陸姣云， 王振南， 楊惠敏， 沈禹穎

(蘭州大學(xué) 草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院 草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點實驗室， 甘肅 蘭州 730020)

10 a保護(hù)性耕作下輪作系統(tǒng)土壤碳氮磷生態(tài)化學(xué)計量特征

陸姣云， 王振南， 楊惠敏， 沈禹穎

(蘭州大學(xué) 草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院 草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點實驗室， 甘肅 蘭州 730020)

摘要：[目的] 研究長期免耕和秸稈覆蓋對輪作系統(tǒng)土壤質(zhì)量的影響規(guī)律和機(jī)制。[方法] 比較分析了10 a傳統(tǒng)耕作、免耕、傳統(tǒng)耕作+秸稈覆蓋和免耕+秸稈覆蓋的玉米—冬小麥—大豆輪作系統(tǒng)0—200 cm內(nèi)土壤有機(jī)碳、全氮、全磷含量及其生態(tài)化學(xué)計量比變化。[結(jié)果] 長期免耕提高土壤表層C和N的含量，僅秸稈覆蓋對C和N含量的影響不大；長期保護(hù)性耕作對土壤P含量沒有顯著影響；保護(hù)性耕作使N和P最低含量均出現(xiàn)在20—30 cm，而傳統(tǒng)耕作則在30—60 cm土層最低；土壤C/N，C/P和N/P均普遍低于10 a前，C/P和N/P的變化量隨土層深度增加均呈現(xiàn)出先降低后增高的趨勢。[結(jié)論] 10 a保護(hù)性耕作對C，N，P的影響均不明顯，但4種耕作模式下，土壤C/N，C/P和N/P均普遍低于10 a前。

關(guān)鍵詞：免耕； 秸稈覆蓋； 土壤肥力； 生態(tài)化學(xué)計量比

土壤養(yǎng)分的有效、可持續(xù)供應(yīng)決定了土壤系統(tǒng)的可持續(xù)性。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)耕作模式往往導(dǎo)致嚴(yán)重的水土流失，引起土壤營養(yǎng)耗竭，生態(tài)環(huán)境惡化，農(nóng)業(yè)系統(tǒng)生產(chǎn)力難以為繼。此外，為了維持生產(chǎn)力而大量使用化肥則進(jìn)一步造成了土壤質(zhì)量下降和生態(tài)環(huán)境惡化加劇。保護(hù)性耕作是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的新模式，可能是解決上述問題的有效措施。保護(hù)性耕作措施對土壤養(yǎng)分的影響已成為農(nóng)業(yè)、生態(tài)研究的重要內(nèi)容和熱點問題之一[1]。

美國拓荒時期的“黑風(fēng)暴”事件導(dǎo)致了農(nóng)田肥沃表土的大量流失，農(nóng)田生產(chǎn)能力下降，催生了“保護(hù)性耕作”(conservation tillage)概念和實踐的產(chǎn)生。環(huán)境惡化加劇、糧食安全問題以及人們?nèi)找嬖鰪?qiáng)的環(huán)境保護(hù)意識則進(jìn)一步促進(jìn)了保護(hù)性耕作的推廣。實施保護(hù)性耕作是以秸稈覆蓋留茬還田，少、免耕播種施肥復(fù)式作業(yè)為主要內(nèi)容，具有防治農(nóng)田揚(yáng)塵和水土流失、增強(qiáng)蓄水墑、節(jié)本增效、減少秸稈焚燒和溫室氣體排放等作用[2]，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。保護(hù)性耕作措施減少了對農(nóng)田地表土層的干擾，使土壤結(jié)皮并覆蓋作物殘茬，降低了土壤的水蝕和風(fēng)蝕，還能夠培肥土壤，提高土壤肥力。研究表明，免耕可以提高土壤表層肥力，增加有機(jī)碳、全氮和全磷含量[3-4]，秸稈覆蓋可以改善養(yǎng)分循環(huán)，增加土壤養(yǎng)分，維持土壤地力。輪作與免耕和秸稈覆蓋結(jié)合，能夠提高土壤肥力，還能保證養(yǎng)分的均衡利用。隨著時間延長，輪作、免耕和秸稈覆蓋的正向作用效果表現(xiàn)出加強(qiáng)的趨勢[5]。然而，長期實施保護(hù)性耕作對土壤養(yǎng)分元素的特征有怎樣的影響尚不明確。

