黄土高原坝地和梯田土壤质量特征及评价

黄土高原坝地和梯田土壤质量特征及评价

论文摘要

坝地和梯田是黄土丘陵沟壑区和残塬沟壑区的基本农田,是群众的“保命田”。二者土壤质量的好坏成为区域农业和经济可持续发展的决定性因素。本研究针对坝地和梯田的土壤质量问题,以延安碾庄沟流域(坝地和梯田)和淳化泥河沟流域(梯田)为研究对象,从资料收集、野外调查和室内土壤物理、化学和生物学质量指标的土样分析入手,结合方差分析、相关性分析、因子分析、逐步回归分析等方法,系统研究了坝地和梯田土壤质量的基本特征、时空分布与演化、相关性、指标体系和综合评价。主要结论如下:1.颗粒组成均为粗粉粒最多(约60%),粗砂粒最少(约5%);0.01~0.25mm微团聚体占80%以上,<0.01mm微团聚体占约10%,受粘粒、CaCO3和有机质影响显著;团聚体总量低(<12%),水稳性差,受有机质和物理性粘粒影响显著。质地粗化度、团聚度和MWD均为淳化梯田最好,延安坝地和梯田差异很小;团聚度、总团聚体和MWD沿剖面向下降低,但差异较小。含水量延安坝地>淳化梯田>延安梯田,水分受物理性粘粒的吸储作用显著,坝地更具备作物稳产高产的水分条件。坝地旋回层次构型对托水保肥和增强抗蚀性极为有利,也衍射出土壤颗粒粗化、抗蚀性减弱的生态变化足迹。2.表层土壤养分含量差异较大。只有全磷和钾素储量丰富,其它养分均属“中”或“低”水平。其中,淳化梯田仅缺碱解氮,延安坝地和梯田基本都缺。养分全量高并非有效养分供应充足。CEC含量淳化梯田为1级(高),延安坝地和梯田为3级(低);CaCO3量均高,为6级;pH值显示延安坝地为碱性而淳化梯田和延安梯田属弱碱性。表层有机质、各形态氮素(NO3--N除外)、有效性钾、速效钾、速效磷、CEC含量均显著高于下层,下层间差异不显著。其它指标在层次间差异不显著。区域间,除碱解氮外的所有指标含量均为淳化梯田最高。区域内,除了速效磷、CEC、缓效钾和CaCO3外,其它指标均为延安坝地高于延安梯田。所有化学指标(除了pH值)在细颗粒中均有明显富集,水土流失就是养分的流失。3.受生境条件和生物学性质本身的敏感性影响,生物学指标在区域间的差异并无一致性规律。酶活性、微生物数量、呼吸强度和微生物量C、N、P均沿剖面向下降低,其中,三大菌类数量急剧下降,表现出生境变化的极度敏感性。5种酶活性、MBC、MBN与有机质密切相关。微生物数量细菌(107)>放线菌(104)>真菌(103),其中,细菌占三大菌类数量的99%以上,对有机物质分解起着决定性作用。MBC、MBN和MBP含量虽少,生物有效性却很明显。细菌数量和MBC可较好地反映侵蚀过程。4.坝地和梯田绝大多数土壤物理、化学和生物学质量指标随着经营时间的延续均经历了先逐渐升高后缓慢降低的演变过程,现已处于衰退并将持续衰退的状态。整体来看,各指标拐点年限的出现时段淳化梯田滞后于延安梯田,延安坝地滞后于淳化梯田。5.除容重外,其余9项指标间均呈显著或极显著相关,特别是物理性粘粒协调性较好。17项化学指标间的相关性整体较好,特别是有机质。通径分析显示,全氮主由有机质和C/N比决定;速效磷由CEC、全磷和有机质直接影响;对速效钾的直接影响力为有机质>CEC>缓效钾>全氮;CEC主要决定于有机质、速效磷、全钾和缓效钾。蛋白酶具有拮抗作用,其它酶活性的协调性较好,特别是蔗糖酶。细菌、真菌与脲酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶相关性较好;放线菌与过氧化氢酶、蛋白酶相关性较好。MBC受影响的程度MBN>蔗糖酶>蛋白酶>细菌:MBN受影响的程度MBC>放线菌>蔗糖酶>蛋白酶;MBP受影响的程度真菌>脲酶>碱性磷酸酶。化学和生物指标的通径分析显示,对有机质的直接效应蔗糖酶>过氧化氢酶>放线菌;碱解氮受蔗糖酶直接效应最大;对速效磷的直接效应MBN>脲酶>蔗糖酶;速效钾受蛋白酶的直接作用最大。6.筛选出物理性粘粒、质地粗化度、含水量、全钾、有机质、碱解氮、全磷、电导率、CaCO3、蛋白酶、碱性磷酸酶、细菌和真菌等13项土壤质量综合评价指标。整体看土壤质量等级,淳化梯田属较高水平(Ⅱ级);延安坝地和延安梯田属中等水平(Ⅲ级),延安坝地稍好于延安梯田。建立了土壤综合质量评价演算模型及其随时间的演化模型。综合土壤质量已处于退化状态,临界年限淳化梯田、延安坝地和延安梯田分别约在33年、40年和22年。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 文献综述
  • 1.1 研究意义和目的
  • 1.2 土壤质量的国内外研究进展
  • 1.2.1 土壤质量的概念
  • 1.2.2 土壤质量特征及影响因素研究
  • 1.2.3 土壤质量评价
  • 1.2.4 土壤生物学性质研究
  • 1.3 土壤质量研究的不足及发展趋势
  • 1.4 黄土高原的淤地坝和梯田
