近30年湟水流域土壤全氮时空变异及影响因素

基于湟水流域1985年第二次土壤普查的45个剖面数据和2015年土壤调查的61个剖面数据,采用统计和地统计学法,分析了流域0~15 cm和15~30 cm土层近30年全氮(TN)的时空变异及影响因素。结果表明:从1985年至2015年,0~15 cm和15~30 cm层TN均值分别由1.33 g kg-1和1.15 g kg-1升高至2.25 g kg-1和2.08 g kg-1,增幅为69.20%和80.87%;近30年来,湟水流域0~15 cm和15~30 cm土层全氮呈现增加趋势,其中西部、北部、中部以增加为主,东南部以递减为主;空间相关性由强变为中等,1985年TN含量在东西和南北两个方向均呈现先减后增的趋势,2015年则整体呈从东南向西北增加的趋势;气候因子、海拔、土壤质地、土壤类型等自然因素和土地利用、施肥、种植结构以及农业机械化等人为因素共同导致了TN时空分异,人类对土壤养分干预作用表现出增强的趋势。考虑到TN含量存在较大的时空变异,建议建立湟水流域土壤TN含量长期监测点,并对农业氮肥的施用实行分区管理,以保障整个农业流域的可持续发展。     

山西临汾盆地土壤有机质和全氮的空间变异特征及其影响因素

揭示耕层土壤有机质和全氮的空间变异规律及其影响因素,为实现土壤肥力评价和养分资源精准管理提供指导。利用GPS定位,在山西省洪洞县采集耕地表层土样(0～20 cm)1186个,应用了经典统计学和地统计学方法,对洪洞县耕层土壤有机质和全氮的空间变异特征进行了研究。结果表明洪洞县土壤有机质和全氮的平均含量分别为16.05 g kg-1和0.82g kg-1,属中等偏上水平;土壤有机质和全氮的变异系数分别为46.10%和32.47%,为中等变异程度。土壤有机质和全氮的空间相关距离分别为20.9 km和21.5 km;它们的空间变异主要是由结构性因素引起的。土壤有机质和全氮含量的空间分布格局基本一致,大致呈中部高、东部和西部低的趋势,主要受成土母质、地形地貌、土壤类型、土壤质地和施肥状况等因素的影响。     

川北烟区土壤氮素空间分布特征及其主控因素

采用地统计学和回归分析方法,研究川北烟区土壤全氮(TN)和碱解氮(AN)的空间变异特征,并探讨了不同因素对其空间变异的影响程度,为改善土壤氮素环境提供依据。结果表明:川北烟区土壤TN与AN值分别在0.19~2.57 g kg-1和11.00~203.00 mg kg~(-1)之间,平均值为1.31 mg kg~(-1)和95.22 mg kg-1,均处于中等水平。土壤TN和AN块金系数分别为0.655和0.682,均属于中等空间自相关,变异主要受随机因素与结构因素共同影响。空间上来看,研究区域土壤TN和AN含量分布具有较好的相关性,相似度达到0.871。土类、亚类对TN、AN的独立解释能力分别是23.5%、22.1%和25.1%、22.4%;土壤质地可以独立解释11%和10.5%的TN与AN空间变异;土体结构对TN及AN空间变异的独立解释能力只有4.2%和1.9%;前茬作物对土壤TN及AN空间变异的独立解释能力最高,是引起川北烟区土壤氮素空间变异最主要的因素。     

京郊耕地土壤有机质丰缺状况分析

对京郊12个区县的292个耕地质量长期定位监测点的监测数据(2006年)进行详细分析,将耕层土壤有机质含量分为五级(参照北京市耕地土壤养分分等定级标准),4级以下(低有机质水平)耕地土壤占总监测面积的55.3%,北京市耕地耕层土壤有机质平均含量为15.40g kg-1;粮、菜、果及其他四种种植模式下,菜田耕层土壤有机质含量最高,达17.65g kg-1,其次是其他种植田、果园和粮田;作为京郊主要土壤类型的褐土和潮土,其耕层土壤有机质含量差异不大,分别为15.40g kg-1和15.09g kg-1;不同质地的耕层土壤,有机质含量差异较明显,土壤越粘重,有机质含量越高。     