生態(tài)化學(xué)計量學(xué)(ecological stoichiometry)是研究碳、氮、磷等化學(xué)元素協(xié)同變化和動態(tài)平衡的一種綜合方法[6-7]。從土壤碳、氮、磷生態(tài)化學(xué)計量特征變化的角度進(jìn)行研究可能有助于闡明保護(hù)性耕作影響土壤質(zhì)量的機(jī)制。本研究以2001年建立的玉米—冬小麥—大豆輪作系統(tǒng)為對象，比較10 a免耕和秸稈覆蓋對土壤有機(jī)碳、全氮和全磷含量及其生態(tài)化學(xué)計量比的影響，分析長期保護(hù)性耕作改善土壤質(zhì)量的機(jī)制，以期為輪作模式下的保護(hù)性耕作實踐提供理論支持。

1材料與方法

1.1　試驗地概況

試驗地位于隴東黃土高原中部甘肅省慶陽市西峰區(qū)什社鄉(xiāng)(東經(jīng)107°51′，北緯35°39′)境內(nèi)，蘭州大學(xué)慶陽黃土高原試驗站，海拔1 298 m。自然氣候冬春寒冷干燥，夏季炎熱多雨，是典型的大陸性季風(fēng)氣候。年降雨量480～660 mm，全年降雨60%以上集中在7—9月，年蒸發(fā)量1 100～1 500 mm，年均氣溫8～10 ℃，極端最高氣溫達(dá)到39.6 ℃，極端最低氣溫-22.4 ℃，年日照時數(shù)2 300～2 700 h，無霜期150～190 d，土壤質(zhì)地為黑壚土，pH值為8～8.5。

1.2　試驗設(shè)計

試驗地完全隨機(jī)區(qū)組排列，每個處理設(shè)4個重復(fù)，共計16個小區(qū)，每小區(qū)面積均為52 m2(4 m×13 m)，小區(qū)間距均為l m，區(qū)組間距為2 m。

設(shè)有4個處理：傳統(tǒng)耕作(t)、傳統(tǒng)耕作+秸稈覆蓋(ts)、免耕(nt)和免耕+秸稈覆蓋(nts)。傳統(tǒng)耕作處理分別于作物播種前和收獲后各耕作1次，耕層30 cm左右；免耕處理在作物收獲后至播種前不擾動土壤，用免耕播種機(jī)播種；秸稈覆蓋處理，作物收獲后除玉米按產(chǎn)量50%的秸稈覆蓋外，其余全部還田作為覆草處理；傳統(tǒng)耕作+秸稈覆蓋處理，分別于作物播種前和收獲后各耕作1次，耕深30 cm左右，并將前茬作物收獲后玉米按產(chǎn)量50%的秸稈覆蓋，其余秸稈全部還田。

作物的輪作序列是玉米—冬小麥—大豆。品種分別為：玉米(Zeamays)中單2號，冬小麥(Triticumaestivum)西峰24號，大豆(Glycinemax)豐收12號，均為當(dāng)?shù)厣逃闷贩N。

1.3　播種和管理

試驗地為2001年開始的輪作系統(tǒng)。每年4月播種玉米，行距38 cm，株距40 cm，播量30 kg/hm2，9月下旬至10月上旬收獲后立即播種小麥，行距為15 cm，播量為187 kg/hm2，次年6月收獲小麥，及時播種大豆，其行距和株距均為25 cm，10月中旬收獲后至下一年4月為休閑期。