  • 1.4.1 淤地坝发展简史
  • 1.4.2 淤地坝的生态效应及发展现状
  • 1.4.3 梯田的发展简史及分布现状
  • 1.4.4 淤地坝和梯田研究现状
  • 1.5 黄土高原土壤质量研究现状
  • 第二章 材料与方法
  • 2.1 延安碾庄沟研究区自然环境
  • 2.1.1 地质地貌
  • 2.1.2 水文气象
  • 2.1.3 土壤植被
  • 2.1.4 社会经济情况
  • 2.1.5 生态建设情况
  • 2.2 淳化泥河沟研究区自然环境
  • 2.2.1 地质地貌
  • 2.2.2 气象水文
  • 2.2.3 植被土壤
  • 2.2.4 社会经济情况
  • 2.3 研究内容
  • 2.3.1 研究目标
  • 2.3.2 研究内容
  • 2.4 研究方法
  • 2.4.1 研究方案及技术路线
  • 2.4.2 野外调查
  • 2.4.3 土样采集
  • 2.4.4 指标选取和测试方法
  • 2.4.5 数据统计与分析
  • 第三章 土壤物理学质量特征及其分异规律
  • 3.1 土壤机械组成
  • 3.1.1 机械组成的总体特征
  • 3.1.2 机械组成的剖面变异性
  • 3.1.3 机械组成的水平分异
  • 3.1.4 机械组成与侵蚀环境的关系
  • 3.2 土壤微团聚体
  • 3.2.1 微团聚体的组成特征
  • 3.2.2 微团聚体的分布及其稳定性
  • 3.2.3 微团聚体衍射出的侵蚀环境
  • 3.2.4 微团聚体稳定性的影响因素
  • 3.3 土壤团聚体
  • 3.3.1 团聚体的组成
  • 3.3.2 团聚体的分布及其稳定性
  • 3.3.3 团聚体稳定性的影响因素分析
  • 3.4 土壤水分
  • 3.5 土壤容重及孔性
  • 3.6 小结
  • 第四章 土壤化学质量特征及其分异规律
  • 4.1 土壤有机质及C/N比
  • 4.2 土壤氮素
  • 4.2.1 土壤氮素形态特征
  • 4.2.2 土壤各形态氮素的剖面分布
  • 4.2.3 土壤各形态氮素的相关性
  • 4.3 土壤磷素
  • 4.4 土壤钾素
  • 4.4.1 土壤钾素形态特征
  • 4.4.2 土壤各形态钾素的剖面分布
  • 4.4.3 土壤各形态钾素的相关性
  • 4.5 土壤阳离子交换量(CEC)
  • 3'>4.6 土壤CaCO3
  • 4.7 土壤pH值
  • 4.8 土壤电导率
  • 4.9 坝地淤积层化学质量特征及其演化规律
  • 4.10 土壤化学性质的水平分异
  • 4.11 小结
  • 第五章 土壤生物学质量特征及其分异规律
  • 5.1 土壤酶活性
  • 5.1.1 土壤酶活性测定方法
  • 5.1.2 土壤酶活性分布特征
  • 5.2 土壤微生物
  • 5.2.1 土壤微生物数量分布特征
  • 5.2.2 土壤呼吸强度的大小及其分布特征
  • 5.3 土壤微生物量
  • 5.2.1 土壤微生物量的测定方法
  • 5.2.2 土壤微生物量的分布特征
  • 5.4 坝地淤积过程中土壤微生物及其微生物量的演变
  • 5.5 小结
  • 第六章 土壤质量的时空演变
  • 6.1 土壤物理质量的时空演变
  • 6.2 土壤化学质量的时空演变
  • 6.3 土壤生物学质量的时空演变
  • 6.4 小结
  • 第七章 土壤质量指标的相关性分析
  • 7.1 土壤物理性质的简单相关分析及有机质对它们的影响
  • 7.2 土壤化学性质的简单相关分析
  • 7.3 土壤化学性质的通径分析
  • 7.4 土壤理化性质的简单相关分析
  • 7.5 土壤生物学性质的简单相关分析
  • 7.6 土壤化学性质与生物学性质的通径分析
  • 7.7 小结
  • 第八章 土壤质量评价
  • 8.1 土壤质量评价方法及其步骤
  • 8.2 土壤质量单因素评价模型的建立
  • 8.2.1 S型隶属函数
  • 8.2.2 反S型隶属函数
  • 8.2.3 抛物线型隶属函数
  • 8.3 土壤质量评价指标体系的建立
  • 8.3.1 土壤质量评价指标的筛选
  • 8.3.2 土壤质量评价指标权重的确定
  • 8.4 土壤综合质量评价
  • 8.5 土壤综合质量的水平分异
  • 8.6 土壤综合质量的时空演变
  • 8.7 土壤综合质量演算模型
  • 8.8 小结
  • 第九章 结论与展望
  • 9.1 结论
  • 9.2 问题与展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 作者简介
  • 相关论文文献

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