黑土区低山丘陵坡耕地侵蚀沟浅层土壤养分特征及其影响因素

[目的] 研究黑土区低山丘陵地形侵蚀沟土壤养分特征及其影响因素,为黑土区土地资源合理运用,土壤肥力精确化管理和退化土壤修复工作提供数据与理论支持。[方法] 以黑龙江省延寿县不同发育类型侵蚀沟表层土壤作为研究对象,对0—40 cm层侵蚀沟各部位的土壤进行取样测定,量化分析土壤养分特征。[结果] ①不同侵蚀沟道间有机质、全氮、全磷、全钾、速效磷、速效钾、碱解氮含量较CK差异显著(p＜0.05),随侵蚀沟发育,0—40 cm层的土壤有机质含量呈递减趋势,土壤全氮、全磷、全钾、速效磷、速效钾、碱解氮含量总体呈下降趋势。随着土层加深,土壤养分差异显著(p＜0.05),呈下降趋势。受侵蚀—沉积影响,土壤有机质、全氮、全钾、碱解氮含量在沟头段降幅明显;土壤有机质、有效磷、有效钾含量在沟尾因沉积作用下降平缓。②土壤退化指数在0—40 cm层呈A₂＞A₁＞A₃,随侵蚀沟发育,土壤退化程度加重。[结论] 土壤养分与容重总体呈显著负相关,与土壤水稳性团聚体含量、黏粒含量呈显著正相关;土壤剖面与构型差异是造成土壤养分差异的根本原因,侵蚀沟发育是土壤养分变化的次要原因,土壤有机质、全氮、全钾含量也受到部位差异影响。     

侵蚀红壤区不同水土保持措施的土壤改良效果研究

结合野外调查和室内分析,研究了侵蚀红壤区不同水土保持措施下坡地土壤pH值和养分含量的变化,分析了不同水土保持措施的土壤改良效果。研究结果表明,不同水土保持措施显著影响侵蚀红壤区坡地土壤pH值和有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷的含量,但是对全钾和速效钾含量影响不显著。牧草和耕作措施可以显著提高土壤pH值和有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷的含量,显著改善土壤肥力状况,梯田对土壤肥力状况影响不显著。研究区土壤肥力状况不受钾素限制,可以将土壤有机质作为衡量土壤肥力状况的简化指标。     

赣北第四纪红壤坡耕地水土及氮磷流失特征

坡耕地水土及养分流失严重,该研究于2011年利用赣北第四纪红壤区野外径流小区定位观测试验数据,分析坡耕地水土及氮、磷、有机质流失特征。结果表明：地表产流产沙为裸露地最高、顺坡耕作和顺坡+植物篱次之,横坡耕作最小,横坡耕作比顺坡耕作减少径流62.71%、减少土壤侵蚀82.9%;坡耕地径流携带的可溶性氮、铵氮、硝态氮、可溶性磷的流失量都表现为裸地最大,横坡耕作最小;坡耕地泥沙携带的全氮、全磷、碱解氮、速效磷的流失量表现为裸地最大,横坡耕作最小;坡耕地可溶性氮中以有机氮流失为主,无机氮中以铵氮流失为主,泥沙中磷的流失主要以泥沙结合态流失。该研究可为坡耕地水土流失和面源污染防治提供科学依据。     

坝地沉积旋回泥沙养分变化及其对小流域泥沙来源的解释

黄土高原广泛分布的坝地沉积泥沙中赋存了大量小流域侵蚀特征及侵蚀环境变化的信息,泥沙特性的变化则是这些信息的直接体现。该文通过对比分析淤地坝沉积旋回泥沙中和坝控小流域内不同泥沙源地土壤中有机质、全氮、全磷和全钾的含量,发现小流域内土壤养分含量变异性明显大于沉积旋回泥沙中的变异性,沉积旋回泥沙养分含量与沟壁土壤中的相接近,其中与沟壁中的全氮、全磷和全钾无显著差异(p>0.05),但显著小于荒草地和坡耕地中的有机质、全氮和全磷含量(p<0.05),表明淤地坝运行期间小流域泥沙主要来源于沟壁坍塌和沟道扩展,重力侵蚀和沟蚀是主要侵蚀类型;有机质和全氮在坝地沉积旋回中呈明显阶段性变化,分析认为其反映了农村土地联产承包责任制对小流域土地利用和土壤侵蚀的影响。     

