土地利用方式对广西平果喀斯特土壤碳氮磷全量与易利用组分的影响

苏同庆, 崔婷婷, 张建兵, 罗为群, 胡宝清. 土地利用方式对广西平果喀斯特土壤碳氮磷全量与易利用组分的影响[J]. 中国岩溶, 2023, 42(2): 311-320. doi: 10.11932/karst20230205
引用本文: 苏同庆, 崔婷婷, 张建兵, 罗为群, 胡宝清. 土地利用方式对广西平果喀斯特土壤碳氮磷全量与易利用组分的影响[J]. 中国岩溶, 2023, 42(2): 311-320. doi: 10.11932/karst20230205
SU Tongqing, CUI Tingting, ZHANG Jianbing, LUO Weiqun, HU Baoqing. Effect of land utilization patterns on total and easy-to-use components of soil carbon, nitrogen and phosphorus in the karst area of Pingguo, Guangxi[J]. Carsologica Sinica, 2023, 42(2): 311-320. doi: 10.11932/karst20230205
Citation: SU Tongqing, CUI Tingting, ZHANG Jianbing, LUO Weiqun, HU Baoqing. Effect of land utilization patterns on total and easy-to-use components of soil carbon, nitrogen and phosphorus in the karst area of Pingguo, Guangxi[J]. Carsologica Sinica, 2023, 42(2): 311-320. doi: 10.11932/karst20230205

土地利用方式对广西平果喀斯特土壤碳氮磷全量与易利用组分的影响

  • 基金项目: 国家自然科学基金(31960238;42071135);广西科技基地和人才专项(桂科AD19245103;桂科AD19110142);广西高校中青年教师科研基础能力提升项目(2019KY0421);北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室(南宁师范大学)和广西地表过程与智能模拟重点实验室(南宁师范大学)系统基金项目(GTEU-KLOP-X1813)
详细信息
    作者简介: 苏同庆(1982-),助理研究员,博士,研究方向为土壤肥力、土壤生态。E-mail:tqsu2007@163.com
    通讯作者: 张建兵(1984-),研究员,博士,研究方向为土壤过程及其环境效应。E-mail:zjb1166@163.com
  • 中图分类号: S153.6

Effect of land utilization patterns on total and easy-to-use components of soil carbon, nitrogen and phosphorus in the karst area of Pingguo, Guangxi

More Information
  • 以广西平果喀斯特生态系统国家野外科学观测研究站及周边地块的三种土地利用方式(退耕林地、退耕草地、耕地(甘蔗地和玉米地))为研究对象,通过采集0~15 cm表层土壤,分析土壤的理化性质和土壤碳、氮、磷全量与易利用组分及其关系,以期能更加准确地理解和把握退耕还林还草、土地利用方式转变对喀斯特地区土壤碳、氮、磷全量及易利用组分的影响。结果表明:(1)与耕地相比,退耕后林地和草地土壤pH值显著升高,大团聚体、速效氮显著增加,微团聚体、速效磷显著减少。(2)退耕后林地和草地土壤有机碳较耕地显著增加,林地和草地分别是甘蔗地的1.98和1.88倍,分别是玉米地的2.15和2.04倍。林地和草地土壤微生物生物量碳、全氮、微生物生物量氮较耕地也明显提高。对于磷,草地全磷(1.04 g·kg−1)最高,其次玉米地(0.81 g·kg−1),且甘蔗地和玉米地的可溶性磷均显著高于林地和草地。在土壤碳氮磷生态化学计量比方面,林地的OC/TP、TN/TP显著高于草地和耕地,而草地和耕地没有显著差异。(3)土壤容重、团聚体结构、pH、速效氮、速效磷都与土壤碳、氮、磷全量与易利用组分有着显著的相关关系。上述结果表明,退耕还林还草、土地利用方式转变显著提高了喀斯特土壤碳、氮水平,提升了土壤质量,退耕还林还草、转变土地利用方式是喀斯特地区石漠化治理、生态环境保护的重要、有效途径。

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  • 图 1  不同样地土壤有机碳全量及易利用组分含量

    Figure 1. 

    图 2  不同样地土壤氮全量及易利用组分含量

    Figure 2. 

    图 3  不同样地土壤磷全量及易利用组分含量

    Figure 3. 

