黄土高原沟壑区不同地形部位和利用方式下土壤肥力及其质量研究

论文摘要

长武县处于黄土高原的南部,是渭北与陇东高原结合部的过渡地带。该区域属暖温带半湿润大陆性季风气候,年均降水584mm,年均气温9.1oC,为典型的旱作农业区;地貌属高原沟壑区,塬面和沟壑两大地貌单元并存,有塬、粱、沟三种土地类型,是黄土高原水土流失较严重地区。1980年前该区域农业种植以粮食作物为主,随后部分农田先后改建为果园,由粮食生产基地逐渐转化为果-粮生产基地,目前成为重要的苹果生产基地。土地利用方式的改变,势必会引起土壤肥力以及土壤质量的改变,这成为人们关注的问题。为此,本研究以长武黄土高原北部的沟壑区为研究对象,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下（果园和农田）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,筛选了土壤质量评价的指标体系,建立了最小数据集,并对土壤质量进行了评价,揭示了该区域不同地形部位和利用方式下的土壤肥力、质量现状和差异。取得以下重要结论和进展:（1）长武县北部地区土壤有机质含量为5.2g/kg18.1g/kg,平均含量为11.7g/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,有机质含量高低顺序是塬面（12.77g/kg）>坡地（11.93g/kg）>河滩地（9.56g/kg）,河滩地与坡地、塬面间土壤有机质、易氧化有机质存在显著性差异。利用方式也影响到土壤有机质和易氧化有机质含量高低,果园土壤有机质、易氧化有机质比农田土壤略高,果园表层高于下层;随果树树龄的增加,土壤有机质、易氧化有机质都有所下降。（2）该地区土壤全氮含量为0.6g/kg1.3g/kg,总体平均1.0g/kg,土壤碱解氮总体平均44mg/kg,土壤氮素总体达到中等肥力水平。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,塬面土壤全氮（1.02g/kg）、碱解氮（47.88mg/kg）比河滩地（0.85g/kg、38.76mg/kg）、坡地（0.95g/kg、41.18 mg/kg）相对较高;不同利用方式对土壤氮素影响不同,果园表层土壤全氮、碱解氮比农田土壤分别增加了9%、5%,随着果园种植年限的增加,土壤表层（0-20cm）和亚表层（20-40cm）的全氮、碱解氮均呈下降趋势。（3）该地区土壤全磷含量平均为0.9g/kg,速效磷含量为2.5mg/kg76.6mg/kg,整体平均为16.3g/kg,速效磷达到中等偏上肥力水平;其中,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。不同地形部位间土壤全磷无显著差异,速效磷呈现出塬面>河滩地>坡地的变化趋势。不同土地利用方式下,果园表层土壤全磷和农田土壤之间无显著性差异,速效磷相应比农田的高,但差异也不明显。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变化在16.7g/kg25.1g/kg,平均含量为21.3g/kg;土壤速效钾含量变化在63.1mg/kg438.7mg/kg,平均为217.8mg/kg,达到了高肥力水平。土壤全钾在不同地形部位间无显著差异,不同土地利用方式下果园土壤全钾显著高于农田土壤的,果园土壤速效钾和农田相比有增加的趋势（增加了27%）。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31.5%、39.6%,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:5.89mg/kg、有效Mn:19.8mg/kg、有效Cu:0.9mg/kg、有效Zn:0.91mg/kg,其中有效锰达到高等肥力水平。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）在长武北部的沟壑区沿泾河流域从东到西土壤全氮、碱解氮呈抛物线型分布,中部地区最高、东部相对较低;土壤全磷以西部地区较高,东部最低,速效磷呈抛物线型分布,中部偏西相对较高,东部相对较低;土壤全钾、速效钾均呈抛物线型分布,中部相对偏高;土壤微量元素（铁、锰）均呈抛物线分布,以中部偏东相对较高。