摘要
为探究全国尺度下典型农田土壤化学计量比特征，收集了 2013—2023 年间文献及专著中典型农田土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）数据共 443 条；通过国家统计局近十年化肥投入量、农作物和牲畜产量数据估算出各区域化肥（IF）、秸秆（SF）、粪便（MF）以及总物料（F）投入量，采用单因素方差分析和皮尔逊相关性分析等统计方法，解析主要农业生产区域农田土壤计量学特征对培肥物料输入的响应关系。结果表明，全国农田土壤碳氮比（C/N）平均值为 10.20，范围为 4.22～20.55，各区域间无显著性差异；土壤碳磷比 （C/P）、氮磷比（N/P）平均值分别为 770.8、76.15，范围分别为 90.4～2749.1、8.24～296.08，均以西南地区平均值最高，显著高于西北、华北地区。外源物料碳（C）、氮（N）、磷（P2O5）投入量最高的区域分别是西北、西南和华南地区，投入物料 C/N、C/P 最高均是华北地区（12.19、36.93），N/P 最高为华东地区（3.16）。皮尔逊相关性分析显示，全国农田土壤 C/N 基本上与外源物料投入无显著性相关关系。土壤 C/P 方面，东北地区与 N/P_F、 C/P_F、C_SF 呈极显著负相关关系，华北、华中、华东、华南地区与 C_MF、N_MF、P_MF 呈显著正相关关系，西北地区则与 C_MF、N_MF、P_MF 呈显著负相关关系；土壤 N/P 方面，东北地区受 C/P_F、N/P_F、C_SF 负向调控，受 C/N_F 正向调控，华北地区受 N_IF 负向调控，华南、西南地区受 C/N_F、C/P_F、C_F 正向调控。这些结果表明，我国典型农田系统土壤 C/N 无显著空间差异，C/P、N/P 呈现北低南高趋势；我国典型农田土壤 C/N 受外源物料投入影响很小；土壤 C/P 在东北地区的关键调控因子是秸秆投入，其他区域为粪肥投入；土壤 N/P 在东北、华南、西南地区受外源物料总投入计量比调控。这些农田土壤化学计量学特征及其与投入物料的响应关系，对于指导农田区域优化施肥策略和资源高效利用具有重要意义。
Abstract
To explore the stoichiometric characteristics of typical agricultural soils at the national scale，a total of 443 data points on organic carbon（SOC），total nitrogen（TN），and total phosphorus（TP）in typical farmland soils were collected from literature and monographs between 2013 and 2023. By using the data of inorganic fertilizer input，crop and livestock yield from the National Bureau of Statistics in the past decade，the input of inorganic fertilizers（IF），straw （SF），manure（MF），and total fertilizers（F）in each region was estimated. Statistical methods such as one-way ANOVA and Pearson correlation analysis were used to analyze the response relationship between the stoichiometric characteristics of farmland soils in major agricultural production areas and the input of fertilizer materials. The results showed that the average C/N ratio of farmland soil in China was 10.20，ranging from 4.22 to 20.55，with no significant differences between regions. The average values of soil C/P and N/P were 770.8 and 76.15，respectively，ranging from 90.4 to 2749.1 and from 8.24 to 296.08，respectively，both of which were the highest in the southwest region and significantly higher than in the northwest and north China. The regions with the highest input of external materials carbon（C），nitrogen（N），and phosphorushe（P2O5）were northwest，southwest，and south China，respectively. The highest input materials C/N and C/P were in north China（12.19，36.93），and the highest N/P was in east China（3.16）. Pearson correlation analysis revealed no significant correlation between the C/N ratio of farmland soil and external material input in China. In Northeast China，a highly significant negative correlation was observed between soil C/P and N/P_F，C/P_F and C_SF. Conversely， North China，Central China，East China and South China exhibited a significant positive correlation between soil C/P and C_MF，N_MF and P_MF. Northwest China，however，showed a significant negative correlation between soil C/P and C_MF，N_MF and P_MF. Soil N/P in Northeast China was negatively regulated by C/P_F，N/P_F and C_SF，but positivelyby C/N_F. North China’s soil N/P was negatively influenced by N_IF，while South China and Southwest China’s soil N/P was positively influenced by C/N_F，C/P_F and C_F. The results indicated that there were no significant spatial differences in soil C/N ratios across typical agricultural systems in China，with C/P and N/P ratios tending to decrease in the north and increase in the south. The C/N ratio of typical farmland soils in China was minimally influenced by external material inputs. In Northeast China，straw was the key regulatory factor for soil C/P，while manure played a similar role in other regions. Soil N/ P was regulated by the total input ratio of exogenous materials in northeast，south and southwest China. These stoichiometric characteristics and their responses to input materials were crucial for guiding the optimization of fertilization strategies and efficient resource utilization in farmland areas.