近30年南方丘陵山区耕地土壤养分时空演变特征——以江西省为例

为了掌握南方丘陵山区耕作土壤养分的时空演变规律,以江西省为例,利用1985年江西省第二次土壤普查数据和2012年测土配方施肥项目采集的大量耕层(0—25cm)土壤样点数据,借助SPSS经典统计方法、ArcGIS地统计学和半方差分析技术,运用全局空间自相关(Global Moran′s I)和普通克里金(Ordinary Kriging)插值分析相结合的方法,对比分析了近30年耕地土壤全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、有机质(SOM)和酸碱度(pH值)5种养分要素的时空变异特征。结果表明:1985—2012年,江西省耕地土壤养分存在较大的时空差异,2012年土壤养分Moran′s I指数和块金系数较1985年表现为具有较强的空间正相关集聚特性。1985年除土壤pH值符合球状模型外,其余4种养分要素属于指数模型,2012年土壤TN,TP和SOM符合球状模型,TK和pH值符合指数模型,两个时期交叉验证结果均达到显著水平。30年来,研究区耕作土壤养分有升有降,以升为主。土壤TN和SOM处于丰富级水平,其含量显著上升,平均级别分别提升了0.41,0.44个单位;TP处于中等水平,全磷水平上升较为显著,平均级别提升了0.39个单位;TK处于低量级水平,全钾含量急剧下降,平均级别降低了0.89个单位;土壤pH值处于酸性水平,pH值下降较为明显,平均级别降低了0.66个单位。近年来,由于受到人为耕作方式、施肥结构、秸秆还田、工业污染及酸性沉降物等的影响,江西省耕地土壤TN,SOM和TP含量有所提升,TK含量急剧降低,土壤严重酸化。研究结果为江西省土壤养分分区管理、精准高效施肥、土壤养分可持续利用和提升耕地质量提供基础理论和科学依据。     

石河子垦区农田土壤有机质和全氮空间分布特征研究

探明土壤有机质和全氮的空间分布,是合理科学配方施肥的重要依据。利用Arc GIS和GS+地统计软件,分析新疆石河子垦区农田耕层(0~20 cm)土壤有机质(SOM)、全氮(TN)和碳氮比(C/N)空间分布特征。结果表明:垦区SOM、TN和C/N的变异系数分别为42%、46%和28%,均属于中等变异;通过变异函数分析,SOM理论模型采用球状模型拟合较好,TN采用指数模型拟合较好,C/N采用线性模型拟合较好;SOM、TN和C/N的块金系数15%~54%,SOM和C/N具有中等自相关性,TN具有强烈的空间自相关性;SOM和TN在空间格局上有着很强的相似性,且垦区农田SOM和TN含量总体偏低,需要长期施用有机肥和配施化肥,增加垦区农田土壤有机质和全氮含量,提高土壤肥力。     

