土壤CEC的影响因子及Cokriging空间插值分析——以青岛市大沽河流域为例

运用地统计和多元回归分析方法,探讨大沽河流域土壤阳离子交换量(CEC)的空间变异和影响因子。结果表明,上下层土壤CEC与有机质、黏粒和粉粒含量有着显著的正相关,而与砂粒含量则存在显著的负相关,其中与黏粒含量的相关系数最大,与粉粒含量的相关性最弱;对CEC的贡献能力依次为黏粒有机质砂粒,黏粒的贡献能力平均为有机质的1.5～2.5倍;以黏粒为辅助变量的Cokriging(COK)较之Ordinary Kriging(OK)能提高插值精度,上下层均方根误差RMSE值分别减少了18.94%和41.05%,辅助变量与主变量的相关程度决定了估值的精度;大沽河流域中东、西北部及西南方向中部地区土壤CEC较高,而北部与西南角局部地区土壤CEC保肥能力非常弱,是以后土壤改良的重点地区,可通过增施有机肥以及改土培肥等措施来提高土壤肥力水平。     

我国华南地区不同利用条件下土壤演变对障碍因子的影响

华南地区不同土壤利用条件下土壤性质演变和障碍因子的识别,对该地区土壤发生过程和管理利用有重要参考价值。本文根据中国土壤系统分类的检索原则,在收集华南9省土种志典型剖面资料的基础上,确定了系统分类的土壤类型,并基于此,研究了不同利用条件下,土壤性质的演变,分析了土壤障碍因子及其影响程度。总的来看,发育在林地条件下的土壤,粉粒、pH、阳离子交换量(CEC)、盐基饱和度(BS)、速效磷、速效钾都明显低于旱耕地土壤,有机质、全氮则相反。林地土壤随着风化作用增强,从雏形土、淋溶土、富铁土到铁铝土,土壤黏粒含量逐渐增加,而土壤pH、CEC、有效CEC(ECEC)、有机质、全氮、速效磷、速效钾等逐渐降低。对旱耕地而言,各种土壤性质基本具有与林地土壤性质一致的变化趋势,但是增加或减少的程度有所不同。结合主成分中土壤性质的组合特征来分析土壤障碍,结果表明华南地区土壤在不同土壤利用和类型下都存在养分贫瘠化、酸化、黏化、磷和钾供应能力低下的主要障碍因子,但各障碍因子发生的次序不同,随着风化作用加强,土壤黏化成为最主要的障碍因子。因此,在土壤利用和管理过程中应因土制宜,根据土壤类型来确定适当的改良措施。     

河南三种土壤阳离子交换量相关性及预测模型研究

土壤阳离子交换量是一项重要的土壤理化性质,它是衡量土壤肥力和作物养分有效性的一个重要指标。通过对河南3种土壤1177个数据的相关性及回归分析来研究阳离子交换量与土壤有机质、pH值、粘粒含量、粉粒含量和砂粒含量的关系。结果表明:(1)对于阳离子交换量来说,砂姜黑土>水稻土>褐土;3种土壤的上层土>下层土;3种土壤的阳离子交换量比第二次土壤普查分别降低15.7%,12.7%,6.5%;(2)对与砂姜黑土和褐土来说,其阳离子交换量与pH值和0.02~2 mm砂粒含量成显著负相关,褐土与粘粒含量成显著正相关;对于水稻土来说,其阳离子交换量与有机质含量和粘粒含量成显著正相关,与砂粒含量成显著负相关;(3)利用这些数据做出的这三个土壤类型的6个回归模型是有科学依据的。总的来说,土壤有机质、pH值、粘粒含量与砂粒含量与CEC有着紧密联系,但还有其他因素影响着预测模型的准确性。     

土壤渗透参数空间变异性及其影响因子研究

土壤渗透参数的空间变异性是地形因子以及土壤理化性质综合作用的结果,是影响水以及溶质迁移转化的关键因素。在坡地随机布设24个点位,测定30cm土壤的渗透参数、地形指数、容重、颗粒组成、有机质、交换性钠、CEC(阳离子交换量)和ESP。在经典统计学以及Kolmogorov—Smiromov(K—S)正态分布检验概率(Pk—s)检验基础上对数据进行了空间结构分析。结果表明,Kfs、容重、砂粒、黏粒、有机质、CEC等符合正态分布,交换性钠和ESP等属于对数正态分布;粉粒属于均匀分布;Kfs、容重、砂粒、黏粒、有机质、交换性钠和ESP等空间结构明显,CEC空间变异性较大;并以相关分析和主成分分析相结合的方法,分析了土壤渗透参数空间变异的主要影响因子。     