Keywords
土壤生态的化学计量比例是评估土壤健康状况和营养供应能力的关键指标。土壤中的营养元素相互之间存在耦合作用，深入探究土壤营养元素及其化学计量属性能够更全面地掌握土壤营养元素的供给情况[1-2]。土壤中碳氮比（C/ N）是评估土壤碳与氮转化能力、有机物质分解速度，以及营养均衡状况的关键指标，它能够敏感地反映土壤质量的变化[3]；碳磷比（C/P）作为衡量土壤中磷素有效性的一个重要参数，其值越低，意味着土壤中磷的可用性越高；而氮磷比（N/P）则能够指示养分的限制类型[4]，对于预测植物生长中可能面临的营养限制具有重要意义。
相较于其他陆地生态系统，农田生态系统中的碳、氮、磷等养分更容易受到耕作、施肥以土地利用模式等人为因素的控制和影响[5]，其中外源物料的影响尤为关键。外源物料（肥料）被誉为农作物的“食粮”，它不仅是农业发展的根本要素，也是提高农产品产量和质量的关键，同时在促进资源的高效利用和保护生态环境方面也扮演着至关重要的角色[6]。化肥可以迅速提供植物所需的营养元素，但长期单施化肥会造成土壤酸化、土壤板结等问题[7]；与单施化肥相比，化肥配施秸秆则提供了额外的养分输入，导致土壤有机碳（SOC）积累，较高的 SOC 含量可以改善土壤结构、持水能力和养分循环[8]；而粪肥通过提供丰富的有机质和微生物，改善土壤结构，增加土壤酶活性，促进养分转化和土壤肥力提升[9]。但粪肥也存在营养物质释放速度较慢且释放期较长的问题[10]。
从生态化学计量学的角度研究农田土壤和不同外源物料投入，能更加全面深刻地理解土壤养分循环和元素平衡，从而指导科学施肥，提高养分有效性，实现作物增产。
Tian 等[11] 研究中国土壤数据发现，C/N 变化幅度较小，C/P、N/P 变化幅度较大，主要受气候带和土壤深度影响。另有研究表明，全国农田土壤 C∶N∶P 为 825∶81∶1，C/N 无明显差异，C/P、N/ P 在西南地区最高，存在明显空间异质性[12]。针对外源物料投入对农田土壤计量学的影响，平怀香等[13] 通过 Meta 分析发现，不同施肥条件对土壤均有影响，单一化肥和化肥有机肥配施分别对土壤 C/N、C/P 影响最大；王传杰等[14]研究发现，长期有机无机肥配施条件下 C/N 降低，磷肥施用下 C/P 降低；姚志霞等[15]发现，长期不同秸秆还田处理土壤 C/N 和 C/P 先降低后升高，土壤 N/P 基本持平。还有研究表明，施肥对土壤生态化学计量比的影响与土壤养分的固定特性及养分循环的平衡密切相关。例如，氮素在土壤中的损失途径多样，非生产性流失较多，主要通过有机氮积累来固定，与产投平衡的关联较弱；磷素损失途径较少，能以有机和无机形式固定，其含量变化与产投平衡关系更紧密。氮磷平衡的差异最终会影响土壤的氮、磷化学计量比[16-17]。
近些年来，国内关于农田化学计量学的研究越来越多，然而多为小区域内研究，且针对区域间农田土壤和培肥物料化学计量学特征及相关性的对比研究相对欠缺。本研究在全国尺度下，从更为宏观的视角对农田土壤生态化学计量学进行研究，并对全国施肥状况统计分析，可以更好地理解不同地区土壤养分和计量比的分布特征，以及与施肥策略的相关性，有助于为全国范围内的土壤管理和农业政策提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 数据收集和整理
我国典型农田土壤计量学数据来源于中国知网、维普网和 Web of Science，通过设定检索词“农田化学计量”“农田土壤碳氮”“农田土壤磷”“farmland or‘agricultural soil’or cropland and stoichiometry”“farmland or‘agricultural soil’or cropland and‘carbon and nitrogen’”，搜集 2013 至 2023 年公开发表的期刊论文，共下载 329 篇文献，查阅后筛选出 140 篇有效文献，整理 443 条数据。各主要区域的农田土壤外源物料投入量（化肥、秸秆、粪肥）基于国家统计局对应年份数据进行统计，其中化肥投入量通过总投入量除以耕地面积得出；秸秆、粪肥投入量通过主要作物（稻谷、小麦、玉米）产量、牲畜（猪、牛、羊）饲养量代入养分含量系数和还田率估算得出，养分含量系数从文献中获取[18-20]。
