西藏尼洋河中上游流域不同土地利用方式土壤養分含量差異分析

馬和平，屈興樂，王建科，宋小廣

（1西藏農牧學院高原生態研究所，西藏林芝860000；2西藏農牧學院/西藏高原森林生態教育部重點實驗室，西藏林芝860000；3西藏林芝高山森林生態系統國家野外科學觀測研究站，西藏林芝860000）

0 引言

土壤養分含量是衡量土壤肥力的物質基礎和重要指標，它是植物營養的主要來源和土壤肥力的物質基礎，是土壤的基本屬性和本質特征[1-2]。土壤中有機質和氮、磷、鉀無機鹽的含量是決定土壤肥力、農產品產量及品質的重要因素[3]。土壤養分含量受多種因素影響，空間變異是普遍存在且復雜的，因此，土壤養分空間分布特征對于指導科學施肥、精準農業和田間作物管理等具有重要意義[4]。

土地利用方式是人類農業活動的重要反映形式，直接影響土壤養分狀況[5-6]。土地利用方式與土壤養分有著緊密的聯系，它是影響土壤有機碳、全氮、全磷等養分含量變化的重要因素，土壤性質在不同土地利用方式下的分布不同[7]。因此，研究不同土地利用方式土壤養分特征，對保持植被生態穩定性，提高土壤養分有效利用，改善土壤質地和土壤可持續利用有重要意義。基于此，本研究以西藏尼洋河中上游流域為研究區域，對不同土地利用方式下的土壤全氮、堿解氮、全磷、全鉀、速效磷和速效鉀進行了測定，分析不同土地利用方式下的土壤養分含量特征，旨在為西藏尼洋河流域土壤養分管理、地力培育、土地優化利用以及合理施肥等提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 采樣區域概況

本試驗在林芝地區尼洋河中上游流域進行，地理位置介于92°45′—93°53′E、29°47′—29°54′N，該區平均海拔約3590 m，年平均溫度為7～16℃，＞10℃年積溫為2272℃，無霜期約為18天，年平均降水量約為600～800 mm。該區屬高原溫帶季風半濕潤半干旱氣候，氣候溫暖，無霜期較長，熱量較豐富，降水充沛，但全年雨量分配不均，干濕季明顯，6—9月降水量占全年的80%以上，區域內土壤類型以砂壤為主[8]。

1.2 土壤樣品采集

2020年6月20日在尼洋河中上游流域的百巴鎮至松多鄉之間，通過GPS定位并采樣。確定樣地的布局和8個采樣點。采樣點的分布包括了研究區主要的土地利用方式（草地、林地和耕地）。考慮到研究區土壤發育不完全、土層薄的特點，在每種土地利用方式布設多個采樣點，每個采樣點設置3個重復，采取0～10、10～20、20～30 cm土層取樣，共取得216份土壤樣品。將采集的土壤樣品，運回實驗室進行處理后用于測定土壤性質。同時，對各樣點的土層厚度、土地利用方式、植被類型、坡度等信息進行了詳細調查[9]。本研究中各采樣點信息如表1所示。

表1 采樣點基本情況

1.3 土壤理化性質測定

土壤養分參照魯如坤方法測定[10]。土壤pH采用土水比1:5電位法測定，土壤有機質含量采用重鉻酸鉀-外加熱法測定，全氮含量采用半微量凱氏定氮法測定，堿解氮含量采用堿解擴法測定，全磷、全鉀采用硫酸-高氯酸酸熔-鉬銻抗比色法測定，速效磷含量采用碳酸氫鈉浸提-鉬抗比色法測定，速效鉀含量采用乙酸胺浸提-火焰光度法測定。

1.4 數據分析

利用Excel 2010和SPSS 20進行數據分析，采用單因素方差分析進行多重比較(P＜0.05)分析不同土地利用方式間的相關指標含量。

2 結果與分析

2.1 研究區土壤養分總體狀況

西藏尼洋河中上游流域不同土地利用方式下0～30 cm土層深度的土壤養分含量如表2所示。從表2可以看出，就土壤有機質、全氮、堿解氮含量而言，林地最高，耕地最小。耕地的全磷和速效磷含量最高，林地的全磷和速效磷含量最低。草地的全鉀和林地的全鉀含量相差不大，但是要高于耕地的全鉀含量。分析速效鉀含量，林地含量最高，耕地含量最小。

從表2可以看出，土壤養分指標在3種土地利用方式下的變異系數、標準差和變幅分析，變異次序依次為速效鉀＞速效磷＞全磷＞全氮＞全鉀＞堿解氮＞有機質。在本研究區，土壤養分指標均為中等空間變異性，這與王雪梅等[9]的研究結果一致。