向家坝工程扰动区不同生态修复模式边坡土壤颗粒分形特征

[目的]研究不同生态修复后边坡土壤颗粒分形特征,为分形维数作为评价修复后向家坝工程扰动区边坡土壤质量的综合指标提供科学依据。[方法]以向家坝工程扰动区6种不同生态修复模式下的0—10 cm边坡土壤为研究对象,通过野外采样和室内试验,采用单重和多重分形理论相结合的方法,研究自然演替与人工修复模式下土壤粒径分布(PSD)和分形特征及土壤养分特征并分析了其相关关系。[结果]不同生态修复模式下土壤颗粒组成以粉粒和砂粒为主,黏粒含量较少,粒径分布不均匀。天然林地土壤养分含量相对较高且土壤颗粒较细。黏粒与D_v呈极显著正相关(p<0.01),与土壤有机碳和速效氮呈显著正相关(p<0.05),粉粒含量与D₁,D₂呈极显著负相关(p<0.01),砂粒与D₁,D₂呈极显著正相关(p<0.01)。土壤养分与黏粒、粉粒含量呈不显著正相关,与砂粒含量,D₁,D₂呈不显著负相关。[结论]向家坝工程扰动区土壤颗粒以粉粒和砂粒为主,土壤质地较...     

基于多源辅助变量和随机森林模型的表层土壤全氮分布预测

土壤全氮与土壤质量和肥力密切相关,准确掌握土壤全氮的空间分布特征对精准农业管理措施的实施具有重要意义。以寻乌县为研究区域,利用随机森林(RF)和随机森林残差克里格(RFRK)方法,结合地形因子、地理坐标、遥感因子、气候因子、距离因子和土壤理化因子等多源辅助变量,对寻乌县表层土壤全氮的空间分布进行预测和制图,并在迭代100次模型后对比了两种模型的预测精度。结果表明,在选择的4种模型精度指标中,RF模型的决定系数均值(R~2=0.629 1)和一致性相关系数均值(CCC=0.7613)均高于RFRK模型(R~2=0.5719,CCC=0.6881),而RF模型的平均相对误差均值(MAE=0.157 0 g·kg^-1)和均方根误差均值(RMSE=0.210 8 g·kg^-1)均小于RFRK模型(MAE=0.168 2 g·kg^-1,RMSE=0.226 7 g·kg^-1)。将残差作为误差项加入RF模型并未提高其预测精度,因此,RF模型可以作为土壤属性预测的一种有效方法,为农业管理措施的实施提供技术支撑。     

利用高光谱估算博斯腾湖西岸湖滨绿洲土壤有机质含量

以新疆博斯腾湖西岸湖滨绿洲为研究区,利用实测的土壤有机质含量与高光谱数据,通过多元逐步回归与偏最小二乘回归法分别构建反演土壤有机质含量估算模型。结果表明:(1)研究区土壤有机质含量变化范围为5.09~44.00 g·kg^-1,均值为16.87 g·kg^-1,变异系数为44.69%,呈中等变异;土壤有机质含量与土壤光谱反射率呈极显著负相关(P<0.01),相关系数为0.09<|r|<0.42;(2)通过显著性检验(P<0.01)的波段主要集中在590~687、758~892、1003~1092和1171~1297 nm 4个波段,反射率(1/R)′变换下相关性最高,相关系数|r|为0.50(P<0.01);(3)研究区的土壤有机质含量高光谱估算模型为Y=30428.37X677+12738.78X775+2894.02X865+11589.35X885+5.56,建模集和验证集的决定系数(R2)分别为0.83和0.82,均方根误差(RMSE)分别为4.01和2.64 g·kg^-1,验证集统计量F=116.41(P<0.01),相对分析误差(RPD)=2.30,预测能力较好。     

可变电荷土壤的有效阳离子交换量及其在分类上的应用

通过对亚热带地区第四纪红土发育的14个土壤剖面的52个样品的分析,比较研究了土壤有效阳离子交换量ECEC和CEC及土壤粘粒、pH、有机质含量等的关系,介绍了有效阳离子交换量在土壤分类上的初步应用。     