江西省耕地土壤氮素空间变异特征及其主控因素

根据江西省采集的16 823个耕层(0—20cm)土壤样点数据,运用实地调查、经典统计学及地统计学等分析方法,对江西省耕地土壤氮素含量的空间变异特征及其影响因素进行了深入探讨。结果表明:江西省土壤全氮(TN)含量和碱解氮(AN)平均含量分别为1.57g/kg和164.13mg/kg,两者均处于丰富级水平。通过半方差函数分析,土壤TN和AN的块金基台比分别为62.03%和78.97%,两者空间变异特征受到结构性因素和随机性因素的共同影响,但受到随机性因素的影响更大;Kriging插值结果显示,研究区土壤AN与TN含量在空间分布上基本一致,均表现出北高南低的空间分布趋势。回归分析表明,成土母质、土壤类型、地形因子、土壤侵蚀、秸秆还田方式、农田利用方式和氮肥施用量对土壤TN和AN空间变异均有极显著影响(P0.01)。地形因子中高程和河流动能指数与土壤AN与TN含量呈显著负相关关系(P0.05);成土母质对TN和AN空间变异具有6.1%和4.1%的独立解释能力,土壤类型对TN和AN的空间变异的独立解释能力分别在4.2%~4.7%和3.1%~4.0%,地形因子对TN和AN空间变异具有4.2%和2.8%的独立解释能力,土壤侵蚀程度对TN和AN空间变异具有6.2%和3.5%的独立解释能力,秸秆还田方式对TN和AN空间变异的具有27.3%和3.3%的独立解释能力,农田利用方式对TN、AN空间变异具有2.9%和2.0%的独立解释能力,氮肥施用量对TN、AN空间变异的独立解释能力分别为18.8%和5.6%。因此,秸秆还田方式和氮肥施用量是引起江西省土壤氮素空间变异性的主控因素。     

近30年江西省耕地土壤全氮含量时空变化特征

以第二次土壤普查和测土配方施肥项目采集的大量土壤样品为基础,以GIS为技术工具,对江西省耕地土壤全氮的时空变化特征进行分析。研究结果表明:1985年和2012年江西省耕地土壤全氮含量在各设区市以及不同土壤类型之间均存在有较大的空间差异。1985年耕地土壤全氮含量最高的为萍乡市,最低的为九江市,空间变异最大为赣州市;2012年耕地土壤全氮含量较1985年整体提高了1个等级,全氮含量最高的为新余市,最低的为九江市,空间变异最大的为九江市。2012年水稻土全氮平均含量较1985年提高了7.24%;无论是在1985年还是2012年,水稻土全氮含量最高的为萍乡市,1985年水稻土全氮含量较低的三个设区市分别为吉安、赣州和九江,2012年则分别为九江、鹰潭和赣州。2012年旱地土壤全氮平均含量较1985年增加了43.88%,其中丰富级水平的土壤面积比例由1985年的7.38%提高至2012年的88.16%。     

干旱区长期膜下滴灌农田耕层土壤盐分变化

新疆地处干旱地区,水资源短缺,膜下滴灌作为有效的节水灌溉技术在新疆农业生产中广泛使用。但新疆同时是盐碱化普遍发生的地区,采用滴灌技术后,传统灌溉的灌溉洗盐过程随之消失,且该地区灌溉水矿化度较高,对土壤盐分有一定的补充作用,因此滴灌技术虽然节水增产效果明显,但长期滴灌可能导致土壤盐分积累,降低土壤质量。通过监测一个长期膜下滴灌、面积约为224 km2的农场15a农田土壤盐分含量,对长期膜下滴灌土壤盐分含量的变化进行研究,研究结果可为膜下滴灌土壤盐分管理提供科学依据。以位于新疆北部玛纳斯河流域的新疆生产建设兵团第八师147团农田为研究对象,通过收集该团场自1996年至2010年记录的农田耕层盐分和养分指标的分析数据,利用统计学知识及地理信息系统技术,对不同滴灌年限下土壤耕层盐分变异特征及土壤耕层盐分与其他土壤指标的相关性进行研究。研究表明:(1)在滴灌的第一个3年周期内,土壤耕层盐分平均含量从3.13 g kg-1降低至3.00 g kg-1,降幅达4.2%,但经12年滴灌年限,土壤耕层盐分从3.13 g kg-1升高至4.81 g kg-1,升高了53.7%;(2)在五个监测周期(15 a)内,土壤盐分含量明显上升,研究区土壤耕层盐分含量集中分布在4~10 g kg-1,土壤耕层多为中度盐化土和重度盐化土;(3)长期膜下滴灌导致土壤耕层盐分发生重新分配,全团范围内农田盐分含量分布接近正态分布。本研究条件下,长期膜下滴灌会造成土壤耕层盐分积累,滴灌水携带的盐分对土壤盐分有一定的补充作用;采用2~3年进行一次大水洗盐以及培肥土壤、提高土壤有机质含量对防止滴灌土壤积盐具有重要作用。     