秸秆还田带入养分含量计算公式如下：
(1)
公式采用国际上通用的草谷比方法[21-22]来估算。其中，Ns 为单位耕地面积秸秆养分总投入量， i 为第 i 种作物，Y 为作物经济产量，Rs 为作物草谷比，C 为秸秆中 C、N、P 含量系数，Rr 为还田率， h 为耕地面积。
畜禽粪便还田代入养分含量计算公式如下：
(2)
式中，Nm 表示单位耕地面积粪便养分投入量，n 是畜禽的类型总数，i 是第 i 种畜禽，Qd 是畜禽数量，E 是畜禽养分排泄系数，R 是粪便还田率，h 是耕地面积。
在数据搜集过程中，如果数据以图表形式展示，则采用 GetData Graph Digitizer 2.24 软件获取。文献中土壤有机质（SOM）采用除以系数 1.724 的方法换算成 SOC。本研究中土壤碳、氮、磷均指 SOC、全氮（TN）、全磷（TP），数据提取后单位统一为 g/kg，计量比为各元素质量比；外源物料投入碳、氮、磷分别指单质 C、单质 N 和 P2O5，单位为 kg/hm2，计量比为质量比。
1.2 数据分析
将搜集数据按照主要农业生产区域归类整理，具体包括东北区、华北区、华东区、华中区、华南区、西南区、西北区。其中东北区包括黑龙江省、吉林省、辽宁省、内蒙古自治区东部（锡林郭勒盟、兴安盟、呼伦贝尔市、赤峰市、通辽市）；华北区包括北京市、天津市、山西省、河北省、内蒙古自治区中部（呼和浩特市、包头市、鄂尔多斯市、乌兰察布市）；华东区包括上海市、江苏省、浙江省、安徽省、江西省、山东省、福建省、台湾地区；华中区包括河南省、湖北省、湖南省；华南区包括广东省、广西壮族自治区、海南省、香港特别行政区、澳门特别行政区；西南区包括四川省、重庆市、云南省、贵州省、西藏自治区；西北区包括陕西省、甘肃省、青海省、宁夏回族自治区、新疆维吾尔自治区、内蒙古自治区西部（巴彦淖尔、乌海、阿拉善盟地区）。
采用 Excel 2019 和 SPSS 21.0 对数据进行统计分析，采用单因素（one-way ANOVA）进行方差分析，Duncan 法检验各组均值之间的差异显著性 （P<0.05），皮尔逊（Person）相关法进行相关分析 （显著性水平为 P<0.05 和 P<0.01）。用 OriginPro 2024 软件作图。
2 结果与分析
2.1 我国典型区域农田土壤化学计量学统计特征
2.1.1 我国典型区域农田土壤碳、氮、磷含量统计特征
根据表1数据，各地区农田土壤碳含量及其变异系数有所差异：东北地区（7.20～37.67 g/kg，0.40）、华北地区（3.42～19.29 g/kg，0.33）、华东地区（2.44～25.37 g/kg，0.32）、华中地区（4.28～22.15 g/kg，0.33）、华南地区（4.12～28.48 g/kg，0.32）、西南地区（2.51～31.50 g/kg，0.49）、西北地区（0.96～20.20 g/kg，0.51）。在这些地区中，碳含量东北地区最高（16.33 g/kg），其后依次是西南地区（14.16 g/kg） 和华东地区（14.06 g/kg）。进一步观察图1可以发现，东北地区的碳含量明显高于华北、华南和西北地区，而与华中、华东和西南地区相比则没有显著差异；相对而言，华北和西北地区的碳含量则显著低于其他地区。
表1我国典型农田土壤 C、N、P 含量
