干湿度梯度及植物生活型对土壤氮磷空间特征的影响

通过对我国土壤氮磷含量及化学计量比值的分布特征研究,探讨了湿度梯度与植物生活型对土壤氮磷空间分布的影响。研究结果表明:中国陆地系统自然土壤氮、磷含量及氮磷比分别在0.02~8.78 g/kg,0.05~1.73 g/kg和0.06~9.85范围内变化,地形和气候因素对其空间变异性的影响均较为显著。干湿度梯度分带对土壤氮含量和氮磷比值的影响较磷含量更为明显,氮含量与氮磷比呈现出明显的梯度变化特征,表现出湿润区半湿润区干旱区半干旱区的规律,而磷含量变化不显著。在不同生活型植被土壤中,森林土壤氮磷的变化规律较灌木和草本土壤更为复杂;其植物磷平均含量低于全国平均值,说明森林生态系统植物受磷元素的限制作用与其较低的土壤磷含量供给有关。土壤氮磷含量和氮磷比与年均降水量和年均温度的相关性及逐步回归分析表明,土壤氮磷及其化学计量的变异性主要是受降水的影响。     

太白山不同海拔土壤碳、氮、磷含量及生态化学计量特征

为探究太白山土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)含量垂直分布特征,阐明土壤C、N、P生态化学计量学特征对海拔梯度的响应规律,在秦岭太白山1 700~3 500 m区域以100 m海拔间隔进行研究。结果表明:(1)不同海拔高度下土壤有机碳、全氮、全磷变化范围分别是23.56~83.59g kg-1、2.00~5.77 g kg-1、0.32~0.47 g kg-1。土壤有机碳与全氮含量随海拔梯度升高先增后降,土壤全磷含量空间变异较小;(2)土壤C∶N、C∶P、N∶P范围分别为7.17~18.41、60.61~190.4、5.81~12.26。随海拔增加,土壤C∶N在阔叶林带呈降低趋势,针叶林带时转变为增加趋势。土壤C∶P随海拔梯度的变化趋势与土壤C∶N类似,N∶P随海拔梯度增加先升后降,至3 200 m有所升高;(3)两个阔叶林带(辽东栎林带和桦木林带)与高山草甸的土壤C、N含量及生态化学计量比高。冷杉林带C、N含量及其生态化学计量比最小;(4)温度、含水量、海拔和植被对土壤C、N、P化学计量特征具有重要影响,通过冗余分析揭示每个因素分别可解释系统变异信息的25.0%、24.3%、11.1%和6.9%,合计为67.3%。可见这些环境因素直接决定了土壤养分及生态化学计量特征。结果可为探明森林土壤养分供应状况和限制因素及太白山生态系统的保护、森林土壤质量评价等提供基础。     

骆马湖滨岸带4种植物氮磷与土壤氮磷含量关系

对骆马湖东部滨岸带4种植物和土壤的总氮、总磷含量进行了测定,比较了植物组织氮磷分布变化,分析了土壤氮磷的空间分布及其与植物氮磷的关系.结果表明:滨岸带植物区土壤TN、TP显著高于无草区;4种植物群落立地土壤氮磷的水平变化差异较大,TN按近滨—前滨后滨依次递减变化,而TP按后滨—近滨—前滨依次递减变化;从垂直变化来看,4种植物群落的立地土壤各层TN、TP差异显著,土壤表层(0-20 cm)TN最高;而TP最高值分别出现在黄蒿、茅草群落土壤表层以及芦苇、香蒲群落土壤次表层(20-40 cm).4种植物的叶、茎、根等组织的TN、TP差异较大,但均以叶中含量最高,茎和根中含量较低,而且植物对氮素的吸收能力远大于磷素.相关分析表明,植物叶TN与土壤表层、次表层TN显著正相关,植物叶TP与土壤表层TP极显著正相关,植物茎TP与土壤次表层TP显著负相关.芦苇和茅草对土壤氮磷的吸收富集效应较好,而香蒲和黄蒿对土壤氮磷的吸收富集效应较弱.     