    表 1  样地概况

    Table 1.  Plot information

    样地
    坐标
    海拔/m
    退耕时间
    地形
    优势植物
    植被高度/m
    耕作
    施肥
    林地 F23°23′39″ N
    107°23′23″ E
    246.20 2006年坡地茶条木(Delavaya toxocarpa Franch.)3.20 无耕作无施肥
    草地 G23°23′28″ N
    107°23′24″ E
    196.332003年坡改梯形
    平地
    芒草(Arundinella nepalensis Trin.)、
    肾蕨(Nephrolepis auriculata (L.) Trimen)、鬼针草(Bidens pilosa Linn.)
    0.50 无耕作无施肥
    甘蔗地 S23°24′29″ N
    107°24′28″ E
    107.36耕种至今平地甘蔗(Saccharum officinarum Linn.)甘蔗宿根
    零星出芽
    2-3年翻耕1次甘蔗叶还田,肥料量N:P2O5:K2O=
    45:15:28 kg /亩/年
    玉米地 M23°22′33″ N
    107°23′32″ E
    329.80耕种至今平地玉米(Zea mays L.)玉米种子
    零星出苗
    1年翻耕
    2次
    一年两季,肥料量N:P2O5:K2O=
    25:10:16 kg /亩/年
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    表 2  不同样地土壤理化性质

    Table 2.  Soil physicochemical properties of different plots

    样地 林地 F草地 G甘蔗地 S玉米地 M
    容重/g·cm−3 1.10±0.12 a 1.09±0.05 a 1.20±0.12 a 1.29±0.04 a
    团聚体/%
    大团聚体 42.82±0.42 a 57.11±10.98 a 16.94±2.74 b 5.49±0.95 b
    小团聚体 39.70±3.50 ab 27.14±8.89 b 43.67±6.88 a 48.43±3.58 a
    微团聚体 4.58±0.37 b 1.76±1.44 b 12.42±1.85 a 16.34±5.70 a
    其他 12.90±3.64 b 13.99±0.94 ab 26.96±8.36 ab 29.74±8.19 a
    pH 6.87±0.06 b 8.20±0.13 a 5.09±0.85 c 6.00±0.22 c
    速效氮 /mg·kg−1 156.55±17.12 a 166.49±28.09 a 103.39±8.20 b 105.02±5.57 b
    速效磷 /mg·kg−1 0.41±0.19 b 0.30±0.05 b 3.22±0.67 a 3.07±0.18 a
    注:不同字母表示同一指标不同样地在0.05水平差异显著。下同。
    Note: Different letters indicate significant differences among plots at 0.05 level.The same below。
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    表 3  不同样地土壤易利用碳组分占有机碳比例/%

    Table 3.  Proportions of soil easy-to-use carbon components to the soil organic carbon in different plots/%

    样地
    可溶性碳/
    有机碳
    DC/OC
    微生物生物
    量碳/有机碳
    MBC/OC
    (可溶性碳+微生物
    生物量碳)/有机碳
    (DC+MBC)/OC
    林地 F0.29±0.07 c2.91±0.49 ab3.20±0.55 a
    草地 G0.41±0.09 bc3.54±1.17 a3.95±1.27 a
    甘蔗地 S1.14±0.22 a2.09±0.22 b3.24±0.01 a
    玉米地 M0.70±0.06 b1.98±0.17 b2.67±0.13 a
    注:DC-可溶性碳,MBC-微生物生物量碳,OC-有机碳。下同。
    Note: DC-dissolved carbon,MBC-microbial biomass carbon,OC-organic carbon. The same below.
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    表 4  不同样地土壤易利用氮组分占总氮比例/%

    Table 4.  Proportions of soil easy-to-use nitrogen components to the total nitrogen in different plots/%

    样地
    可溶性氮/
    全氮
    DN/TN
    微生物生物
    量氮/全氮
    MBN/TN
    (可溶性氮+微生物
    生物量氮)/全氮
    (DN+MBN)/TN
    林地 F0.61±0.04 b2.55±0.52 a3.15±0.56 b
    草地 G0.81±0.18 b3.60±0.56 a4.41±0.74 ab
    甘蔗地 S1.79±0.41 a3.03±0.48 a4.82±0.40 a
    玉米地 M1.64±0.35 a2.30±0.58 a3.93±0.24 ab
    注:DN-可溶性氮,MBN-微生物生物量氮,TN-全氮。下同。
    Note: DN-dissolved nitrogen,MBC-microbial biomass nitrogen,TN-total nitrogen. The same below.
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    表 5  不同样地土壤易利用磷组分占总磷比例/%