表2 3種土地利用方式下土壤養分統計特征值

2.2 土壤有機質含量

有機質是土壤肥力的基礎。3種土地利用方式土壤有機質變化如圖1所示。從圖1可以看出，在同一土地利用方式下，林地＞草地＞耕地，且三者之間均表現出顯著差異(P＜0.05)。不同土壤深度有機質分布表現出一定的表聚性，0～10 cm深度有機質含量明顯高于其他土層有機質含量，且三者之間均表現出顯著差異(P＜0.05)。

圖1 不同土地利用類型土壤有機質含量

2.3 土壤全量養分含量

氮素是作物生長的重要營養元素之一，土壤氮素是在土壤肥力中起著相當重要的作用，而土壤全氮含量是衡量土壤氮素供應狀況的重要指標[11-12]。不同土地利用方式土壤全氮含量變化如圖2所示。從圖2可以看出，在同一土地利用方式不同土壤深度，就耕地而言，土壤全氮含量在0～10 cm和20～30 cm之間差異不顯著(P＞0.05)，而0～10 cm和20～30 cm與10～20 cm之間差異顯著(P＜0.05)。就草地而言，土壤全氮含量在0～10 cm與10～20、0～10 cm與20～30 cm之間差異顯著(P＜0.05)，而在10～20 cm與20～30 cm之間差異不顯著(P＞0.05)。就林地而言，土壤全氮含量均在0～10、10～20 cm和20～30 cm之間差異顯著(P＜0.05)。

圖2 不同土地利用類型土壤全氮含量

對同一深度不同土地利用類型進行分析，0～10 cm土壤全氮含量，耕地與草地差異不顯著(P＞0.05)，而它們與林地差異顯著(P＜0.05)。在10～20 cm之間，草地與林地差異不顯著(P＜0.05)，但是這兩者與耕地差異顯著(P＜0.05)。在20～30 cm之間，耕地、草地與林地均差異顯著(P＜0.05)。總體分析，不同土地利用方式全氮含量差異明顯，表現為林地＞草地＞耕地。

不同土地利用方式土壤全磷含量如圖3所示。從圖3可以看出，土壤全磷在同一土地利用方式不同土壤深度差異顯著(P＜0.05)，且耕地的全磷含量顯著高于草地和林地。在同一深度不同土地利用類型之間差異顯著，即在0～10 cm和10～20 cm，草地與林地差異不顯著(P＞0.05)，而耕地與草地和林地差異顯著(P＜0.05)。在20～30 cm，耕地與草地差異不顯著(P＞0.05)，而耕地和草地分布與林地則差異顯著(P＜0.05)。

圖3 不同土地利用類型土壤全磷含量

不同土地利用方式土壤全鉀含量如圖4所示。從圖4可以看出，在同一土地利用方式不同深度，土壤全鉀含量在0～10 cm與10～20 cm、0～10 cm與20～30 cm之間差異顯著(P＜0.05)，而在10～20 cm與20～30 cm之間差異不顯著(P＞0.05)。在同一土層深度，即在0～10、10～20 cm和20～30 cm，草地與林地土壤全鉀含量差異不顯著(P＞0.05)，而耕地與草地、耕地與林地的土壤全鉀含量則差異顯著(P＜0.05)。

圖4 不同土地利用類型土壤全鉀含量

2.4 土壤速效養分含量

由表2還可以看出，研究區3種土地利用方式下土壤中的堿解氮含量的平均值，林地最高，草地次之，耕地最小，且林地顯著大于耕地和草地。這與余雅婧等[13]的研究結果一致。土壤速效磷含量平均值耕地(19.47 mg/kg)顯著大于草地(5.73 mg/kg)和林地(5.19 mg/kg)，其中，草地和林地較為接近。就變異系數而言，林地(79.75)＞耕地(46.47)＞草地(40.14)，且草地和林地較為接近。土壤速效鉀含量的平均值林地＞草地＞耕地，這與肖時珍等[1]的研究結果相反。他們研究認為土地利用方式的改變對2類基巖發育土壤的養分具有明顯影響，由林地轉為耕地后，石灰巖土壤的速效鉀會增加。在本研究區域，林地轉為耕地后，土壤的速效鉀則會減少，這與當地群眾的施肥習慣以及土壤質地相關。