典型干旱荒漠绿洲区耕层土壤养分空间变异

[目的]对干旱荒漠绿洲区耕层土壤养分空间特征进行研究,为绿洲土地资源的合理开发利用,以及土壤施肥方案的科学制定提供理论依据。[方法]基于GIS与地统计学方法对新疆维吾尔自治区精河县耕层土壤养分空间变异特征及影响因素进行分析。[结果](1)研究区内有效磷的空间变异性较强(变异系数Cv为67.45%),速效钾的空间变异性最弱(Cv为40.76%)。(2)有机质、碱解氮和有效磷存在较强的空间自相关性,其空间变异主要由地形、土壤质地和土壤类型等结构性因素所引起;速效钾为中等程度的空间自相关性,其空间变异不仅受结构性因素的影响,还与随机因素(即施肥和种植结构)有关。(3)各土壤养分元素在绿洲内部具有较高含量的片状和斑块状分布,而在绿洲外缘,其含量相对较低,且呈大面积的片状分布。[结论]精河县耕层土壤养分总体呈现出有机肥含量缺乏,磷钾肥相对丰富的特点。     

空间插值方法在土壤养分评价中的应用——以滩小关水源地评价为例

以地理信息系统技术和传统技术相结合,定性与定量相结合,用系统论和对比分析的方法调查,分析,评价了滩小关水源地土壤养分质量状况,并针对其中存在的问题提出了建议。其中,利用GPS快速准确地测到带有坐标记录的采样点,利用ArcviewGIS对采样点进行空间插值获取土壤养分等级空间分布图并进行了科学的分析。结果表明:研究区土壤养分含量缺乏,尤其氮磷养分不足,有机质含量不高。     

Development of ecosystems to climate change and the interaction with pollution—Unpredictable changes in community structures

Climate change has serious impacts on ecosystems, e.g. species diversity and abundance. It is well known that changes in temperature may have a pronounced influence on the reproductive output, growth and survival of various terrestrial species. However, much less is known on to how changes in temperature combined with exposure to pollution will influence biodiversity, the interaction between species, and the resulting change in species composition. In order to understand the effects of changes in temperature and copper pollution (individually and in combination) on soil communities and processes, a factorial multispecies experiment was performed. Six animal species (representing different functional groups) were exposed in control (30 mg Cu/kg) and copper-contaminated soil (1000 mg Cu/kg) to four temperatures (10, 14, 19, and 23 °C) representing the “summer” range (low to high) for Denmark, and three exposure periods (28, 61, and 84 days). The species composition, feeding activity and OM turnover were assessed throughout. Multivariate analysis displayed significant changes in the food-web both with different copper levels and temperatures, resulting in different species composition for each exposure scenario. The most important species were Enchytraeus crypticus (most sensitive to copper and temperature) and Folsomia candida (most abundant). Major changes in abundance due to temperature occurred in the first 28 days of exposure, where population growth was higher. A temperature dependent population growth rate could be modeled for an exposure period of 28 days, whereas after 61 and 84 days of exposure the data did not fit the model. Especially for treatments that also included Cu, modeling of the population growth was no longer possible. The results of our study indicate that when climate change occurs in polluted areas, the consequences on populations cannot be predicted based on data from non-polluted areas. The risk may be synergistic for certain species, as indicated in the present study, and the final balance may depend on the particular species composition of that ecosystem.     