    Table 5.  Proportions of soil easy-to-use phorsphorus componentsto the total phosphorus in different plots/%

    样地
    可溶性磷/
    全磷
    DP/TP (%)
    微生物生物
    量磷/全磷
    MBP/TP
    (可溶性磷+微生物
    生物量磷)/全磷
    (DP+MBP)/TP
    林地 F0.31±0.14 b1.23±0.83 ab1.54±0.82 b
    草地 G0.28±0.09 b0.45±0.13 bc0.73±0.08 b
    甘蔗地 S1.18±0.36 a2.03±0.61 a3.20±0.24 a
    玉米地 M1.07±0.15 a0.24±0.09 c1.31±0.10 b
    注:DP-可溶性磷, MBP-微生物生物量磷, TP-全磷。下同。
    Note: DP-dissolved phosphorus, MBP-microbial biomass phosphorus, TP- total phosphorus. The same below.
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    表 6  不同样地土壤碳氮磷全量及易利用组分生态化学计量比

    Table 6.  Stoichiometry of total and easy-to-use components of carbon, nitrogen, and phosphorus of soil in different plots

    样地 林地 F草地 G甘蔗地 S玉米地 M
    OC/TN8.26±1.30 a7.91±1.35 a10.48±1.65 a8.40±0.10 a
    OC/TP67.11±18.74 a31.02±3.18 b34.36±5.65 b19.66±1.88 b
    TN/TP8.12±1.84 a3.95±0.27 b3.34±0.82 b2.34±0.21 b
    DC/DN3.87±0.16 b4.03±0.44 b6.68±0.40 a3.64±0.47 b
    DC/DP68.12±23.19 a46.16±8.90 ab34.70±10.29 ab12.78±0.78 b
    DN/DP17.76±6.55 a11.47±1.88 ab5.19±1.44 b3.56±0.60 b
    MBC/MBN9.42±0.65 a7.50±0.32 a7.26±0.85 a7.45±1.30 a
    MBC/MBP180.97±51.39 ab261.87±131.81 a36.59±5.94 b178.04±57.50 ab
    MBN/MBP19.05±4.36 ab34.51±16.20 a5.13±1.29 b23.46±4.00 ab
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    表 7  不同样地土壤碳氮磷全量及易利用组分与土壤理化性质的相关关系

    Table 7.  Correlation among total and easy-to-use components of carbon, nitrogen, phosphorus of soil and soil physicochemical properties in different plots

    有机碳
    OC
    可溶
    性碳
    DC
    微生物
    生物量碳
    MBC
    全氮
    TN
    可溶
    性氮
    DN
    微生物
    生物量氮
    MBN
    全磷
    TP
    可溶
    性磷
    DP
    微生物
    生物量磷
    MBP
    容重 −0.702* 0.004 −0.707* −0.647* −0.091 −0.678* −0.034 0.584* −0.222
    团聚体
    大团聚体
    0.875** −0.382 0.957** 0.965** −0.028 0.866** 0.149 −0.875** −0.035
    小团聚体
    0.371 −0.657* 0.193 0.406 −0.757** 0.009 −0.431 −0.452 −0.111
    微团聚体
    −0.649* −0.117 −0.703* −0.645* −0.451 −0.700* −0.318 0.614* −0.114
    其他 −0.204 −0.044 −0.253 −0.274 −0.058 −0.310 −0.287 0.152 0.117
    pH 0.754** −0.505 0.826** 0.851** 0.104 0.856** 0.664* −0.659* −0.264
    速效氮
    0.740** −0.378 0.916** 0.871** 0.085 0.855** 0.239 −0.740** −0.114
    速效磷
    −0.897** 0.530 −0.922** −0.976** 0.077 −0.860** −0.293 0.827** 0.179
    注:*代表在0.05水平上显著相关,**代表在0.01水平上显著相关。
    Note: * referring to a significant correlation at 0.05 level; ** referring to a significant correlation at 0.01 level.
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出版历程
收稿日期:  2022-05-18
刊出日期:  2023-04-25

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