小麥播種前以300 kg/hm2的磷二銨作為底肥，在拔節(jié)期以150 kg/hm2的尿素(含氮46%)作為追肥；玉米播種前以300 kg/hm2的磷二按作為底肥，再以300 kg/hm2的尿素作為追肥；大豆只在播種前施用P2O563 kg/hm2的磷肥作為底肥。

1.4　土壤樣品采集與指標(biāo)測定

于2001和2011年，在玉米播種前，用土鉆在每個小區(qū)內(nèi)以五點取樣法分層(0—5，5—10，10—20，20—30，30—60，60—90，90—120，120—150和150—200 cm)采集土樣，同層混合。在36 ℃下烘干后，過0.5 mm的篩測定土壤全磷，過0.25 mm的篩測定土壤有機(jī)碳和全氮。

采用重鉻酸鉀加熱氧化法(K2Cr2O7—H2SO4氧化法)、凱氏定氮法和NaOH熔融—鉬銻抗比色法分別測定土壤有機(jī)碳(C)、全氮(N)和全磷(P)含量。

1.5　數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

所有試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2007輸入與整理，用SPSS 16.0和Genstat軟件進(jìn)行差異性分析。

元素生態(tài)化學(xué)計量學(xué)計算為：

C/N=有機(jī)碳含量/全氮含量；C/P=有機(jī)碳含量/全磷含量；N/P=全氮含量/全磷含量。

考慮到樣地土壤初始條件的差異，10 a后各模式下土壤指標(biāo)參數(shù)的實測值無法準(zhǔn)確體現(xiàn)處理效應(yīng)，因此，對10 a后的指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行換算，使用參數(shù)變化(Δ)來表示。如，10 a保護(hù)性耕作后土壤C和C/N含量變化分別為：

ΔC=(2011年C含量實測值-2001年C含量實測值)/2001年C含量實測值

ΔC/N=(2011年C/N含量實測值-2001年C/N含量實測值)/2001年C/N含量實測值

對其它指標(biāo)參數(shù)做同樣處理。正值表示10 a保護(hù)性耕作對土壤指標(biāo)參數(shù)有正向效應(yīng)，反之亦反。

2結(jié)果與分析

2.1　10 a保護(hù)性耕作下土壤有機(jī)碳含量

4種耕作模式間相同土層C含量變化(ΔC)沒有明顯的差異(表1)。同一耕作模式下，土壤ΔC隨土層的加深往往呈現(xiàn)出先降低后增高的趨勢，nt和nts處理下的土壤表層(0—5 cm)C含量顯著高于20—30 cm土壤C含量(表1)，而t處理下的則沒有明顯變化，免耕提高了土壤表層的C含量。土層0—20 cm下，t，nt和ntsC含量明顯高于10 a前，而ts下的則在各土層下均低于10 a前，秸稈覆蓋對土壤C的積累影響不明顯。4種耕作模式下，20 cm以下大部分土層C含量均低于10 a前，僅nt下90—120 cm土層、nts下120—200 cm土層和ts下120—150 cm土層C含量大于10 a前。

表1　輪作系統(tǒng)中不同耕作方式下土壤碳含量變化(ΔC)

注：(1) 表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差，其中，平均值為參數(shù)變化(Δ)的平均值； (2) 不同小寫字母表示同一耕作模式下各土層之間差異顯著。下同。

2.2　10 a保護(hù)性耕作下土壤氮(N)含量

4種耕作模式間相同土層N含量變化(ΔN)在0—5 cm土層ts與nts間，20—30 cm土層t與免耕(nt和nts)間表現(xiàn)出差異顯著性(p<0.05)。同一耕作模式下，土壤上層(0—20 cm)ΔN往往大于下層，但土層間ΔN無明顯差異(表2)，最低值出現(xiàn)在30—60 cm土層(t)和20—30 cm土層(nt，ts和nts)。保護(hù)性耕作(nt，ts和nts)下，土壤表層(0—5 cm)ΔN最高，而t處理下則在亞表層(5—20 cm)最高。4種耕作模式下，大部分土層N含量均高于10 a前。免耕和免耕+秸稈覆蓋能顯著提高表層土壤N含量，僅秸稈覆蓋對土壤N含量的影響不明顯。