湿地土壤的硝化-反硝化作用及影响因素

硝化-反硝化作用与土壤的供氮能力及氮气态损失密切相关,其对于湿地氮循环的生态意义重大。综述了湿地土壤硝化-反硝化作用的研究方法、影响因素及模型表征的研究动态。当前湿地土壤硝化-反硝化作用的研究主要集中在净硝化/反硝化能力方面,而模型研究仅停留在一般概念模型和动力学模型的表征上。影响湿地土壤硝化-反硝化作用的因素主要包括温度条件、水分条件、土壤理化性质及生物区系等。鉴于当前湿地土壤硝化-反硝化作用研究内容的不均衡性和不深入性,其在今后研究中应亟需加强的领域包括:(1)硝化-反硝化作用驱动机制;(2)概念模型与应用模型表征;(3)全球变暖、降水改变及碳、氮输入等对硝化-反硝化作用的影响;(4)人类活动对硝化-反硝化作用的影响。     

基于产量的稻田肥力质量评价及障碍因子区划——以进贤县为例

土壤肥力质量评价及土壤肥力障碍因子分析,对于区域土壤利用和改良、指导农业生产结构布局具有重要意义。以江西省进贤县为研究区,通过水稻遥感解译测产,结合主成分分析进行土壤质量评价;采用综合指数法表征土壤肥力质量水平,分析该区域低肥力质量区域主要障碍因素,并进行障碍因子区划。结果表明,该地区土壤肥力质量评价的最小数据集(MDS)指标包括:有机质、阳离子交换量(CEC)、全钾(TK)、交换性钙(Ex.Ca)、容重、粉黏比;土壤质量综合指数与水稻产量相关系数达到0.73(p0.01),以当地水稻平均产量7.215 t hm~(-2)确定土壤质量综合指数阈值为0.65。分析得出,该地区影响土壤肥力的主要障碍包括有机质含量低和容重较大反映的低熟化度障碍、中量元素缺乏反映的酸化障碍、全钾含量低和高粉黏比反映的结构障碍等。根据障碍因素将研究区域划分为三大障碍区:东南部丘陵区主要障碍因子为酸化和土壤结构障碍;中西部低岗平原主要为土壤酸化障碍;北部滨湖区主要障碍为水稻土熟化程度低。通过对不同区域施行针对性改良措施有益于提高土壤肥力。     

淮北平原农田土壤养分空间变异特征——以安徽省蒙城县为例

以安徽省淮北平原的蒙城县为例,利用测土配方施肥获取796个农田表层样点数据(0~20 cm),运用地统计学方法研究了土壤有机质(SOM)、全氮(TN)、速效磷(AP)和速效钾(AK)含量的空间变异特征及其影响因素。结果表明,蒙城县SOM含量为17.14±2.70 g kg~(-1),TN含量为0.85±0.14 g kg~(-1),AP含量为16.63±9.66 mg kg~(-1),AK含量为129.63±35.24 mg kg~(-1),属中等水平。变异系数介于15.75%~58.09%,属中等变异强度。地统计分析表明,蒙城县土壤养分的变异函数符合指数模型,具有中等强度的空间自相关性。SOM和TN的空间自相关性稍强,AP和AK的空间自相关性稍弱。土壤养分在空间上呈块状分布,SOM、TN和AK的空间分布总体上北高南低、在东南—西北方向上变异较强,在西南—东北方向上变异较弱。AP含量总体上由北到南,先降低再升高。     

大城市郊区耕地种植结构变化规律及其对土壤养分的影响——以北京市大兴区为例

分析了北京市大兴区1980年以来耕地种植结构的变化规律,核算了不同种植制度下的投入产出效益,并研究其对土壤肥力的影响。结果表明:(1)大兴的耕地种植结构已经从粮食为主转变成瓜菜为主,而且受政策引导效果明显。(2)不同种植制度下耕地的投入差异悬殊,表现出两极分化的趋势。耕地投入的顺序为:蔬菜>西瓜-蔬菜>小麦-玉米>一茬大田作物(粮食或油料)。(3)若不计劳动力成本,不同种植制度的净收益排序同耕地投入排序是一致的。若计入劳动力成本,一茬大田由于省工,其净收益反而高于小麦-玉米轮作。(4)高投入的种植制度下土壤肥力水平相对较高,各项养分含量最高的是蔬菜地,而且不同种植制度下磷、钾含量的差异比氮含量的差异要显著。(5)不同种植制度下的土壤养分变化幅度差异显著。速效磷变化差异最明显,瓜菜种植的速效磷增幅远高于粮食作物。速效钾除了蔬菜地略有增加,其他都呈减少趋势,小麦-玉米轮作制度下的土壤有机质增幅最大。     