亚热带丘陵小流域土壤碳氮磷生态计量特征的空间分异性

了解土壤碳氮磷生态化学计量特征的空间变异有助于土壤养分管理。以湖南省长沙县金井镇脱甲河小流域(52 km2)为研究区,系统分析了亚热带丘陵小流域表层(0~20 cm)土壤碳氮磷的生态化学计量特征及其空间变异性。该流域土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)和全磷(TP)平均含量分别为13.09、1.50和0.51 g kg-1,C∶N、C∶P和N∶P平均值分别为10.42、72.71和7.19,均具有高等变异水平和中等程度的空间自相关性。土壤C∶N、C∶P、N∶P高值区域主要分布在海拔高、人为干扰少和肥料使用少的林地区,而低值区主要分布在海拔较低、人类活动频繁以及化肥施用量大的农田区。菜地、茶园、林地和稻田等不同土地利用方式下,土壤C∶N∶P差异显著;在高海拔和陡坡地区,土壤C∶N∶P均明显偏高。这表明研究区域表层土壤碳氮磷比率的空间分异与土地管理措施和地形有着密切的关系。     

汾河河岸带土壤氮、磷的时空分布规律及其影响因素研究

为明晰汾河临汾段河岸带土壤氮、磷时空分布规律及其影响因素,采用现场检测、空间分析及数理统计方法,探讨了自然河岸带及强人工干扰河岸带土壤氮、磷的化学计量学特征、时空分布特征及其与土壤、水文特性的相关性。结果表明:(1)各水期强人工干扰河岸带土壤TN、TP储量及其变异系数均大于自然河岸带,自然河岸带土壤氮、磷元素的生态化学计量存在弱稳态性;(2)汾河临汾段河岸带土壤TN、TP含量随枯水期—平水期—丰水期表现为先减小后增大的趋势,横向来看河岸带近岸土壤TN、TP含量大于远岸部分,土层深度方向上TN、TP含量随土层深度增加而减小;(3)河流水质、土壤容重和土壤孔隙度是影响汾河河岸带土壤TN含量的相关因子,土壤容重、土壤孔隙度和N/P是影响河岸带土壤TP含量的相关因子。研究结果表明汾河河岸带土壤氮分布与河流水文特性有一定的响应关系,土壤磷分布与河流水文特性无明显的响应关系。     

狗牙根与空心莲对水库消落带土壤氮磷释放影响的模拟

通过水库水位涨落室内模拟试验,探究丹江口库区消落带优势物种狗牙根和空心莲2种草本植物对土壤氮磷释放过程影响。结果表明:(1)水淹结束后(32天),空心莲子草土壤TN、TP分别降低11.75%,25.28%,狗牙根分别降低3.62%,25.77%。(2)干湿交替环境主要影响土壤中NH_4~+-N、NO_3~--N和AP的含量的变化,对土壤中的TN、TP含量的影响较小。(3)狗牙根的死亡增加土壤TN、NH_4~+-N、TP量,即不耐淹植被过滤带虽然能净化径流中N、P等污染物,但截留的污染物和植物吸收的养分随着植物体的分解再次进入水体或土壤,无法达到有效防控农业面源污染的目的。该研究为丹江口水库利用植被缓冲带防控水体富营养化提供一定理论依据。     