基于高光谱的土壤不同颗粒含量预测分析

以典型黄河下游冲积平原区的土壤为研究对象,分析土壤高光谱特征,探讨土壤质地不同粒级颗粒含量的统一估测途径,为土壤质地快速监测评价提供技术支持。选择原始光谱,及其倒数、对数、标准正交变换、多元散射变化、一阶微分、二阶微分共7种光谱变换形式,首先主成分降维,然后分别建立土壤黏粒、粉粒和砂粒含量的支持向量机预测模型,采用决定系数、均值绝对误差、均方根误差3种精度指标来衡量模型的预测能力。结果表明:原始光谱的对数为最佳光谱变换形式,具有最佳的土壤不同颗粒含量估测能力,决定系数R2 ≥ 0.6853,均值绝对误差MAE ≤ 0.1193,均方根误差RMSE ≤ 0.1683;黏粒含量的变化范围相对集中,预测能力整体表现的相对较强,R2 = 0.8127,MAE = 0.0820,RMSE = 0.1248。通过筛选最佳光谱变换处理,主成分降维,支持向量机预测,建立了土壤中黏粒、粉粒和砂粒含量的统一估测途径,实现了简单快捷的高光谱估测。     

粤北岩溶峰丛自然坡面与梯田土壤侵蚀特征分析

选择广东省英德市岩背镇典型峰丛洼地坡面为调查样地,系统调查自然坡面与梯田不同海拔的岩石裸露率、土层厚度、坡度,并测定其土壤粒度。结果表明:1峰丛洼地自然坡面的岩石裸露率与高程、高程与坡度之间存在极显著正相关关系,土层厚度与岩石裸露率、坡度、高程之间均为极显著负相关关系,岩石裸露率与坡度之间为显著负相关关系,而梯田由于人为平整,土层厚度与高程的关系规律不明显。2峰丛洼地自然坡面土壤中砂粒含量最高,平均含量为75.79%,其次是粉粒和黏粒,含量分别为6.73%²2.35%、1.21%22.35%、1.21%¹5.44%,随海拔降低细砂粒、粉粒含量有增加趋势,粗砂粒含量有降低趋势;梯田地表土壤中粗粉粒含量最高,分别为29.53%15.44%,随海拔降低细砂粒、粉粒含量有增加趋势,粗砂粒含量有降低趋势;梯田地表土壤中粗粉粒含量最高,分别为29.53%³7.71%,其次是细砂粒、黏粒,含量分别为25.58%37.71%,其次是细砂粒、黏粒,含量分别为25.58%⁴1.66%、14.55%41.66%、14.55%¹9.37%,粗砂粒和石砾含量较低,分别低于8.11%和2%。3峰丛洼地地貌的复杂性和岩溶环境的土—石二元结构形成的地表非均质性极大地影响了地表侵蚀与土壤物质搬运过程,地表侵蚀与垂直渗漏共存。4梯田改造了坡面地形,在一定程度上降低了土壤地表侵蚀的程度,减少了土壤细粒物质的流失,但无法阻止垂直渗漏现象的发生。     

Estimation of soil texture from permanent wilting point measured with a chilled‐mirror dewpoint technique

Soil texture is an important factor governing a range of physical properties and processes in soil. The clay and fine fractions of soil are particularly important in controlling soil water retention, hydraulic properties, water flow and transport. Modern soil texture analysis techniques (x‐ray attenuation, laser diffraction and particle counting) are very laborious with expensive instrumentation. Chilled‐mirror dewpoint potentiameters allows for the rapid measurement of the permanent wilting point (PWP) of soil. As the PWP is strongly dictated by soil texture, we tested the applicability of PWP measured by a dewpoint potentiameter in predicting the clay, silt and sand content of humid tropical soils. The clay, silt, and sand content, organic matter and PWP were determined for 21 soils. Three regression models were developed to estimate the fine fractions and validated using independent soil data. While the first model showed reasonable accuracy (RMSE 16.4%; MAE 13.5%) in estimating the clay, incorporating the organic matter into the equation improved the predictions of the second model (RMSE 17.3%; MAE 10.9%). When used on all soil data, the accuracy of the third model in predicting the fine fraction was poor (RMSE 31.9%; MAE 24.5%). However, for soils with silt content greater than 30%, the model prediction was quite accurate (RMSE 7–12%; MAE 7–9%). The models were used to estimate the sand content and soil textures of soils, which proved relatively accurate. The dewpoint potentiometer can serve a dual purpose of rapidly estimating the PWP and the clay, fine fraction, and soil texture of soils in a cost efficient way.     