各地区农田土壤氮含量及其变异系数同样表现出区域性差异：东北地区（0.56～2.88 g/kg，0.36）、华北地区（0.37～1.47 g/kg，0.25）、华东地区（0.22～2.27 g/kg，0.28）、华中地区（0.60～2.09 g/kg， 0.27）、华南地区（0.32～2.71 g/kg，0.35）、西南地区（0.19～3.05 g/kg，0.44）、西北地区（0.21～2.44 g/kg，0.42）。东北地区在此指标上同样领先（1.57 g/kg），其后依次是华东地区（1.37 g/kg）和西南地区（1.34 g/kg）。图1的数据显示，东北地区的氮含量高于华南、西北和华北地区，而与华东、华中和西南地区相比没有显著差异；华北地区的氮含量则是所有地区中最低的。
各地区农田土壤磷含量及其变异系数也有所不同：东北地区（0.0084～0.0506 g/kg，0.31）、华北地区（0.0043～0.0403 g/kg，0.41）、华东地区 （0.0026～0.0501 g/kg，0.46）、华中地区（0.0065～0.0296 g/kg，0.18）、华南地区（0.0048～0.0736 g/kg， 0.67）、西南地区（0.0075～0.0321 g/kg，0.38）、西北地区（0.0083～0.0439 g/kg，0.44）。东北地区磷含量最高（0.0244 g/kg），其后依次是华南地区（0.0238 g/kg）和华中地区（0.0220 g/kg）。图1显示，东北和华南地区的磷含量高于华北、华中和西北地区，但在这些地区内部并没有发现显著差异。
图1我国典型农田土壤碳、氮、磷含量分布特征
注：箱体上不同小写字母表示各区域间养分元素含量差异显著（P<0.05）。箱形图红色虚线、黑色水平线和黑色圆点分别表示平均值、中位数和异常值。箱体上、下边缘对应样本上、下四分位（Q3、Q1），上、下误差线分别延伸至非异常值的最大与最小观测（1.5×IQR 范围内）。下同。
2.1.2 我国典型农田土壤碳、氮、磷计量比统计特征
根据表2，农田土壤 C/N 范围和变异系数在各区域间分别为东北区（5.79～16.29，0.23）、华北区（4.93～14.33，0.16）、华东区（7.46～17.04，0.17）、华中区（4.24～19.27，0.27）、华南区（6.15～20.55， 0.27）、西南区（4.22～16.67，0.21）、西北区（4.57～18.33，0.29），全国平均范围为 4.22～20.55，变异系数为 0.23。尽管存在差异，Box 图和显著性分析显示，各区域间的农田土壤 C/N 并无显著性差异，表明 C/N 在全国范围内相对稳定，不受地理位置的影响（图2）。此外，通过线性回归分析发现，在所有区域中，SOC 含量与 TN 含量之间均具有较高拟合度，存在显著的线性关系（P<0.01）（图3）。
各区域的农田土壤 C/P 呈现出不同的范围和变异系数：东北区（193.5～1574.6，0.46）、华北区（201.0～1470.2，0.51）、华东区（206.6～2749.1， 0.70）、华中区（197.0～1456.1，0.50）、华南区 （122.6～2626.6，1.27）、西南区（158.7～2144.8， 0.45）、西北区（90.4～2368.1，0.73），全国平均范围为 90.4～2749.1，变异系数为 0.58。Box 图和显著性分析揭示，西南区的 C/P 最高（964.6），显著高于东北区（669.8）、西北区（554.4）、华北区 （495.9），而与其他区域相比则没有显著性差异。线性回归分析显示，土壤 SOC 含量与 TP 含量之间，在东北、西南地区有显著线性关系（P<0.05），其余地区没有显著线性关系（图3）。