考虑不同地形部位间的分布情况,大致有三类:从东到西,土壤有机质和易氧化有机质在不同地形部位上的变化趋势一致,均呈抛物线型分布,土壤大量元素在不同地形部位上的分布以河滩地最为复杂,规律性不明显,磷素和钾素在坡地和塬面上的分布较均匀,从东到西变化幅度较小。河滩地土壤微量元素变化趋于同一水平,坡地、塬面呈抛物线型分布。（7）通过主成分和Norm值法确定该地区土壤质量综合评价指标的最小数据集（MDS）,最终进入最小数据集的土壤质量评价指标有易氧化有机质、全氮、速效磷、速效钾、粘粒、CEC、Fe、Cu、Zn、过氧化氢酶、磷酸酶和转化酶等12项指标。应用偏相关和主成分两种方法确定土壤因子权重,利用模糊数学模型计算了该地区不同地形部位和不同利用方式下土壤质量综合指数（FQI）,该地区土壤质量综合指数变化范围在0.25-0.7,大部分集中在0.5-0.7之间,因此该地区土壤质量总体上属于中等水平。由土壤因子的隶属度看出,土壤易氧化有机质、全氮、有效铜、有效锌等是影响当地土壤质量的主要限制因子。土壤质量指数表明,该区域果园土壤质量优于农田;塬面土壤质量最高,坡地次之,河滩地最差;随着果园种植年限的增加,土壤质量没有出现明显的上升或下降的现象。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 黄土高原概况
• 1.1.1 黄土高原的范围及地理位置
• 1.1.2 黄土高原的自然气候特点
• 1.1.3 黄土高原水土流失现状概述
• 1.2 黄土高原土壤肥力状况
• 1.2.1 施肥、耕作等田间管理对土壤有机质及其活性的影响
• 1.2.2 土壤有机质对土壤肥力性状的影响
• 1.2.3 施肥、耕作等田间管理对土壤营养元素的影响
• 1.2.4 施肥、耕作等田间管理对土壤微量元素的影响
• 1.3 黄土高原土壤质量评价
• 1.3.1 土壤质量评价的发展
• 1.3.2 土壤质量评价的概念
• 1.3.3 土壤质量评价指标和方法的选取
• 1.4 本文研究目的
• 第二章 材料与方法
• 2.1 采样点概况
• 2.2 测定项目及方法
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.2 土壤样品的采集及预处理
• 2.2.3 土壤样品测定及分析方法
• 2.3 土壤质量评价指标及方法
• 2.3.1 土壤质量评价指标
• 2.3.2 土壤质量现状评价方法
• 2.4 数据处理与分析方法
• 第三章 不同地形部位和利用方式下土壤有机质变化
• 3.1 材料方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 土壤总有机质的变化
• 3.2.2 土壤易氧化有机质的变化
• 3.3 小结
• 第四章 不同地形部位和利用方式下土壤营养元素的变化
• 4.1 材料与方法
• 4.2 不同地形部位和利用方式下土壤大量元素变化
• 4.2.1 不同地形部位和利用方式下土壤氮素的变化
• 4.2.2 不同地形部位和利用方式下土壤磷素的变化
• 4.2.3 不同地形部位下和不同土地利用方式下土壤钾素的变化
• 4.2.4 不同地形部位下和不同土地利用方式下土壤微量元素的变化
• 4.3 小结
• 第五章 黄土南部高原沟壑区土壤肥力综合质量评价
• 5.1 材料方法
• 5.2 评价指标体系的建立和指标权重的确定
• 5.2.1 土壤质量评价指标最小数据集（MDS）的建立
• 5.2.2 土壤质量评价指标权重的确定
• 5.2.3 土壤因子的隶属度
• 5.2.4 土壤综合质量评价
• 5.3 结论
• 第六章 结论
• 6.1 不同地形部位和不同土地利用方式下土壤有机质的变化现状
• 6.2 不同地形部位和不同土地利用方式下土壤氮素的变化现状
• 6.3 不同地形部位和不同土地利用方式下土壤磷素的变化现状
• 6.4 不同地形部位和不同土地利用方式下土壤钾素的变化现状
• 6.5 不同地形部位和不同土地利用方式下土壤微量元素的变化现状
• 6.6 从东至西土壤养分分布情况
• 6.7 土壤肥力与质量综合评价
• 6.8 存在问题和研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介