添加紫云英对稻田土壤颗粒吸附磷酸盐的影响

  【目的】  研究添加紫云英(Chinese milk vetch, CMV)对土壤颗粒表面磷素吸附特征的影响机制,为绿肥高效利用提供理论依据。  【方法】  采用土培试验方法,设置4个紫云英翻压量梯度:CMV0 (0)、CMV1 (15000 kg/hm2)、CMV2 (22500 kg/hm2)和CMV3 (30000 kg/hm2),淹水培养30天后,取土样,过250 μm筛后,分为细砂粒(48～250 μm)、粉粒(2～48 μm)和粘粒(<2 μm),分别测定土壤有机质、全氮、全磷和有效磷含量,并分别进行磷酸盐的等温吸附和动力学吸附试验。  【结果】  与CMV0相比,添加紫云英显著提高了土壤颗粒中有机质、全氮、全磷和有效磷含量,尤以砂粒中的提高幅度最大,分别达到33.42%～81.04%、4.83%～15.17%、45.45%～51.52%和40.76%～60.70%;添加紫云英降低了砂粒和粘粒的比表面积,但是提高了粉粒的比表面积。土壤颗粒对磷素的吸附可用Langmuir吸附等温线方程很好地拟合,添加紫云英提高了各粒径土壤对磷的理论最大吸附量(Q_m)、土壤本底吸磷量(NAP)、土壤磷临界浓度(EPC₀)、吸附常数(K_L)和土壤对磷的亲和力(K_p)。Q_m值提高幅度以砂粒最大,提高了4.02%～46.81%;粉粒中NAP值、K_L值、EPC₀值和K_p值提高幅度最大,分别达到116.77%～210.78%、29.55%～69.05%、93.62%～141.28%和11.97%～28.87%。二级动力学方程可以很好地拟合磷酸盐在土壤颗粒表面吸附过程。拟合结果表明,添加紫云英提高了各粒径土壤颗粒对磷的初始吸附速率(H)和吸附速率常数(k₂),以粘粒的H值和k₂值提高幅度最高,分别达到25.77%～98.20%和25.74%～111.15%。不同粒径的H值和k₂值均以CMV2处理最高。相关分析结果表明,砂粒的Q_m和EPC₀与有效磷含量显著相关;粉粒的NAP、EPC₀和K_p与土壤有机质、全磷呈极显著相关关系,K_L与全磷呈显著性相关;粘粒的Q_m与全磷和有效磷含量极显著相关,EPC₀与土壤有机质、全氮、全磷、比表面积均呈极显著相关关系,K_p与土壤有机质、全氮和比表面呈极显著相关。  【结论】  添加紫云英主要通过影响土壤全磷和有效磷提高土壤颗粒自身贮存磷的能力,促进各土壤颗粒对磷素的吸附,特别是砂粒和粉粒。同时,CMV2处理土壤砂粒和粘粒具有较高的磷素吸附量和吸附强度,而CMV3处理粉粒具有较高的磷素吸附量和吸附强度,因此结合土壤质地,控制紫云英还田量实现稻田磷素科学管理。     

