爾比(106∶16∶1)[1]，為生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)奠定了基礎(chǔ)。自此，相關(guān)研究與理論不斷完善。作為生態(tài)系統(tǒng)重要組成部分的土壤，其碳氮磷比(C∶N∶P)是有機(jī)質(zhì)或其他成分中的碳素與氮素、磷素總質(zhì)量的比值，是土壤有機(jī)質(zhì)組成和質(zhì)量程度的一個(gè)重要指標(biāo)[2]。土壤是種植煙草的基礎(chǔ)，是煙株正常生長(zhǎng)的保證，土壤有機(jī)質(zhì)等元素的含量對(duì)煙葉的質(zhì)量與產(chǎn)量影響較大。貴州施秉縣白垛鄉(xiāng)以烤煙為支柱性經(jīng)濟(jì)作物，2019年烤煙種植面積1 408 hm2，種煙主體544戶[3]，目前對(duì)其土壤的研究鮮有報(bào)道。因此，探明貴州施秉植煙地土壤的元素含量與化學(xué)計(jì)量特征，對(duì)改善煙葉種植施肥管理，進(jìn)而提高煙草產(chǎn)量與提升品質(zhì)具有十分重要的意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于貴州省黔東南苗族布依族自治州施秉縣白垛鄉(xiāng)，是中國(guó)南方喀斯特施秉自然遺產(chǎn)地的緩沖區(qū)，位于施秉縣城東北方，海拔600～1 250 m，平均海拔912 m[4]，年降水量1 060～1 200 mm，年平均氣溫16℃，降雨集中在4—10月,屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，基巖巖性為寒系-奧陶系婁山關(guān)組白云巖。

1.2 采樣與實(shí)驗(yàn)室分析

2018年11月查閱文獻(xiàn)并對(duì)研究區(qū)進(jìn)行綜合野外考察，劃分4條放射狀樣線，采用五點(diǎn)取樣法混合為1份，分層采集0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm土層(表層)的土壤樣品，采樣點(diǎn)共15個(gè)，樣品總數(shù)45份。土樣裝入自封袋內(nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室，自然風(fēng)干，剔除土壤里的砂礫、根系和動(dòng)物殘?bào)w等雜物，研磨后通過(guò)2 mm和0.15 mm篩備用。

土壤有機(jī)碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、水解氮(AN)、有效磷(AP)指標(biāo)測(cè)定采用鮑士旦法[5]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行計(jì)算，圖形繪制使用Origin 8.0，使用SPSS 22.0進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計(jì)和分析。其中，土壤SOC、TN、TP、TK化學(xué)計(jì)量比進(jìn)行單因素方差分析(One-way ANOVA)并采用LSD多重比較分析不同土層的差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤碳氮磷含量特征

由表1可見，土壤SOC、TN、TP含量隨土層的加深而減少，即存在表土聚集的特點(diǎn)；而AN、AP在0～10 cm土層土壤中含量最高，20～30 cm土層土壤中次之，中間層10～20 cm土層土壤中含量最低。土壤TN含量在0～10 cm與10～20 cm土層、20～30 cm土層間均存在顯著差異，土壤TP含量在0～10 cm與10～20 cm土層間存在顯著差異，土壤SOC、AN、AP含量均在3個(gè)土層間無(wú)顯著差異。

2.2 土壤碳氮磷生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征

如圖1所示，土壤SOC(C)、TN(N)、TP(P)含量比值C∶N、C∶P和N∶P在3個(gè)土層中的變化范圍分別為0.60～35.82、0.89～46.08、0.70～3.87，C∶N隨土層深度加深而增大，C∶P和N∶P表現(xiàn)為中間層10～20 cm土層最小，分別為18.77±11.38、1.68±1.09，但C∶P在20～30 cm土層為最大值(17.57±32.15)。C∶P、C∶N、N∶P在3個(gè)土層中差異顯著(P>0.05)。

表1 不同土層土壤碳氮磷的含量特征

圖1 各土層土壤碳氮磷生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征

3 結(jié)論與討論

土壤碳氮磷含量及其化學(xué)計(jì)量比是衡量土壤有機(jī)質(zhì)組成、土壤質(zhì)量的主要指標(biāo)[6]。前人研究發(fā)現(xiàn)[7]，中國(guó)表層土壤(0～10 cm)SOC、TN、TP平均含量為10.32 g/kg、1.86 g/kg、0.78 g/kg，本研究中0～10 cm土層土壤SOC、TP含量高于全國(guó)平均含量，而TN含量低，三者均在0～10 cm土層土壤中含量最高，具有表具性。土壤P主要受土壤母質(zhì)的影響，源于巖石風(fēng)化，因此變異性較小[6]，0～10 cm土層土壤TP含量CV=191%與土壤SOC(CV=81%)和N(CV=31%)有較大的變異性，可能是土壤受人工施肥的影響；在10～20 cm土層與20～30 cm土層中，土壤TP含量相對(duì)穩(wěn)定，平均值為0.84 g/kg和0.79 g/kg，變異系數(shù)分別為39%和58%；我國(guó)土壤的平均TP含量為0.78 g/kg[7]，由此可見,白云巖區(qū)植煙地的土壤TP含量遠(yuǎn)高于全國(guó)平均土壤。土壤SOC、TN受植物根系的呼吸作用的影響，變異性較大。參照全國(guó)第二次土壤普查土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[8]，研究區(qū)土壤SOC含量為Ⅳ級(jí)，土壤TN含量Ⅲ級(jí)，土壤TP含量為Ⅰ級(jí)，土壤AN含量Ⅳ級(jí)，土壤AP含量Ⅲ級(jí)，說(shuō)明研究區(qū)土壤SOC、AN含量適宜，TN、AP含量最適宜，TP含量極豐富。

研究區(qū)3個(gè)土層土壤C∶N、C∶P、N∶P比值分別是17.98、19.09、1.55，與全國(guó)土壤(中國(guó)土壤C∶N、C∶P、N∶P平均值分別是12、61、5)[7]和全球土壤(全球土壤C∶N、C∶P、N∶P平均值為14.3、186、13.1)[9]相比，C∶P、N∶P遠(yuǎn)小于全國(guó)水平和全球水平。