表2　輪作系統(tǒng)中不同耕作方式下土壤氮含量變化(ΔN)

注：(1) 表中不同小寫字母表示同一耕作模式下各土層之間差異顯著；(2) 不同大寫字母表示同一土層在不同耕作模式之間差異顯著。下同。

2.3　10 a保護(hù)性耕作下土壤磷含量

與土壤N含量變化特征(表2)類似，4種耕作模式間相同土層P含量變化(ΔP)差異不明顯(表3)，僅0—5 cm土層t與ts間，20—30 cm土層傳統(tǒng)耕作(t和ts)與免耕(nt和nts)間表現(xiàn)出顯著性差異(p<0.05)。4種耕作模式均表現(xiàn)為，表層的P含量最高。同一耕作模式下，土壤上層(0—20 cm)ΔP大于下層，但土層間ΔP無明顯差異(表3)，最低值出現(xiàn)在30—60 cm土層(t)和20—30 cm土層(nt，ts和nts)(p<0.05)。4種耕作模式下，土壤P含量明顯大于10 a前，可能與長期施肥有關(guān)。

表3　輪作系統(tǒng)中不同耕作方式下土壤磷含量變化(ΔP)

2.4　10 a保護(hù)性耕作下土壤C/N

4種耕作模式間相同土層C/N變化(ΔC/N)無明顯差異(表4)，僅在0—5 cm土層保護(hù)性耕作(nt，ts和nts)下ΔC/N顯著低于t下p<0.05)。同一耕作模式下，土壤ΔC/N隨土層深度增加呈現(xiàn)先降低后增高的趨勢，與土壤C含量變化特征(表1)類似。4種耕作模式下，各土層C/N往往小于10 a前，但t下0—20和120—200 cm土層，nt下5—20和90—150 cm土層，nts下120—200 cm土層例外。

表4　輪作系統(tǒng)中不同耕作方式下土壤C/N變化(ΔC/N)

2.5　10 a保護(hù)性耕作下土壤C/P

4種耕作模式間相同土層C/P變化(ΔC/P)無明顯差異(表5)。同一耕作模式下，各土層間ΔC/P無明顯差異(表5)，但ΔC/P呈現(xiàn)隨土層深度增加先降低后增高的趨勢。長期施肥使土壤P含量(表3)普遍高于10 a前，可能是導(dǎo)致C/P低于10 a前(除nts下150—200 cm土層)的主要原因之一。

表5　輪作系統(tǒng)中不同耕作方式下土壤C/P變化(ΔC/P)

2.6　10 a保護(hù)性耕作下土壤N/P

4種耕作模式間相同土層N/P變化(ΔN/P)無明顯差異(表6)，僅0—5 cm土層t與nts有顯著差異(p<0.05)。同一耕作模式下，土壤ΔN/P隨土層深度增加呈現(xiàn)先減小后增大趨勢(表6)。4種耕作模式下N/P普遍低于10 a前(除nts下0—5 cm土層)。

表6　輪作系統(tǒng)中不同耕作方式下土壤N/P變化(ΔN/P)