有机培肥显著提升矿区复垦土壤活性有机碳含量

  【目的】  土壤有机碳作为土壤肥力的核心，其不同组分间具有高度异质性。研究不同施肥措施对煤矿区复垦土壤有机碳及其各组分提升的差异特征，可为煤矿区土壤修复提供理论依据。  【方法】  田间试验在山西煤矿复垦区进行，复垦始于2014年，种植作物为大豆 (1年) 和玉米 (2年) 轮作，采样时 (2018年) 种植作物为玉米。试验共设5个处理分别为未复垦自然恢复 (ZH)、不施肥 (CK)、单施化肥 (NPK)、单施有机肥 (M) 和有机肥配施化肥 (MNPK)。使用物理?化学联合分组方法，将土壤有机碳分为游离活性、物理保护、化学保护和生物化学保护4个组分，分析了不同施肥处理下土壤各组分有机碳的含量，计算了各组分有机碳与总有机碳含量间的相关关系。  【结果】  相较于自然恢复处理，CK、NPK、M、MNPK处理中土壤总有机碳含量分别提高了11.8%、24.0%、49.3%和38.8%，有机肥处理又显著高于CK和NPK处理。M、MNPK处理下，游离活性有机碳含量分别为2.11 和1.68 g/kg，物理保护有机碳含量分别为0.70 和0.49 g/kg，均显著高于CK和NPK处理；化学保护和生物化学保护组分的有机碳含量在各处理间差异不显著。除了微团聚体内的轻组和粘、粉粒外，各组分质量比例在不同施肥处理间均存在显著差异，施用有机肥主要增加了大团聚体 (游离活性态和物理保护态) 的质量比例，改善了土壤结构。相关分析表明，游离态的粗颗粒和细颗粒有机碳及物理保护有机碳与总有机碳含量间呈现极显著正相关关系 (P < 0.01)，其中拟合方程的斜率表示组分碳含量随单位总有机碳含量增加而引起的变化值，最高的为游离粗颗粒有机碳组分，达到39.7%，游离细颗粒和物理保护有机碳组分的变化率分别为18.6%和21.7%；而化学保护粘、粉粒和生物化学保护粘粒组有机碳与总有机碳含量无显著相关性。  【结论】  施肥和轮作与自然恢复状态相比，短期可显著提高土壤有机碳含量，施用有机肥效果好于单施化肥。单施或者与NPK配合施有机肥主要促进了土壤大团聚体中游离活性态和物理保护态有机碳含量的提升，单施有机肥效果更佳。由于新增的土壤有机碳活性高，需要长时间持续投入才可能恢复土壤有机碳的稳定性。     

长期施肥土壤不同粒径颗粒的固碳效率

【目的】探讨不同施肥措施土壤有机碳在不同粒级颗粒中的分配及变化情况,可揭示各级颗粒中有机碳与外源有机碳输入之间的定量关系。【方法】依托南方红壤连续20年长期定位施肥试验,依据外源有机碳累积输入梯度选择不施肥(CK)、氮磷钾化肥配施(NPK)、氮磷钾化肥与秸秆配施(NPKS)、轮作条件下氮磷钾化肥与有机肥配施(NPKMR)、氮磷钾化肥与有机肥配施(NPKM)、单施有机肥(M)、增量氮磷钾化肥与增量有机肥配施(1.5NPKM)7个处理,并采用物理分组方法将土壤颗粒分为砂粒(53~2000μm)、粗粉粒(5~53μm)、细粉粒(2~5μm)和粘粒(2μm)4个组分。【结果】与不施肥相比,长期施肥均能显著增加土壤总有机碳及各级颗粒中的有机碳的储量,其中以施用有机肥的效果最明显。不同施肥处理各级颗粒中以粘粒的有机碳储量最高,平均为16.26 t/hm~2。施用有机肥和秸秆还田均能显著增加砂粒中有机碳的分配比例,降低粘粒有机碳的分配比例而对粗粉粒和细粉粒无显著影响。土壤砂粒所占的质量百分比及其与粗粉粒、细粉粒和粘粒的比值均与粗粉粒、细粉粒和粘粒组分中有机碳的浓度呈显著正相关关系表明小颗粒(粗粉粒、细粉粒和粘粒)中有机碳的固持和富集促进了大颗粒(砂粒)的形成与稳定。各级颗粒之间,施用有机肥处理的土壤粘粒组分的固碳速率最快,为0.29~0.52 t/(hm~2·a),其次为砂粒[0.30~0.40 t/(hm~2·a)]而粗粉粒和细粉粒的固碳速率基本相当为0.09~0.16t/(hm~2·a)。分析结果还表明土壤总有机碳及各级颗粒有机碳与外源有机碳的输入呈显著正线性相关关系,其中土壤总固碳效率为10.57%而各级颗粒之间,粘粒和砂粒组分的固碳效率(4.25%和3.60%)相当于粗粉粒和细粉粒(1.73%和1.00%)的2倍以上。【结论】南方红壤各级颗粒中有机碳均没有出现饱和现象,有机碳主要在土壤粘粒和砂粒组分中富集,细颗粒中有机碳的富集会促进大粒径土壤颗粒的形成而粘粒是土壤固碳效率最重要的矿物颗粒组成部分。表明长期配施有机肥不仅是红壤有机质提升的重要措施,也是改善红壤结构的重要途径。     