海岛型城市的土壤侵蚀状况及主要影响因子分析——以福建省平潭岛为例

为研究海岛型城市建设发展过程中的水土流失状况,将地理信息系统(GIS)与通用土壤流失方程(USLE)相结合,以福建省典型海岛——平潭岛作为研究区域,运用GIS建立平潭岛研究区的基础地理数据库,利用ArcGIS的栅格数据空间分析功能,对1990年与2013年的土壤侵蚀量进行了估算和分析。结果表明:平潭岛1990年平均土壤侵蚀模数为1 674.64t/(km~2·a),2013年平均土壤侵蚀模数为735t/(km~2·a),均属于轻度侵蚀。微度侵蚀从1990年的72.38%增加到2013年的79.31%。而在轻度侵蚀、中度侵蚀、强度侵蚀、极强度侵蚀和剧烈侵蚀方面均有所下降。1990年、2013年均是强度以上侵蚀区域对土壤侵蚀量的贡献最大。土地利用变化、降雨量和坡度变化对土壤侵蚀的作用显著。该研究可为平潭岛的经济开发建设、土地合理利用,以及为其他典型海岛在城市化进程中提出最佳的水土保持管理措施提供参考。     

土壤可蚀性K值的计算和K值图的制作方法研究——以南京市方便水库小流域为例

本文介绍了土壤可蚀性K值的计算和K值图的制作方法。涉及利用公式法计算该区的土壤可蚀性K值的参数设置方法,和运用地统计学的协同克里格空间插值的方法进行K值图的编制方法,并对K值图在水土保持、水土流失定量监测、生态与环境等方面的应用作了简要说明。     

基于GIS的土壤肥力质量综合评价——以天然云冷杉针阔混交林为例

以吉林汪清林业局金沟岭林场中41块天然云冷杉针阔混交林样地为对象,采用主成分-聚类分析,结合GIS技术,对该区域土壤肥力质量进行综合评价。结果表明,按主成分-聚类分析结果将41块样地分为4类:第1类土壤肥力质量综合得分为11.17~18.86(优),包括5块样地;第2类土壤肥力质量综合得分为3.01~7.44(良),包括8块样地;第3类土壤肥力质量综合得分为-6.97~1.27(一般),包括24块样地;第4类土壤肥力质量综合得分为-12.40~-9.63(差),包括4块样地。然后采用Arc GIS软件对综合得分进行普通Kriging插值,其标准均方根预测为0.9544,在1的附近,这基本达到插值精度的要求。从生成的研究区土壤肥力质量综合得分空间分布图来看,森林土壤肥力质量由西向东呈现先降低后升高的趋势;由北向南,森林土壤肥力质量变化幅度逐步减小,表明研究区南部土壤肥力质量变化较北部均匀。就研究区的整体土壤肥力质量而言,土壤肥力质量中等以上(优,良,一般)样地数占所研究区样地总数比例为90.24%,表明所研究区森林土壤肥力质量整体处于良好水平。     

黑河流域防风固沙林生态效益研究——以甘肃省高台县为例

通过对黑河流域高台地区防风固沙林体系的定位观测,分析了该区防风固沙林20年来的生态效益变化。研究结果表明:在防风固沙效益方面,花棒×柠条锦鸡儿×梭梭混交林最好,梭梭纯林(6m×9m)最差;防风固沙林建立20年后,林内土壤粗粒沙(1.0~0.5mm)含量降低66.4%,而<0.25mm的细沙和粉(黏)沙含量由12.8%提高至72.0%,土壤有机质含量提高30.1%,土壤全N增加48.3%,全P增加76.3%,全K增加58.0%,土壤pH值和全盐量均有降低。20年来防风固沙林的防风固沙效益和改土作用显著。