各区域的农田土壤 N/P 也表现出一定的变化：东北区（16.77～168.46，0.48）、华北区 （18.14～162.22，0.54）、华东区（22.28～192.11， 0.58）、华中区（33.33～132.87，0.38）、华南区（8.24～296.08，1.34）、西南区（16.10～175.51， 0.39）、西北区（15.87～182.50，0.59），全国平均范围为 8.24～296.08，变异系数为 0.55。Box 图和显著性分析表明，西南区的 N/P 最高（91.54），而西北（58.92）和华北区（50.65）相对较低，但这些区域之间并没有显著性差异。同样，线性回归分析未能发现土壤 TN 含量与 TP 含量之间，在华北、华中、西南地区具有显著线性关系（P<0.05），其余地区没有显著线性关系（图3）。
表2我国典型农田土壤碳、氮、磷计量比
注：C/N 为碳氮比，C/P 为碳磷比，N/P 为氮磷比。
图2我国典型农田土壤碳、氮、磷计量比分布特征
注：C/N 为碳氮比，C/P 为碳磷比，N/P 为氮磷比。箱体上不同小写字母表示各区域间养分元素计量比差异显著（P<0.05）。下同。
图3我国典型农田土壤碳、氮、磷线性回归
2.2 我国典型农田外源培肥物料碳、氮、磷计量比特征
农田生态系统作为一种以农作物为中心的人工陆地生态系统，其土壤中的 C、N、P 养分受人类活动，尤其是耕作和施肥的影响颇深。本研究对各区域外源物料的投入量进行了统计，包括化肥、秸秆和粪肥。
碳投入量主要来源于秸秆和动物粪便。全国碳投入量的变化范围为 1324.1～7665.4 kg/hm2，其中秸秆源碳投入量介于 746.2～5083.5 kg/hm2，粪源碳投入量介于 300.3～5695.3 kg/hm2。西北地区的总碳平均投入量最高，达到 5157.4 kg/hm2，且粪肥来源的碳高于秸秆来源；华东地区最低，为 2998.2 kg/hm2 （表3）。秸秆源碳投入量各地区从高到低的顺序为华中、华北、华东、东北、西南、西北、华南；粪源碳投入量顺序为西北、西南、东北、华南、华中、华北、华东；总碳投入量顺序为西北、西南、华中、华北、东北、华南、华东（图4a）。
氮肥主要来源于化肥、秸秆和粪肥，但由于秸秆和粪肥中含氮量较低，化肥成为氮肥投入的主要来源。全国氮肥投入量的变化范围为 211.3～931.6 kg/hm2，其中化肥源氮肥投入量介于 138.8～761.7 kg/hm2。西南地区的平均施氮量最高，为 652.2 kg/hm2，华东地区最低，为 346.2 kg/hm2 （表3）。化肥源氮肥投入量各地区顺序为华南、西南、西北、华中、东北、华东、华北；秸秆源氮肥投入量顺序为华中、华北、华东、东北、西南、华南、西北；粪源氮肥投入量顺序为西北、西南、东北、华南、华中、华北、华东；总氮肥投入量顺序为西南、华南、西北、华中、东北、华北、华东（图4b）。
磷肥同样主要来源于化肥，秸秆和粪便中的磷元素含量较少。全国磷肥投入量的变化范围为 58.9～322.9 kg/hm2，化肥源磷肥投入量介于 46.6～279.0 kg/hm2，秸秆源磷肥介于 2.3～17.6 kg/hm2，粪源磷肥介于 4.5～55.9 kg/hm2。华南地区的磷肥平均投入量最高，为 235.0 kg/hm2，华北地区最低，为 114.2 kg/hm2 （表3）。化肥源磷肥投入量各地区顺序为华南、西南、华中、西北、东北、华东、华北；秸秆源磷肥投入量顺序为东北、华中、华北、华东、西南、华南、西北；粪源磷肥投入量顺序为西南、西北、华南、东北、华中、华北、华东；总磷肥投入量顺序为华南、西南、华中、西北、东北、华东、华北（图4c）。
表3我国典型农田土壤外源培肥物料碳、氮、磷投入量
注：IF、SF、MF、F 分别代表化肥、秸秆、粪肥和总肥；不同小写字母表示各区域间投入量差异显著（P<0.05）。
图4我国典型农田外源培肥碳、氮、磷投入量
注：不同小写字母表示各区域间碳、氮、磷物料总投入量差异显著（P<0.05）。下同。