东北典型县域稻田土壤肥力评价及其空间变异

  【目的】  明确东北典型县域稻田土壤肥力空间变异特征，为该区域稻田土壤合理培肥管理提供科学依据。  【方法】  以黑龙江省方正县为研究区域，2017年在该研究区域采取114个代表性点位的稻田土壤，选取容重、pH、全氮含量、有效磷含量、速效钾含量、有机质含量和阳离子交换量作为土壤综合肥力评价指标，采用相关系数法确定各个指标的权重，根据东北稻田土壤特征，选择隶属度函数曲线，并确定隶属度函数转折点，依据模糊数学法的加乘原理，利用各土壤肥力指标的权重值和隶属度值计算土壤综合肥力指数；采用GIS和地统计学相结合的方法，确定各项肥力指标和综合肥力指数的空间变异特征和分布格局；通过主成分分析探究土壤肥力差异的主控因子。  【结果】  描述性统计分析表明，方正县稻田土壤综合肥力指数在0.18～0.99，平均值为0.60。土壤容重和pH的变异系数分别为9.15%和5.69%，属于弱变异强度，其他肥力指标的变异系数在20.01%～36.18%，属于中等变异强度。地统计学研究表明，土壤容重、全氮含量、有机质含量和阳离子交换量的块金系数在39%～50%，它们具有中等强度的空间自相关性，土壤pH、有效磷含量、速效钾含量和综合肥力指数的块金系数均在25%以下，它们具有强烈的空间自相关性。方正县土壤综合肥力指数值在0.70以上的稻田占16%，在0.60～0.70的稻田占45%。各个肥力指标中，土壤有效磷含量和速效钾含量的分布特征与综合肥力指数相似，呈南高北低的分布格局；土壤pH和阳离子交换量由稻区中部向南北方向逐渐降低；土壤容重由西北向东南呈逐渐降低的趋势；土壤有机质和全氮含量均表现为由东南向西北逐渐降低的趋势，土壤有机质含量在30 g/kg以上的稻田占比为97%，土壤全氮含量在1.5 g/kg以上的稻田占比为84%；其中北部蚂蚁河沿岸土壤全氮、有效磷、速效钾和有机质含量相对较低。利用主成分分析得到各项肥力指标的综合得分值由大到小依次为:土壤有效磷含量、速效钾含量、有机质含量、阳离子交换量、全氮含量、pH和容重。  【结论】  方正县61%的稻田土壤肥力处于中等及以上水平，稻田土壤肥力整体呈现出南高北低的分布格局。土壤有效磷和速效钾含量是造成土壤肥力差异的主要因子。     

长期不同施肥下肥料氮在黑土不同团聚体有机物中的固持差异

【目的】 不同粒级团聚体中有机氮库的稳定性不同,通过分析长期施肥后有机氮库在不同团聚体中的分布特征,可阐明土壤氮素固持对不同施肥的响应机制。 【方法】 采集黑土长期定位试验中的4个处理土壤,包括不施肥(CK) 和施用氮磷钾 (NPK)、氮磷钾 + 秸秆 (NPKS) 、氮磷钾 + 有机肥 (NPKM) ,模拟田间施肥量加入15N标记的尿素培养40天,采用Six湿筛法将团聚体分为粗游离颗粒有机物 (cfPOM,> 250 μm)、微团聚体有机物 (53～250 μm)、矿物结合有机物 (MOM,< 53 μm) 三大类,其中微团聚体有机物进一步分为细游离颗粒有机物 (ffPOM) 和物理保护有机物 (iPOM),矿物结合有机物分为团聚体内矿物结合有机物 (MOM团内) 和团聚体外矿物结合有机物 (MOM团外),研究了团聚体分布特征、平均重量直径 (MWD) 和各团聚体中氮的固持量及固持效率。 【结果】 NPKM和NPKS处理的粗游离颗粒含量较CK和NPK处理显著提高约10%,而矿物结合有机物含量显著降低约6%～10%,NPKM和NPKS处理下平均重量直径为0.34 mm,显著大于NPK和CK的值 (0.23～0.25 mm)。NPKM处理的土壤肥料氮固持量较CK和NPK处理显著提高了6.0%和10.5%;粗游离颗粒氮固持量为18～36 mg/kg,矿物结合有机氮固持量为18～30 mg/kg。 【结论】 长期有机无机肥配施或无机肥结合秸秆还田可促进肥料氮在粗游离颗粒中的积累,降低在矿物结合有机物中的积累,这可能是有机无机肥配施增强土壤氮的有效性、促进作物氮吸收的原因之一。      