基于地统计学和GIS的江西省森林土壤养分空间分布特征

土壤作为一种形态和演化过程都十分复杂的自然综合体,在成土过程中,受到不同的自然、环境条件因素的影响,使得土壤养分的分布具有高度的差异性。研究基于江西省340个森林土壤剖面5个土层(0—10cm,10—20cm,20—30cm,30—50cm和50—100cm)土壤养分数据,运用地统计学方法和GIS技术对江西省森林土壤有机质(SOM)、全氮(TN)及全磷(TP)空间变异特征进行研究,并分析了三种土壤养分在江西省的空间分布特点。结果表明:(1)垂直方向上看,江西省森林土壤SOM,TN均随土层深度增加而减少,而TP变化趋势不明显;水平方向上看,土壤SOM总体丰富,高值区主要在东北部和西部;TN具有明显的南北分异,赣北地区森林土壤TN含量较高,赣南地区较为缺乏;全省各地磷素较为缺乏,各方向无明显分异;(2)江西省森林土壤养分受植被类型、土壤类型影响大,土壤养分含量总体表现为棕壤黄壤红壤,竹林阔叶林针叶林;(3)SOM具有强烈变异性,各土层变异系数为77.88%~123.73%,产生了严重的"贫富差距",TN和TP具有中等程度的变异;(4)球状模型、指数模型、高斯模型能较好地描述江西森林土壤养分空间变异特征,TN和TP的空间自相关性在垂直方向上具有"上下强,中间弱"的规律,SOM表现为"上强下弱"的规律,植被因素和取样方式均为造成较大的随机性变异的主因;表层土壤中SOM和TN变程在100km以内,深层土壤变程均大于200km,TP自相关距离相对较小,为19~75km;(5)江西省山地森林土壤养分含量显著高于丘陵森林,土壤养分形成由江西省边界山区向吉泰盆地等中部地区递减的趋势。     

荒漠草原中不同密度人工柠条灌丛土壤化学计量特征

为了揭示人工灌草结合的生态系统土壤内部C,N,P平衡和循环过程,以荒漠草原为对照(CK),研究了相同林龄不同密度(高密度HD、中密度MD、低密度LD)人工柠条灌丛土壤化学计量特征。结果表明,柠条灌丛0—100cm土层平均有机碳(SOC)、全氮(TN),全磷(TP)和氮磷比(N/P)随密度的增加呈上升趋势,碳氮比(C/N),碳磷比(C/P)呈降低趋势,其中TP的空间变异性较高;垂直方向SOC,C/N和C/P随土层深度的增加呈单峰曲线,TN,TP和N/P在0—40cm土层呈锐减趋势,40cm土层以下缓慢降低并趋于稳定;0—40cm土层TN和TP含量占总含量的61.82%和55.56%,可作为密度变化对人工柠条灌丛土壤养分的敏感指标;相关分析结果发现,人工柠条灌丛土壤N和P含量呈极显著正相关(p0.01),二者均与C/N呈极显著的负相关(p0.01),说明柠条对土壤中N和P两种元素需求相一致。     

江西省油菜土壤碳氮磷生态化学计量学空间变异性及影响因素

运用经典统计学和地统计学分析方法,探讨了江西省油菜种植区土壤碳氮磷生态化学计量特征的空间变异性及影响因素。结果表明:江西省油菜土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)和全磷(TP)平均含量分别为16.99,1.44,0.50g/kg,土壤C∶N、C∶P和N∶P平均值分别为12.28,38.31和3.27,土壤总体C∶N∶P为33.86∶2.88∶1,整体处于相对较低水平,表现出中等程度的变异性和空间自相关性,其空间变异特征受到结构性因素和随机性因素的共同影响,但受结构性因素影响更大。从空间分布规律看,土壤SOC、TN和TP含量均表现出东北高西南低的空间分布格局。土壤C∶N高值区主要分布在赣北地区,分布面积较小,低值区主要分布在赣西、赣西北、赣西南以及赣东等地区。土壤C∶P与N∶P高值区零星分布在赣西南、赣东北等区域;低值区主要分布在赣西北及赣南地区。回归分析表明,成土母质、土壤类型、地形因子、气候条件、种植制度和氮肥施用量对研究区土壤C∶N、C∶P和N∶P空间变异特征有极显著影响(P0.01);成土母质对土壤C∶N、C∶P和N∶P空间变异的独立解释能力分别为16.6%,3.7%和7.0%,地形因子的独立解释能力分别为3.5%,2.9%和4.2%,种植制度的独立解释能力分别为9.7%,4.4%和7.6%,氮肥施用量的独立解释能力分别为3.9%,4.4%和7.6%,土壤类型和气候条件独立解释能力最高,分别为16.8%,5.1%,9.0%和13.4%,9.8%,15.2%,是调控江西省油菜土壤C∶N、C∶P和N∶P空间变异最主要的影响因素。     