从元素计量比的角度分析，外源物料投入的 C/N 在全国的变化范围是 3.62～15.47，其中华北地区的 C/N 平均值最高，为 12.19，而华南地区最低，为 4.97。C/P 在全国的变化范围是 8.96～45.17，平均值最高的区域同样是华北地区，为 36.93，华南地区最低，为 13.36。N/P 在全国的变化范围是 1.99～4.20，平均值最高区域是华东地区，为 3.16，最低的区域是华中地区，为 2.63，其他区域间没有显著性差异。各区域外源物料总投入量的 C/N 从高到低各地区的顺序是华北、东北、西北、华中、华东、西南、华南；C/P 从高到低的顺序是华北、西北、华东、东北、西南、华中、华南；N/ P 从高到低的顺序是华东、华北、西南、西北、东北、华南、华中（图5）。
2.3 外源培肥物料投入量对我国典型农田土壤计量比的影响
通过皮尔逊相关性分析可知，不同区域的土壤化学计量比与外源物料的相关性不同。农田土壤 C/N 方面，除华北、华东地区外，其余地区土壤 C/N 与外源物料投入无显著性相关关系。土壤 C/P 方面，东北地区与 N/P_F、C/P_F、C_SF、N_SF、P_ SF 呈极显著负相关关系，华北、华中、华东、华南地区与 C_MF、N_MF、P_MF 呈显著正相关关系，西北地区则与 C_MF、N_MF、P_MF 呈显著负相关关系。土壤 N/P 方面，东北地区与 C/P_F、N/P_F、 C_SF、N_SF、P_SF、N_IF 呈极显著负相关关系，与C/N_F 呈极显著正相关关系；华北地区与 N_IF 呈显著负相关关系；华南、西南地区与 C/N_F、C/P_F、 C_F、N_MF、P_MF 呈显著正相关关系；华东、华中、西北地区与外源物料投入无显著相关关系（图6）。
图5我国典型农田外源培肥碳、氮、磷化学计量比特征
图6土壤化学计量与外源培肥的相关性分析
注：a、b、c、d、e、f、g 分别为东北、华北、华东、华中、华南、西南、西北地区；IF、SM、MF、F 分别代表化肥、秸秆、粪肥和总肥；* 表示 P<0.05 水平显著；** 表示 P<0.01 水平显著。
3 讨论
3.1 不同区域农田土壤化学计量学差异分析
研究结果显示，全国农田土壤 C/N 平均数为 10.20，这与许泉等[23]、孙立青[12]的结果相近。虽然各区域土壤碳、氮含量不同，但各区域农田土壤 C/N 并没有显著差异（图2），说明 C/N 与气候的相关性较弱，这与 Tian 等[11]研究结果一致。各区域农田土壤 C/N 相对稳定的原因可能在于相似微生物群落在土壤 C、N 循环过程中扮演的重要角色。微生物可以分解有机质，释放出碳和氮，同时也可以固持碳和氮，微生物死后以残体碳、氮形式留存于土壤中。微生物在利用养分时会按照特定的资源比例来达到元素平衡[24]，这使得碳和氮的转化过程保持相对稳定，从而使农田土壤维持相对恒定的 C/N。C/N 相对稳定意味着土壤中的碳和氮元素能够保持相对平衡的状态，为作物提供持续、稳定的养分供应。
相较而言，部分区域农田土壤 C/P、N/P 则出现显著差异，如东北、华北地区为代表的北方 C/ P、N/P 显著低于西南地区为代表的南方。气候因素是导致差异的重要原因之一。越来越多的研究表明，干旱降低了土壤 C、N 含量，但增加了 P 含量[25-26]，这使得干旱少雨的北方 C/P、N/P 要低于温暖湿润的南方。与碳、氮不同，磷元素主要来源于母质土壤风化。不同的成土母质含磷量差异较大，在长期的风化和土壤形成过程中，成土母质中的磷逐渐释放出来，成为土壤磷的基础部分。而土壤磷的固存和水热有密切关系。干旱会导致生物风化降低，但机械风化会增加，而后者是磷元素更主要的来源，因此干旱会导致磷元素增加[27]；相反，在我国南方高温高降水区域，一方面磷元素风化较少，另一方面降水又加速了磷元素的淋溶，以及转运闭塞[28-29]，使得磷元素含量降低，从而导致 C/P、N/P 增加。我国西南地区温度、降水量高，C/P、N/P 最高；西北、华北地区温度、降水量低，C/P、N/P 则最低。