3 結論

（1）西藏尼洋河中上游流域土壤有機質、全氮、堿解氮含量，林地＞草地＞耕地，林地土壤有機質含量最高，農田土壤有機質含量最低，且三者之間均表現出顯著差異(P＜0.05)。耕地的全磷和速效磷含量最高，林地的全磷和速效磷含量最低，草地的全鉀和林地的全鉀含量相差不大，速效鉀含量林地＞草地＞耕地。

（2）在不同土地利用方式下不同土壤深度，土壤全量養分和速效養分的分布均表現出一定的表聚性，0～10 cm深度土壤全量養分和速效養分的明顯高于10～20 cm和20～30 cm，且三者之間表現出顯著差異(P＜0.05)。研究區3種土地利用方式下土壤中的堿解氮含量的平均值林地＞草地＞耕地，土壤速效磷含量平均值耕地(19.47 mg/kg)顯著大于草地(5.73 mg/kg)和林地(5.19 mg/kg)。

4 討論

本研究選擇與作物生長密切的土壤有機質、全氮、全鉀、全磷、速效磷和速效鉀作物評價指標，重點分析了同一土地利用方式不同深度和同一深度不同土地利用類型上述指標的變化特征。本研究表明，耕地土壤有機質均值為35.05 g/kg，全氮均值為2.09 g/kg，堿解氮均值為54.59 mg/kg，全磷均值為0.58 g/kg，全鉀均值為17.99 g/kg，速效磷均值為19.47 mg/kg，速效鉀均值為161.02 mg/kg。就草地而言，有機質均值為39.14 g/kg，全氮均值為2.34 g/kg，堿解氮均值為120.81 mg/kg，全磷均值為0.54 g/kg，全鉀均值為29.71 g/kg，速效磷均值為5.73 mg/kg，速效鉀均值為230.33 mg/kg。就林地而言，有機質均值為49.43 g/kg，全氮均值為2.49 g/kg，堿解氮均值為177.52 mg/kg，全磷均值為0.48 g/kg，全鉀均值為29.04 g/kg，速效磷均值為5.19 mg/kg，速效鉀均值為249.59 mg/kg。

從上述研究可知，本研究區無論是耕地、草地還是林地，土壤有機質含量與國內其他省份的相比較偏高。究其原因，尼洋河中上游流域平均海拔都在3150 m以上，甚至越往上游海拔越高，最高能達到5100 m。在這種高海拔區域，土壤溫度長期偏低，過低的溫度抑制了微生物的活性，地面上的凋落物很難在短時間內被微生物分解變成可供植物吸收利用的養分，因此，經過長期的積累，土壤中的有機質含量越來越高。而耕地受到人為的影響較草地和林地的大，土壤經常被翻耕，疏松的土壤中大量的植物殘體容易被分解，因此土壤中的有機質含量相對其他2種土地利用方式的要偏小。林地的凋落物含量較耕地和草地的要多，長期的積累使得林地土壤中的有機質含量更高，這與馬和平等[14]的研究結果一致。另外一個原因是本研究區域屬于半農半牧區，飼養著大量的牛、羊和藏豬，每年他們都會把大量的牲畜排泄物施到耕地中，在低溫條件下，這些糞便很難在短時間內降解，這從另一個方面增加了土壤的有機質含量。

植物必需的營養元素主要從土壤中獲取。土地利用方式的不同，植被類型及人為干擾（如耕種管理）的強度也不同，直接影響土壤養分的輸入與輸出，進而導致全量及有效態養分含量在不同的土壤深度上分布的差異[15]。在本研究中，林地土壤中的全氮、堿解氮、全鉀和速效鉀含量顯著高于耕地和草地（主要是放牧），即林地的土壤養分含量最高。考慮到本研究區域土壤發育不完全，土層較薄，故本研究土壤樣品取樣深度僅為0～30 cm，由于取樣土層較淺，所以從不同土層深度養分含量的影響來看有一定的局限性。一般來說，耕作熟化程度越高的農田，其土壤養分含量也較為豐富，但隨著耕作年限的增加和復種指數的提高，偏施氮肥和磷肥促進農作物產量上升的同時也加劇了對土壤鉀素的消耗，導致土壤鉀素含量普遍偏低[16]。但在本研究區域，土壤中的速效鉀含量則較豐富，分析其原因，可能速效鉀的變異受到非人為自然性因素（地形、氣候、母質等）的影響[17]。并且可能與本地區農業耕作方式相關，當地的群眾對于耕種農作物都是很粗放的，加之農田在耕種時主要施大量的農家肥，鉀肥的施用量較小，速效鉀含量的分布規律受到人為因素影響相對小。