黄土高原沟壑区不同地形部位和利用方式下土壤质量及其评价研究

论文摘要

长武县位于陕西省西北部黄土丘陵沟壑区,介于东经107°38′～107°58′,北纬34°59′～35°18′,为渭北与陇东高原结合部的过渡地带,海拔高达1200m,年均降雨量578.5mm,年均气温9.1℃,无霜期171d,属暖温带半湿润大陆型季风气候,是典型的雨养农业区。土壤水土流失严重,生态环境脆弱;地形主要以塬地和坡地为主,河滩地次之;境内有泾河、黑河、南河经过;土壤类型主要为黄盖粘黑垆土;土壤养分含量、地貌特征在黄土丘陵沟壑区具有很好的代表性。二十世纪80年代以来,随着土地利用方式的变化,果树种植面积逐年增加,农田种植面积逐年减少。长武县也由传统的粮食生产基地转化为目前以水果（苹果）为主、粮食为辅的果粮生产基地。在以粮食生产基地转变为果粮生产基地的过程中,土壤质量状况如何演变尚不清楚,亟需对该地区的县域土壤质量状况重新进行评估,这关系到该地区的农业持续发展和生态环境变化。本研究就以陕西省长武县为例,采集了不同地形部位（塬面、坡地、河滩地）和不同土地利用方式（果园和农田）下的土壤样品,研究了土壤有机质、大量元素和微量元素等肥力状况,筛选确定了土壤质量评价的指标体系,建立了最小数据集,在GIS平台支持下,应用改进层次分析法确定评价指标的权重,建立土壤质量等级,构建长武县土壤质量分布图,全面掌握长武县土壤质量状况,为指导当地农业生产提供理论依据,以便于土壤生态系统朝着良性循环方向发展。主要结论如下:1长武县地区土壤有机质含量为5.16g/kg-18.25g/kg,平均含量为12.57g/kg,总体达到中等肥力水平。不同地形部位下土壤有机质、易氧化有机质的含量变化不同,有机质含量依次为塬地（12.39g/kg）>坡地（12.05g/kg）>河滩地（11g/kg）,河滩地与坡地、塬地间土壤有机质、易氧化有机质存在显著性差异。不同利用方式下果园土壤有机质、易氧化有机质比农田土壤略高;果园表层土壤有机质随着树龄的增加均呈现先递增后递减的趋势,同样地,果园亚表层土壤有机质随着树龄的增加同样呈现先递增后递减的趋势。从总体趋势来看沿泾河流域偏低。2该地区土壤全氮含量为0.28g/kg-1.37g/kg,总体平均含量为0.89g/kg,土壤碱解氮总体平均59.68mg/kg,土壤氮素总体处于中等肥力水平。果园土壤全氮总体达到中等偏高肥力水平,农田达中等水平。不同地形部位对土壤全氮、碱解氮的影响也略有不同,塬地土壤全氮（0.94 g/kg）、碱解氮（64.15 mg/kg）比河滩地（0.85 g/kg、49.85 mg/kg）、坡地（0.82 g/kg、59.68 mg/kg）相对较高;不同利用方式下果园表层土壤全氮、碱解氮比农田相对较高;随着果园种植年限的增加,515年果园的土壤表层全氮、碱解氮有所增加。从总体趋势来看,土壤全氮的高点主要集中在长武县北部和西南部的塬面土壤上;3该地区土壤全磷含量平均为0.67g/kg,速效磷含量为2.54 mg/kg-115.56 mg/kg,整体平均为17.55mg/kg,速效磷达到较高肥力水平,果园土壤速效磷达到高等肥力水平,农田土壤总体达到中等肥力水平。不同地形部位下土壤全磷无显著差异,速效磷呈现出塬地>河滩地>坡地的变化趋势。不同利用方式下果园表层土壤全磷和农田之间无显著性差异,速效磷比农田相对较高。随着果树年限的增加,果园土壤全磷、速效磷出现累积效应,其中5-15年和<5年果园的土壤全磷、速效磷均差异显著。4该地区土壤全钾含量处于16.68g/kg-28.10g/kg之间,平均含量为22.23g/kg;土壤速效钾含量变化在63.13mg/kg-513.13mg/kg,平均为199.36mg/kg,达到高肥力水平。不同地形部位下全钾无显著差异,速效钾含量差异显著,依次为河滩地〉塬地〉坡地;不同利用方式下果园土壤全钾明显高于农田,果园土壤速效钾和农田相比有增加的趋势（增加了29.4%）;随着果树种植年限的增加,果园表层土壤速效钾逐渐增加,>15年、5-15年和<5年果园表层土壤速效钾相比分别增加了35.6%、42.3%,土壤速效钾在盛果期阶段增加幅度较大。