近30年来典型黑土肥力和生产力演变特征

【目的】 东北黑土区是我国粮食生产优势区和最重要的商品粮供应基地,明确黑土肥力现状及演变规律对黑土区耕地质量建设和粮食安全生产有重要意义。本研究拟以13个国家级黑土长期定位试验监测点为平台,对20世纪80年代以来近30年的黑土肥力和生产力水平进行分析,以期探明我国黑土肥力和生产力的演变特征,为黑土耕地质量管理和培肥提供科学依据和指导。 【方法】 利用时间趋势分析和平均值及中值分析的方法对近30年黑土常规施肥下土壤养分和作物产量的变化趋势进行了分析,分别总结了黑土有机质 (SOM)、全氮、有效磷、速效钾、pH以及玉米产量在不同监测时期的演变特征和总体变化趋势;运用主成分分析和相关分析分别对上述5个肥力因子和作物产量进行分析,得出黑土土壤肥力的主要贡献因子和影响黑土作物产量的主要肥力因子。 【结果】 与初始监测阶段相比,黑土有机质、全氮、有效磷和速效钾含量均有提高,土壤速效养分含量增幅明显,2012—2016年黑土有效磷含量平均值为37.73 mg/kg,较监测初期的平均值 (17.38 mg/kg) 显著提高了117.1%;土壤速效钾含量也显著升高,2012—2016年速效钾的平均含量 (224.31 mg/kg) 较监测初期 (171.50 mg/kg) 提高44.9%。黑土的pH值呈现下降趋势,经过近30年长期施肥,黑土的pH值下降了0.59个单位。主成分分析结果表明,黑土土壤肥力整体增加的两个决定因子是土壤速效钾和有效磷,主要障碍因素是较低的土壤全氮和有机质含量。相关分析结果表明,影响玉米产量的主要肥力因子是土壤有机质和全氮含量。 【结论】 在农民习惯施肥管理模式下,近30年黑土肥力和生产力水平整体提高,但持续提升肥力后效不足,同时土壤pH值降低,存在酸化的风险;黑土肥力提升的主要障碍因子是土壤全氮和有机质含量,所以黑土耕地培肥应该在平衡配施氮磷钾肥的基础上增加有机物料投入。      

基于环境变量的中国土壤有机碳空间分布特征

研究中国土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)的空间分布特征对SOC储量估算以及农业生产管理具有重要意义。以全国第二次土壤普查2473个土壤典型剖面的表层(A层)SOC含量为研究对象,探寻地形、气候和植被等环境因素对SOC空间异质性分布的影响;以普通克里格法为对照,利用地理加权回归、地理加权回归克里格、多元线性回归和回归克里格模型建立SOC空间预测模型;并分别绘制了中国SOC的空间分布预测图。结果表明:(1)SOC含量与年均降水量、年均温、归一化植被指数、高程以及地形粗糙指数呈极显著相关关系;(2)平均绝对估计误差、均方根误差、平均相对误差和皮尔逊相关系数等模型验证指标表明地理加权回归的预测精度优于其他模型,可以更好地绘制SOC在大尺度上的空间分布特征;(3)较高SOC含量主要分布在研究区东北部、西南部以及东南部,而西北部SOC含量普遍偏低。本文以期从大尺度上探讨土壤属性与环境变量之间的相关关系,为全国土壤属性的空间制图提供一定的解决方案和思路。     

