课题组2026最新成果 || 中国农业科学 | 湖南典型红壤区不同土地利用方式农田土壤碳氮磷化学计量比特征
湖南省地处亚热带地区，光温水热资源丰富，适合发展多熟制，除水田和旱地外，水旱轮作田也是该地区重要的农田土地利用方式。由于该区域三种农田土地利用方式下施肥、水分管理和种植方式的不同，使得其土壤理化性质和微生物活性均具有较大差异，这势必会影响其元素化学计量比。然而，现有研究多集中于土壤或微生物生物量单一的元素化学计量比，对土壤、微生物生物量和酶活性三者元素化学计量比的协同影响规律尚不明确，尤其缺乏对其3个层次综合调控土壤养分积累与转化特征的系统分析，从而限制了我们对红壤区不同农田利用方式下土壤养分供应机制的深入理解。基于此，本文选取湖南典型红壤区水田、水旱轮作田和旱地3种农田土地利用方式的耕层土壤，从土壤、微生物生物量和酶活性的角度综合分析其元素化学计量特征，深入揭示该区域土壤有机质转化和氮磷养分供应特征，为制定合理的农业管理措施以及指导施肥提供理论依据。湖南农业大学张振华教授团队选取了湖南省从北向南5个县15对相邻水田、水旱轮作田和旱地耕层土壤，探究其碳氮磷化学计量比特征。研究结果表明，在所试红壤区水田、水旱轮作田和旱地耕层有机碳含量分别为11.1—18.3、13.3—17.8和9.9—13.2 g·kg-1，全氮含量分别为1.32—1.74、1.27—1.77和0.74—1.05 g·kg-1，速效氮变化范围分别为97.8—199.3、100.1—210.4和54.4—141.6 mg·kg-1，3个指标的变化趋势均为水旱轮作田＞水田＞旱地（图2-a、2-b、2-d），其中水田和水旱轮作田均显著高于旱地（P<0.01）；全磷含量范围分别为0.27—0.43、0.27—0.49和0.32—0.43 g·kg-1，变化趋势为旱地＞水旱轮作田＞水田（图2-c），其中水旱轮作田和旱地之间无显著性，但两者均显著高于水田土壤（P < 0.05）；速效磷含量范围分别为31.9—67.3、34.2—82.0和43.9—101.2 mg·kg-1，变化趋势为旱地＞水旱轮作田＞水田（图2-e），且旱地显著高于水田和水旱轮作田（P < 0.01）。总体而言，水旱轮作田土壤有机碳、全氮和速效氮平均含量高于水田，但整体未达到显著性；而旱地土壤全磷和速效磷平均含量最高。*表示P＜0.05，**表示P＜0.01，ns表示无显著差异；中间实线代表中位数，空心正方形“◽”为平均值；上下两条线分别代表75%和25%的置信区间。下同进一步分析发现，水田、水旱轮作田和旱地土壤C:N:P比分别为41.5:4.3:1、39.8:3.9:1和29.5:2.3:1。其中，水田、水旱轮作田和旱地土壤C:N比值范围分别为7.1—12.1、8.8—12.5和11.0—15.1，且水田和水旱轮作田均显著低于旱地（P<0.01）（图3-a）；土壤C:P比值范围分别为33.6—53.2、26.8—56.0和19.2—37.4，N:P比值范围分别为3.2—5.2、2.7—5.0和1.5—3.0，AN:AP比值范围分别为1.7—4.7、1.4—4.7和0.5—2.7，且3种比值在水田和水旱轮作田土壤中均显著高于旱地土壤，而N:P比值在水田土壤中显著高于水旱轮作田（P<0.05）（图3-b、3-c、3-d）。这表明在3种土地利用方式中，水田土壤C:P、N:P和AN:AP比值的平均值最高，而旱地土壤C:N比值的平均值最高。通过分析微生物生物量碳氮磷，发现水田、水旱轮作田和旱地土壤的MBC:MBN:MBP比分别为43.9:4.2:1、35.4:3.5:1和17.8:1.4:1。其中，水田、水旱轮作田和旱地土壤的MBC:MBN比值的变化范围分别为4.6—15.4、6.8—15.3和6.9—30.9，且水田和水旱轮作田均显著低于旱地土壤（P<0.05）（图4-a）；土壤MBC:MBP比值的变化范围分别为17.2—90.3、15.3—55.9和10.4—40.3，土壤MBN:MBP比值的变化范围分别为2.1—9.1、0.8—6.6和0.2—3.4，且水田>水旱轮作田>旱地（P<0.05）（图4-b、4-c）；表明在3种不同土地利用方式中，水田土壤MBN:MBP比和MBC:MBP比的平均值最高，而旱地土壤MBC:MBN比的平均值最高。图4 不同土地利用方式下土壤微生物生物量碳氮磷化学计量比通过分析土壤碳氮磷相关酶活性，结果表明，水田、水旱轮作田和旱地EC:N:P比分别为1.1:1:1、1.3:1.3:1和1.5:1.5:1。其中，水田、水旱轮作田和旱地土壤EC:N比值的变化范围分别为1.0—1.7、1.2—1.4和1.1—1.4，且水田显著高于旱地土壤（P<0.05）（图5-a）；EC:P比值的变化范围分别为0.9—1.8、1.2—1.8和1.2—2.6，且水田显著低于旱地土壤（P<0.01）；EN:P比值的变化范围分别为0.7—1.2、1.0—1.8和1.0—2.3，且旱地和水旱轮作田显著高于水田（P < 0.05）（图5-c）。这些结果表明，在3种不同土地利用方式中，水田EC:N比的平均值最高，而旱地EC:P和EN:P比的平均值最高。冗余分析与Pearson相关分析结果均表明（图6-a、6-b），土壤C:N与MBC:MBN呈正相关，与EC:N呈负相关，且与TN、AN和MBN呈显著负相关；土壤C:P与MBC:MBP呈显著正相关，与EC:P呈显著负相关，且与土壤有机碳、全氮和MBC呈显著正相关，与全磷、速效磷和MBP均呈显著负相关；土壤N:P比与AN:AP比和MBN:MBP比呈显著正相关，与EN:P呈显著负相关，且与土壤有机碳、全氮、速效氮和MBN呈显著正相关，与全磷、速效磷、MBP呈显著负相关。综上，土壤有机碳、全氮和全磷是影响亚热带地区农田土壤、微生物生物量和酶活性化学计量比解释度相对较高的环境因子。图6 土壤、微生物生物量、胞外酶及其化学计量比之间的冗余分析（a）和Pearson相关性分析（b）结论：在湖南典型红壤区，相对于旱地，水田和水旱轮作田土壤氮素供应相对充足，其有机碳本身矿化潜势高易被矿化，而淹水环境可能是其保持较高有机碳含量的主要原因；水旱轮作田土壤全磷含量相对较高，但其有效性有待提升。湖南农业大学资源学院林娇为论文第一作者，夏银行副教授和张振华教授为共同通讯作者。相关研究成果以“湖南典型红壤区不同土地利用方式农田土壤碳氮磷化学计量比特征”为题发表在《中国农业科学》。该研究得到了国家自然科学基金青年基金（42207409）、国家重点研发计划课题（2023YFD1901504）、中国科学院战略性先导科技专项（XDA0440404）等项目的联合资助。论文链接（DOI）：10.3864/j.issn.0578-1752.2026.10.00
10个月宝宝每天需要喝多少奶粉？