5该地区土壤微量元素整体平均含量为,有效Fe:2.73mg/kg、有效Mn:19.20 mg/kg、有效Cu:0.76mg/kg、有效Zn:0.68mg/kg,有效锰、有效铜处于高肥力水平,有效铁、有效锌处于较缺乏状态。地形部位影响土壤微量元素的含量,其中铁、锰、铜表现出塬面>坡地>河滩地的变化趋势,有效锌则以河滩地相对较高。不同利用方式下,果园微量元素平均高于农田,达到显著性差异。随着树龄的增加,在盛果期（5-15年）果园土壤微量元素出现累积效应。6选取与土壤质量密切相关的有机质、易氧化有机质、氮素、磷素、钾素、微量元素粘粒、CEC等14个因子作为评价指标,采用指数标度法确定各因子间相对重要性程度并建立判断矩阵,对传统层次分析模型进行改进,建立有效的递阶层次分析结构,确定权重系数,避免了判断矩阵一致性检验的过程,利用模糊数学中的综合指数法计算土壤质量指数。与用偏相关系数确定权重相比,层次分析模型使土壤质量各指标的权重区分度更加明显,避免权重平均化的趋势。根据两种权重得出的土壤质量指数进行方差检验（P=0）的结果存在显著性差异。7长武县土壤质量受地形部位影响较大,土壤质量指数分布在0.19～0.71之间,有75.2%的土壤质量处于中等水平,有17.9%的土壤质量处于贫瘠状态。以GIS为平台,划分并绘制了长武县土壤质量等级分布图,在同一地形部位上,果园的土壤质量总体上优于农田。在同一种植方式上,不同地形部位土壤质量的依次循序为塬地>河滩地>坡地。从整个县域尺度上来看,土壤质量综合指数分布在0.195-0.710之间,处于Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ等级的土壤仅占27%,而处于Ⅱ等级的土壤却占到总面积的59.7%。该地区的土壤质量状况整体上处于中等水平,受地形部位影响比较大,果园土壤质量优于农田土壤质量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 国内外研究进展与现状
• 1.2.1 土壤质量的概念
• 1.2.2 土壤质量评价指标体系的研究
• 1.2.3 土壤质量评价方法
• 1.3 黄土高原丘陵沟壑区土壤质量及其评价研究现状
• 第二章 材料与方法
• 2.1 研究区（长武县）概述
• 2.1.1 研究区地理位置及行政区划
• 2.1.2 研究区自然状况
• 2.2 研究方法
• 2.2.1 技术路线
• 2.2.2 野外调查及土样采集
• 2.2.3 土壤样品的分析测定方法
• 2.2.4 数据的处理与分析
• 2.2.5 半方差函数与空间插值
• 第三章 不同地形部位和利用方式下土壤有机质及土壤大量元素的变化规律
• 3.1 材料方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 不同地形部位和利用方式下土壤有机质的变化及分布规律
• 3.2.2 不同地形部位和利用方式下土壤氮、磷、钾的变化及其空间分布规律
• 3.3 小结
• 第四章 不同地形部位和利用方式下土壤微量元素的变化及其空间分布规律
• 4.1 材料方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 土壤微量元素的变化
• 4.2.2 土壤微量元素的空间变异性特征
• 4.2.3 土壤微量元素的空间分布特征
• 4.3 小结
• 第五章 长武县域土壤质量综合评价
• 5.1 材料方法
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 土壤质量评价指标的筛选
• 5.2.2 土壤质量评价指标的标准化处理
• 5.2.3 确定评价因子的权重系数—基于改进层次分析模型
• 5.2.4 土壤质量综合指数的计算
• 5.2.5 土壤质量综合评价
• 5.3 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 发展及展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介