3討 論

相比于傳統(tǒng)耕作，保護(hù)性耕作具有改善表層土壤肥力的作用[5]。長期免耕避免了耕作的培肥缺點，減少了土壤擾動次數(shù)，有利于土壤腐殖質(zhì)的積累和土壤結(jié)構(gòu)體的形成[8-9]，使得富含碳、氮的土壤團(tuán)聚體數(shù)量和穩(wěn)定性增加[10]，并使土壤養(yǎng)分向表層富集[11]。但秸稈還田對作物生產(chǎn)的影響還存在爭議[12]。相較于傳統(tǒng)耕作，免耕增加了土壤有機(jī)碳含量[13-14]，并且隨著保護(hù)性耕作時間延長，土壤有機(jī)質(zhì)增加[15]。而本研究顯示，10 a后，相對于傳統(tǒng)耕作，免耕效應(yīng)不明顯?？赡芤驗榻?jīng)過長時間的保護(hù)性耕作后，土壤有機(jī)碳含量雖然提高，且在一個較高的水平上保持相對穩(wěn)定，但各種耕作間在耕層造成的影響沒有明顯差異。此外，免耕下表層土壤有機(jī)碳含最大[16]，而隨著土壤深度的增加，土壤養(yǎng)分含量降低。同時，免耕降低了土壤可侵蝕性，減少了土壤有機(jī)質(zhì)的流失[17]。本研究也得到了類似結(jié)果。土壤全氮含量隨土壤深度的增加呈降低趨勢，且免耕下表層土壤全氮含量最高。本研究也得到了類似結(jié)果。長期免耕有利于淺層土壤硝態(tài)氮不斷積累，減少了氮肥的淋溶損失。同時，免耕下土壤耕層變淺，植物根系大多聚集在表層，植物殘體進(jìn)入下層土壤的數(shù)量減少，而傳統(tǒng)耕作使肥土相融，進(jìn)入下層的植物殘體相對較多，導(dǎo)致表層氮含量較低[18]。長期的保護(hù)性耕作下，土壤全磷含量基本隨土層的加深而降低，表層土壤(0—5 cm)的全磷含量最高，表現(xiàn)出土壤養(yǎng)分逐漸向表層富集化的現(xiàn)象，與前人研究結(jié)果一致[3,11,19-20]。

各元素在全球生物地球化學(xué)循環(huán)中并不是單獨進(jìn)行的，而是存在相互作用。養(yǎng)分供應(yīng)量是否充足是影響有機(jī)體生長、種群結(jié)構(gòu)、物種相互作用和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要因素，可以根據(jù)生態(tài)化學(xué)計量學(xué)的計量比(C/N，C/P和N/P)來判斷限制性元素[21]。土壤的C/N與有機(jī)質(zhì)的分解、土壤呼吸等密切相關(guān)[22]。土壤C/N較低表明有機(jī)質(zhì)具有較快的礦化作用，從而使土壤有效氮含量較高[23]。本研究也表明，在保護(hù)性耕作下，土壤C/N明顯低于傳統(tǒng)耕作，在土壤表層(0—20 cm)尤為突出。同時，4種耕作模式下，土壤碳含量相比于10 a前變化不大，而由于輪作系統(tǒng)中豆科植物固定了一定的氮素，使得土壤氮含量高于10 a前，從而使C/N普遍低于10 a前。目前，有部分土壤的氮儲量估算和生態(tài)系統(tǒng)碳模型研究中將C/N視為常數(shù)，并根據(jù)這個比值和土壤碳含量近似估計土壤的氮儲量[24]。由于施肥管理，使2011年土壤磷含量明顯大于2001年，從而使4種耕作模式的C/P普遍低于10 a前。有研究指出，土壤碳氮磷比可作為診斷養(yǎng)分限制、碳氮磷飽和的有效指標(biāo)[25-26]。本研究中，土壤N/P低于10 a前可能是全磷含量相對于全氮含量升高幅度更大所致。而免耕下C/P和N/P高于耕作，可能因為耕作促使土壤碳和氮轉(zhuǎn)化為氣相而揮發(fā)釋放，從而使C/P和N/P變小。

4結(jié) 論

10 a免耕促進(jìn)了C和N的積累，但與傳統(tǒng)耕作差異不大，而秸稈覆蓋對C和N的影響不明顯；保護(hù)性耕作對P累積沒有明顯的作用。4種耕作模式下，土壤C/N，C/P和N/P均普遍低于10 a前。

[參考文獻(xiàn)]

[1]趙如浪,劉鵬濤,馮佰利,等.黃土高原春玉米保護(hù)性耕作農(nóng)田土壤養(yǎng)分時空動態(tài)變化研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2010,28(6):69-74.