除此之外，C、N、P 还与土壤理化性质、地形地貌、土地利用方式等有关。有研究表明，不同土地利用方式下，农田土壤 C/P 表现为水旱轮作 >两季水田 >一季水田 >一季旱地 >两季旱地[3]。东北地区和华北地区分别为一季旱地和两季旱地，而南方则通常为一季水田和两季水田，因此，农田土壤 C/P 表现为北方低于南方。
3.2 外源物料投入化学计量学差异分析
全国范围内化肥氮、磷养分投入量的平均值分别为 356.1、142.8 kg/hm2，华南、西南、华中地区投入量较高，这可能与这些地区的经济发展水平较高有关，农民有更多的经济能力购买化肥，从而可能增加了化肥的施用量。全国范围内秸秆氮、磷养分投入量的平均值分别为 42.64、8.06 kg/hm2，华中、华北、华东、东北地区投入量较高，这与刘晓永等[18]的研究结果相近。秸秆投入量的差异与中国粮食主产区域划分基本一致，这说明其主要受作物资源、种植结构和耕作环境等因素影响。而粪肥氮、磷养分投入量的平均值分别为 97.47、22.18 kg/hm2，西北、西南地区投入量最高，这可能与西北和西南地区拥有较多的畜禽养殖有关[30]，高畜禽养殖量为粪肥的供应提供了充足的来源。同时，西北地区由于自然条件限制，土壤往往较为贫瘠，需要通过施用粪肥等有机肥料来改良土壤结构，提高土壤肥力，一定程度上也增加了对粪肥的需求。
3.3 外源物料投入对不同气候带区域农田土壤化学计量比的影响
东北地区农田土壤 C/P、N/P 与秸秆投入量呈极显著负关系，这与秸秆源磷肥投入量较高有关。与其他典型农田区域相比，东北地区单位耕地面积秸秆源磷肥投入量最高，而秸秆源碳、氮投入量则相对较低，这使得 C/P、N/P 受秸秆投入量负调控 （图4）。此外，东北地区农田土壤 C/P 平均值低于全国平均水平，这与其他研究结果一致[31]，表明东北地区土壤磷有效性较高。秸秆还田后土壤有效磷含量增加，磷素转化效率提升，磷素淋失风险下降，从而导致 C/P 值下降。
粪肥投入量对 C/P 的影响，在华北、华中、华东、华南地区表现为显著正相关，而在西北地区表现为显著负相关（图6），这可能与多方面原因有关。华北、华中、华东等地区水热条件充足，为一年两熟制，有利于微生物生长繁殖，施用粪肥对土壤微生物总磷脂脂肪酸含量的提高幅度高于一年一熟制的西北地区[32]，从而导致粪肥投入在区域间的不同影响。此外，不同的土壤性质也可能是差异化影响的原因之一。pH 影响磷素在土壤中存在形态，在中性酸土壤环境中，磷被铁、铝氧化固定，故磷在土壤中的存在形态主要是磷酸铁、铝盐[33]；而在碱性土壤中受到钙的固定，主要以 Ca-P 的形式存在[34]。西北地区大部分土壤 pH 呈弱碱性[35-36]，土壤中交换性钙含量相比华中、华南等区域更高。且西北地区粪肥投入比例高于其他区域 （图4），这也导致粪肥在西北地区影响的重要性相比其他区域较高。粪肥中的碳元素可以很快被微生物、作物吸收利用，而磷素则被土壤中的钙所固定，全磷含量积累提高，从而导致土壤 C/P 下降。
4 结论
（1）我国典型农田系统土壤 C/N 无显著空间差异， C/P、N/P 具有显著空间异质性，呈现北低南高趋势，提示在南方农田培肥促产过程中应注重磷肥配施。
（2）我国典型农田土壤 C/N 受外源物料投入影响很小；东北地区调控农田土壤 C/P 的关键因素是外源物料总投入计量比，以及秸秆有机质和养分投入，华北、华中、华东、华南地区农田土壤 C/P 受粪肥正向调控，西北地区土壤 C/P 则受粪肥负向调控；东北、华南、西南地区农田土壤 N/P 受外源物料总投入计量比调控，其中东北地区 N/P 还受秸秆投入量负向调控，华南、西南地区受粪肥正向调控。应针对不同地区的土壤特性和关键调控因子调整和优化施肥策略，以促进资源的高效利用，推动资源高效型农业的发展。