基于GIS的水土保持措施下坡耕地土壤养分变异特征

以水保林地、水平梯田及地埂植物带组成的水土保持措施体系和无措施坡耕地土壤养分为研究对象,利用GPS定点采样,传统统计分析和ArcGIS地统计分析相结合,并通过参数及误差值对比,选取最佳空间插值拟合模型（球状模型）,研究水土保持措施体系和无措施坡耕地土壤养分的空间变异特征。结果表明:（1）5个指标的空间变异度对比:TP > 有效P > TN > 有机质 > pH,其TN,TP,有效P,pH值的空间变异受水土保持措施影响显著,有机质不仅受非人为因素影响,也受人为因素影响。（2）运用Kriging插值制图显示,5个指标在空间上分布均不均匀。采取水土保持措施后对土壤养分有一定的富集作用,含量显著高于无措施对照区;无措施坡耕地坡上、坡中和坡下部位土壤养分呈规律性降低趋势。而土壤pH值空间变异与有机质,TN,TP和有效P相反。（3）上坡位的水保林地对TN,TP和有机质的拦蓄作用最好,中坡位的水平梯田对有效P的拦蓄作用显著;由于下坡位的无措施对照区作为土壤养分流失的必经区域,土壤养分含量较高,表现出地埂植物带对养分的拦蓄作用不显著。通过土壤pH值的空间对比发现,种植相应植物使水保林地和地埂植物带土壤pH值下降了。     

模拟降雨条件下北运河流域农田养分流失特征

为了解北运河流域农田养分流失特征,通过模拟降雨的情况下,分析了降雨量对径流雨水中养分含量、土壤养分和泥沙流失的变化特征。结果表明,北运河地区只有在暴雨情况下产生农田径流,暴雨后,农田径流雨水中总N浓度在4.7~11.3 mg·L-1,氨态氮和硝态氮占44.51%;总P浓度在0.66~1.35 mg·L-1,水溶磷含量占到总磷54.08%。养分的流失以表层为主,土壤表层总氮流失比例达到29.79%,氨态氮损失率达到52.09%,硝态氮损失10.21%,表层土壤总磷含量下降达到16.48%,水溶性磷损失5.27%。农田径流泥沙中总氮含量为0.66~1.27 mg·g-1,占总流失量的82.28%;总P浓度在14.73~20 mg·g-1,占到总流失量的99.89%;模拟降雨后土壤大团聚体减少8.8%,而微团聚体增加9.5%。     

小尺度土壤养分的空间变异及其影响因素探讨—以江苏省无锡市典型城乡交错区为例

以江苏省无锡市城乡交错区为例,在8km2范围内,采集102个土壤表层样,利用地统计学和G IS相结合的方法,研究了土壤全量和速效氮、磷、钾的空间变异特征,并对其影响因素进行了探讨。结果表明土壤养分空间变异程度从大到小依次为:土壤全氮>土壤全磷>土壤速效磷>土壤速效氮>土壤速效钾>土壤全钾。土壤全氮空间变异受到土壤类型的影响,土壤全磷的空间变异与居民点分布有关,土壤全钾空间变异与土壤粘粒关系最密切。土壤全量养分和相应的速效养分具有显著相关关系,在空间分布上,也分别存在不同程度的相似性。同时土壤全磷和土壤速效养分受土地利用影响也较大。研究还表明,城乡交错区土壤氮、磷流失风险增加,需要实施有效措施控制氮、磷肥料的过度施用。     