湘西植烟土壤pH时空变异及其主要驱动因素

【目的】研究湘西州烟区土壤pH时空变异特征,为湘西烟区土壤pH调节提供科学依据。【方法】以湘西州2000年和2015年耕层土壤pH值为研究对象,利用多元统计学和地统计学方法分析了土壤pH时空变异特征及其影响因素。【结果】湘西植烟土壤pH均值由6.21下降至6.12,同时表现出最小值变小,而变异系数、最大值、极差均变大的规律,说明湘西植烟土壤pH在大幅下降的同时,其变异也在增大。地学统计分析结果显示,2000年和2015年植烟土壤pH空间结构模型分别符合指数模型和球状模型,Moran’s I变小,分形维数变大,块金效应由58.17%增加至64.13%,表明空间变异主要由结构因子和随机因子共同决定,且随机因子的影响效应在增强;空间分布表现为不同等级插花状分布,土壤pH“极低”、“低”、“高”和“极高”等级的面积显著增加,分别增加了2.61、6.48、4.39和0.17个百分点,而“适宜”等级的面积则下降了13.65个百分点。影响因素的分析结果显示,交换性钙、交换性镁、有效硫、有机质、粘粒 (< 0.002 mm)、粉粒 (0.02～0.002 mm) 和碱解氮是植烟土壤pH的主控因素,7项指标对植烟土壤pH的累计解释能力达83.8%,其中以交换性钙的独立解释能力最大,可解释其变异的60.6%,交换性钙、交换性镁和有机质为主要控酸因子,有效硫和碱解氮为土壤主要致酸因子。【结论】长期施用不同化学肥料和有机物料,湘西植烟土壤的pH变异程度在加大,适宜等级的土壤面积总体上减少。交换性钙是土壤pH升高的主要驱动因素,而有效硫和碱解氮是土壤pH降低的主要驱动因素。因此,湘西植烟土壤需要增加含钙物料的投入,控制含硫物料的投入以及化学氮肥的使用,以维持土壤的可持续利用。     

西部地区紫色土近30年来土壤肥力与生产力演变趋势分析

【目的】 紫色土在我国分布范围广泛,面积约1889 × 104 hm2,近年来紫色土面临着土壤肥力和质量下降等问题。本研究以我国西部地区的8个紫色土长期定位试验监测点为对象,对近30年来紫色土的养分和生产力数据进行分析,以期探明农民长期常规施肥管理模式下紫色土肥力的演变特征,为土壤养分的管理和可持续利用提供科学性的指导。 【方法】 利用时间趋势分析和中值分析的方法,分别总结了紫色土土壤有机质 (SOM)、全氮 (TN)、有效磷 (AP)、速效钾 (AK)、pH、碳氮比以及小麦、玉米、甘薯产量在不同监测阶段的演变特征和总体变化趋势,分析了紫色土常规施肥管理模式下土壤养分和作物产量的变化趋势;运用主成分分析和冗余分析方法,分别对上述6个肥力因子和三种作物产量进行分析,探究了紫色土土壤肥力的主要贡献因子和紫色土作物产量的主要影响因子。 【结果】 与初始监测阶段相比,29年常规施肥下紫色土有机质和全氮含量无显著变化,但有效磷和速效钾含量均以不同程度增加。土壤有效磷含量在 2011—2016 监测阶段的平均值为15.34 mg/kg,比初始监测阶段 (6.10 mg/kg) 显著提高了151.4%;土壤速效钾含量在 2011—2016 年的平均值比初始监测阶段 (1988—1992年) 增加了17.23 mg/kg (提高了23.1%)。29年常规施肥管理模式下紫色土pH呈现显著的下降趋势,比初始监测阶段降低了0.24个单位。主成分分析结果表明,紫色土土壤肥力的两个决定因子是土壤有效磷和速效钾,主要障碍因素是较低的土壤全氮和有机质含量。冗余分析结果表明,影响紫色土整体作物产量的主要环境因子分别为土壤pH、有效磷和有机质含量。对小麦产量影响最大的肥力因子为土壤pH,对玉米产量影响最大的肥力因子为土壤有效磷,对甘薯产量影响最大的肥力因子为土壤速效钾。 【结论】 近29年来,在常规施肥管理模式下土壤有效磷和有效钾含量显著上升,一方面提高了玉米、甘薯生产力,但却导致了养分的不平衡,紫色土全氮含量和pH出现了下降,导致小麦产量出现下降风险。紫色土肥力的障碍因子是较低的土壤全氮和有机质含量。所以农民常规施肥不利于紫色土的培肥,应该注重平衡施肥,增施有机肥,在提高土壤磷和钾有效性的同时,保持土壤全氮和有机质的平衡。