[2]師江瀾,劉建忠,吳發(fā)啟.保護(hù)性耕作研究進(jìn)展與評述[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2006,24(1):205-212.

[3]鄭麗娜,王先之,沈禹穎.保護(hù)性耕作對黃土高原塬區(qū)作物輪作系統(tǒng)磷動態(tài)的影響[J].草業(yè)學(xué)報,2011,20(4):19-26.

[4]楊晶,沈禹穎,南志標(biāo),等.保護(hù)性耕作對黃土高原玉米—小麥—大豆輪作系統(tǒng)產(chǎn)量及表層土壤碳管理指數(shù)的影響[J].草業(yè)學(xué)報,2010,19(1):75-82.

[5]羅珠珠.不同耕作措施下黃土高原旱地土壤質(zhì)量綜合評價[D].蘭州:甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué),2008.

[6]Sterner R W, Elser J J. Ecological stoichiometry: the biology of elements from molecules to the biosphere[M]. Princetion, New Jersey, USA: Princeton University Press, 2002.

[7]楊惠敏,王冬梅.草—環(huán)境系統(tǒng)植物碳氮磷生態(tài)化學(xué)計量學(xué)及其對環(huán)境因子的響應(yīng)研究進(jìn)展[J].草業(yè)學(xué)報,2011,20(2):244-252.

[8]許淑青,張仁陟,董博,等.耕作方式對耕層土壤結(jié)構(gòu)性能及有機(jī)碳含量的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報,2009,17(2):203-208.

[9]Ouédraogo E, Mando A, Stroosnijder L. Effects of tillage, organic resources and nitrogen fertiliser on soil carbon dynamics and crop nitrogen uptake in semi-arid West Africa[J]. Soil and Tillage Research, 2006,91(1):57-67.

[10]王棟,李輝信,李小紅,等.覆草旱作對稻田土壤活性有機(jī)碳的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,44(1):75-83.

[11]秦紅靈,高旺盛,馬月存,等.免耕對農(nóng)牧交錯帶農(nóng)田休閑期土壤風(fēng)蝕及其相關(guān)土壤理化性狀的影響[J].生態(tài)學(xué)報,2007,27(9):3778-3784.

[12]謝瑞芝,李少昆,李小君,等.中國保護(hù)性耕作研究分析：保護(hù)性耕作與作物生產(chǎn)[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2007,40(9):1914-1924.

[13]Roldán A, Caravaca F, Hernández M T, et al. No-tillage, crop residue additions, and legume cover cropping effects on soil quality characteristics under maize in Patzcuaro watershed (Mexico)[J]. Soil and Tillage Research, 2003,72(1):65-73.

[14]張潔,姚宇卿,金軻,等.保護(hù)性耕作對坡耕地土壤微生物量碳,氮的影響[J].水土保持學(xué)報,2008(4):126-129.

[15]Dao T H. Tillage and crop residue effects on carbon dioxide evolution and carbon storage in a Paleustoll[J]. Soil Science Society of America Journal, 1998,62(1):250-256.

[16]Salinas-Garcia J R, Hons F M, Matocha J E. Long-term effects of tillage and fertilization on soil organic matter dynamics[J]. Soil Science Society of America Journal, 1997,61(1):152-159.

[17]楊景成,韓興國,黃建輝,等.土壤有機(jī)質(zhì)對農(nóng)田管理措施的動態(tài)響應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)報,2003,23(4):787-796.

[18]徐陽春,沈其榮,雷寶坤,等.水旱輪作下長期免耕和施用有機(jī)肥對土壤某些肥力性狀的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2000,11(4):549-552.