鄱阳湖湿地碟形湖泊沿高程梯度土壤养分及化学计量研究

在鄱阳湖南矶山湿地自然保护区的碟形湖区,沿高程梯度采集岗地、高滩、低滩和泥沼土壤,对碳、氮、磷及其化学计量特征进行了研究。结果表明,表层土壤(0~10 cm)有机碳含量在岗地土壤最低;总氮和总磷含量均表现为岗地高滩低滩泥沼,且总氮和总磷含量呈显著正相关。土壤有机碳和总氮含量均表现出随土层加深而减少的趋势。表层土壤C/N、C/P和N/P的平均值分别为11.17、52.74和5.03,且随着高程梯度和湖泊的变化,C/N保持相对稳定,而C/P和N/P的变化较大。铵态氮含量表现出岗地高滩低滩泥沼,硝态氮含量表现出高滩低滩岗地泥沼。有效磷与总磷含量呈极显著正相关。总之,受到鄱阳湖季节周期性水文变化的影响,研究区湿地土壤养分有较大差异,其中氮是N/P比的主要控制因子。     

人类活动对河岸带植被氮磷生态化学计量特征的影响——以汾河临汾段为例

[目的]探究自然河岸带和强人工干扰河岸带土壤—植被系统氮、磷生态化学计量的变化规律,为该区域的河岸带修复和环境保护提供科学依据.[方法]利用相关分析和偏冗余分析等方法,以汾河临汾段典型河岸带为例,探讨自然河岸带及强人工干扰河岸带土壤—植被系统氮、磷含量的时空分布特性及其影响因素.[结果]河岸带植被总氮(TN),总磷(T...     

烤烟坡耕地壤中流氮、磷浓度的动态特征

选取我国西南部抚仙湖流域典型小流域——尖山河流域为试验区,以流域主要土地利用类型——烤烟坡耕地土壤为研究对象,在天然降雨条件下,原位监测了作物整个生长期,坡耕地土壤不同坡位壤中流（0～2 m）中磷、氮的浓度垂直分布特征及其时间动态变化规律。结果表明,不同坡位各层壤中流总氮（TN）和总磷（TP）浓度变化趋势基本一致,但不同坡位壤中流中TP浓度随深度的变化呈波动递减规律,随深度的增加变异系数变小。坡位对0~50 cm的壤中流氮、磷浓度影响最大,坡下部明显大于坡中部。翻耕导致各层壤中流氮、磷浓度差异显著增大。各层氮、磷浓度与降雨量呈负相关。在2 m深处TN和TP浓度的平均值分别为6.371mg.L-1和0.024 mg.L-1,超出相邻水体（抚仙湖）中氮、磷浓度的控制要求。这一结果表明,尖山河流域土壤表层中的氮、磷含量较高,丰富的降雨-壤中流过程极易推动土壤氮、磷传输。因此,除了地表径流传输控制外,如何有效抑制壤中流中的氮、磷迁移对该区域水环境污染的治理十分关键。     

Effects of climate factors and soil properties on soil nutrients and elemental stoichiometry across the Huang–Huai–Hai River Basin,China

Purpose

Soil nutrients, elemental stoichiometry, and their associated environmental control play important roles in nutrient cycling. The objectives of this study were (1) to investigate soil nutrients and elemental stoichiometry, especially potassium and its associative elemental stoichiometry with other nutrients under different land uses in terrestrial ecosystems; (2) to discuss the impacts of climate factors, soil texture, and soil physicochemical properties; and (3) to identify the key factors on soil nutrient levels and elemental stoichiometry.

Materials and methods

Soil data, including pH, bulk density (BD), cation exchange capacity (CEC), volumetric water content (VMC), clay, silt and sand contents, total carbon (TC), nitrogen (TN), phosphorous (TP) and potassium (TK), available nitrogen (AN), phosphorus (AP), potassium (AK), and soil organic matter (SOM) under different land-use types, were collected, and their elemental stoichiometry ratios were calculated. Climate data including temperature, precipitation, relative humidity, wind speed, and evapotranspiration were collected. The least significant difference test and one-way analysis of variance were applied to investigate the variability of soil nutrients and elemental stoichiometry among land-use types; the ordinary least squares method and the general linear model were used to illustrate the correlations between soil nutrients, elemental stoichiometry, and soil properties or climate factors and to identify the key influencing factors.