[19]楊海濤.保護(hù)性耕作不同施肥模式下土壤特性與春玉米生長發(fā)育研究[D].北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué),2005.

[20]Triplett G B, Dick W A. No-tillage crop production: A revolution in agriculture![J]. Agronomy Journal, 2008,100(S):153-165.

[21]曾德慧,陳廣生.生態(tài)化學(xué)計量學(xué):復(fù)雜生命系統(tǒng)奧秘的探索[J].植物生態(tài)學(xué)報,2005,29(6):1007-1019.

[22]賀金生,韓興國.生態(tài)化學(xué)計量學(xué):探索從個體到生態(tài)系統(tǒng)的統(tǒng)一化理論[J].植物生態(tài)學(xué)報,2010,34(1):2-6.

[23]王紹強(qiáng),于貴瑞.生態(tài)系統(tǒng)碳氮磷元素的生態(tài)化學(xué)計量學(xué)特征[J].生態(tài)學(xué)報,2008,28(8):3937-3947.

[24]韓興國，李凌浩，黃建輝.生物地球化學(xué)概論[M].北京：高等教育出版社,1999.

[25]Güsewell S, Koerselman W, Verhoeven J T A. Biomass N: P ratios as indicators of nutrient limitation for plant populations in wetlands[J]. Ecological Applications, 2003,13(2):372-384.

[26]Tessier J T, Raynal D J. Use of nitrogen to phosphorus ratios in plant tissue as an indicator of nutrient limitation and nitrogen saturation[J]. Journal of Applied Ecology, 2003,40(3):523-534.

Ecological Stoichiometric Characteristics of Soil Carbon， Nitrogen and Phosphorus After 10 Years Conservation Tillage in a Rotation System

LU Jiaoyun, WANG Zhennan, YANG Huimin, SHNE Yuying

(StateKeyLaboratoryofGrasslandAgro-ecosystems,CollegeofPastoral

AgricultureScienceandTechnology,LanzhouUniversity,Lanzhou730020,China)

Abstract：[Objective] To study the effects and mechanisms of long-term no-tillage and straw mulch on soil quality.[Methods] With comparing the soil characteristics from 2001 to 2011, the conventional tillage, no-tillage, conventional tillage + straw mulch and no-tillage + straw mulch were set for 10 years in a corn-wheat-soybean rotation system. Soils of 0—200 cm layers were taken for analyzing organic carbon(C), total nitrogen(N) and total phosphorus(P).[Results] Long-term no-tillage improved C and N contents of surface soils, and straw mulch only had little effect on them. Long-term conservation tillage had no significant effect on soil P level. Conservation tillage resulted in the lowest N and P contents at 20—30 cm soil layer, while under conventional tillage, it was at 30—60 cm layer. Soil C/N, C/P and N/P were generally lower than that of a decade ago and with soil depth increased, the variation of C/N, C/P and N/P showed a drop—rise trend.[Conclusion] Long-term conservation tillage had no significant effect on soil C, N and P. In the four tillage patterns, soil C/N, C/P and N/P were generally lower than a decade ago.

Keywords:no-tillage; stubble retention; soil fertility; ecological stoichiometric ratio

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1000-288X(2015)01-0096-06

中圖分類號：S158.5

通信作者：楊惠敏(1978—)，男(漢族)，湖北省應(yīng)城市人，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事植物逆境生物學(xué)研究。E-mail:huimyang@lzu.edu.cn。

收稿日期：2014-01-13修回日期：2014-02-27

資助項目：甘肅省科技重大專項“慶陽黃土高原生態(tài)治理和水資源高效利用的技術(shù)體系研究與示范”(1203FKDA035)； 教育部科學(xué)技術(shù)研究重大項目(313028)； 國家自然科學(xué)基金項目(31172248)

第一作者：陸姣云(1989—)，女(漢族)，甘肅省蘭州市人，碩士，研究方向為草類生態(tài)化學(xué)計量學(xué)研究。E-mail:lujy09@lzu.edu.cn。