Results and discussion

Woodlands had the highest SOM, TN, AN, and AK contents, followed by grasslands, croplands, and shrublands, while the TP and TK contents only varied slightly among land-use types. SOM, TN, AN, N/P, and N/K were strongly negatively correlated to soil pH (p <?0.05) and were strongly positively correlated to soil CEC (p <?0.05). For soil texture, only C/N was moderately negatively correlated to silt content but moderately positively correlated to sand content (p <?0.05). For climate factors, SOM, TN, AN, N/P, and N/K were significantly negatively correlated to evapotranspiration and temperature (p <?0.05), and the correlations were usually moderate. Soil pH explained most of the total variation in soil nutrients, and climate factors explained 5.64–28.16% of soil nutrients and elemental stoichiometry (except for AP (0.0%) and TK (68.35%)).

Conclusions

The results suggest that climate factors and soil properties both affect soil nutrients and elemental stoichiometry, and soil properties generally contribute more than climate factors to soil nutrient levels. The findings will help to improve our knowledge of nutrient flux responses to climate change while also assisting in developing management measures related to soil nutrients under conditions of climate change.

     

典型喀斯特林地土壤养分空间变异的影响因素

为了探明喀斯特森林生态系统土壤养分空间异质性的成因及其对养分生物地球化学过程的指示意义,该研究以广西木论国家级自然保护区典型喀斯特峰丛洼地为研究对象,利用地统计学和经典统计方法分析了土壤养分的空间变异特征,并探讨了其主要影响因子。结果表明,研究区土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)的块金值/基台值较大,分别为49.9%和28.6%,表现为中等程度的空间自相关,全磷(TP)和全钾(TK)的块金值/基台值较小,分别为10.4%和2.9%,表现为强烈的空间自相关,说明随机因素对TP和TK的影响相对较小;逐步回归分析表明,各环境因子对TK的方差解释最大,对SOC的方差解释最小。其中,土壤交换性Ca2+离子和凋落物中N含量是SOC和TN的主要控制因素,随着交换性Ca2+和凋落物中N含量升高,土壤SOC和TN积累增加;TP的控制因素比较单一,仅受凋落物中P含量影响。TK的影响因素比较复杂,除主要受交换性Ca2+控制外,凋落物N:P比、海拔高度和黏粒含量也有显著影响。     

大面积高寒山区土壤养分空间预测与管理分区

土壤养分空间分布是土壤质量监测与可持续管理的关键信息。在大面积高寒山区,土壤调查样本较为稀疏,准确地预测土壤养分的空间变异并建立合理的管理分区,具有重要科学意义。本文基于青海省土系调查的205个土壤剖面数据,利用随机森林模型结合环境因素变量(地形、气候、植被、遥感数据), 分别建立了表层(0-20cm)土壤全氮(TN)、全钾(TK)、全磷(TP)与之间的定量关系,对青海省土壤养分含量的空间分布进行了预测；在此基础上,结合全国土壤养分的分级标准,利用投影寻踪法,生成了土壤养分的管理分区。留一交叉验证结果显示,全氮(TN)、全钾(TK)、全磷(TP)空间预测的R_²分别是0.89、0.85、0.82,可解释土壤养分空间变异的80%以上,表明随机森林模型和环境因素变量结合可以在稀疏样本条件下有效地预测大面积高寒山区土壤养分空间变异。青海省土壤养分呈现东高西低的分布模式,土壤综合养分高等级 出现在南部的玉树、果洛、黄南和东部的湟水谷地地区；低等级主要分布在柴达木盆地、可可西里、海南州中南部；全省土壤综合养分分级均在中上等级以上 ,占全省面积是81%。分析发现,植被是影响青海省表层土壤养分全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)空间分布的主要环境因素,其中年降水、地表温度是影响青海省表层土壤全氮(TN)空间模式的重要因素；地表覆被、海拔和地表温度等环境因子对表层土壤全磷(TP)的空间变异占主导作用；年降水、昼夜温差是影响表层土壤全钾(TK)的空间模式的重要因素。