紫色土坡耕地侵蚀耕层土壤养分变化特征

通过设置侵蚀模拟小区,研究紫色土坡耕地耕层质量退化过程中土壤养分的变化特征。以三峡库区紫色土坡耕地侵蚀耕层土壤为研究对象,基于铲土侵蚀模拟法建立5种侵蚀程度(0,5,10,15,20 cm)和2种管理措施[不施肥(CK)、常规耕作(F)]的原位试验,采用田间原位检测、土壤化学性质分析等手段,对常规耕作侵蚀耕层土壤养分的恢复效应和土壤养分的年际变化趋势进行研究。结果表明：(1)耕层土壤养分各项指标均表现为F>CK,表明F较CK改善土壤养分效果较好,且对有机质、全氮和有效磷改善效果明显。(2)紫色土坡耕地耕层土壤养分主要富集在0—20 cm表土层,整体随侵蚀程度加剧,随剖面呈下降的趋势,F下0—30 cm土层土壤养分含量增加明显,对10—20 cm土层有机质含量增幅效果最优。(3)经过连续4年的定位试验,CK下有机质、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾含量较背景值增长4.33%～15.89%,全氮含量较背景值无明显变化,全磷含量较背景值降低11.78%;F土壤养分含量较背景值增长4.51%～49.46%。研究成果可为坡耕地合理耕层调控途径、提高土地生产力提供基础参数。     

青海主要枸杞产区不同耕作措施对灰棕漠土理化性质影响及肥力综合评价

为进一步探明青海主要枸杞产区不同耕作措施下灰棕漠土的理化特性,科学评价干旱区土壤综合肥力并提高枸杞产区的生态及经济效益。以青海主要枸杞产区不同耕作措施下的枸杞地土壤为研究对象,平作露地种植为对照,研究了沟垄种植和覆膜处理对灰棕漠土的土壤颗粒组成及土壤养分的影响,采用改进的Nemerow综合指数法分析了土壤肥力。结果表明:(1)研究区土壤含沙量较高,砂粒含量为61.44%～85.59%。改善作用最好的红枸杞沟垄覆膜处理相比于对照处理土壤砂粒含量减少了39.31%。(2)研究区土壤呈现出pH值偏高,钾素正常,有机质、氮素、磷素缺乏的现状。从垂直方向来看,土壤各养分指标随土层深度的增加而降低;不同耕作措施之间表现为,除速效磷和pH值外,其余养分指标红枸杞沟垄覆膜处理均高于其他处理,沟垄覆膜的改善作用较为明显。土壤养分指标变异系数为4.27%～50.81%,其中pH值的变异系数最小,速效氮最大,且速效养分的变异系数均大于对应的全量养分的变异系数。(3)土壤肥力综合评价值排序为:沟垄覆膜措施平作覆膜措施沟垄露地措施平作露地处理。在试验区独特的气候条件下,覆膜措施相比于露地种植的提升效果优于沟垄措施相比于平地种植的提升效果。其中沟垄覆膜处理相比于对照处理土壤综合肥力指数提高了43.33%。因此,在青海主要枸杞产区,沟垄覆膜种植相较于其他耕作措施,不仅具有减弱侵蚀的作用,而且更有利于土壤保土保肥,应予以推广。     

林地开垦对黄土区坡面土壤养分空间分布的影响

研究黄土高原侵蚀环境下林地开垦后坡面土壤养分空间分布状况,确立林地开垦后侵蚀驱动的坡地土壤养分空间变异特征。以黄土高原丘陵区子午岭林地和开垦28年的侵蚀坡面为研究对象,分析土壤主要性质和养分含量的变化情况,运用经典统计学和地统计法分析坡面土壤基本性质和养分空间分布规律。林地开垦后坡面土壤pH增加了0.24个单位,有机质、全氮、全磷和铵态氮、硝态氮、速效磷和速效钾分别降低了13.77,1.14,0.10 g/kg和6.05,1.63,4.99,58.44 mg/kg。林地的土壤有机质、全氮和全磷的变异系数大于开垦地,而pH和各速效养分的变异系数小于开垦地。开垦后中坡位和下坡位养分含量减少幅度较大,上坡位减少幅度较小。林地和开垦地的土壤各指标都呈中等或强烈的空间自相关。林地开垦增强了有机质、全氮、全磷、铵态氮、速效磷和速效钾的空间异质性,但减小了pH的空间异质性,地形等结构性因子主导了土壤养分空间异质性的形成。林地开垦后,pH、有机质、全氮和全磷变程增大,铵态氮、硝态氮和速效钾变程减小,速效磷在2个坡面上的变化趋势不一致。研究结果表明林地开垦极大地减少了坡面土壤养分含量,但减少幅度与坡位和坡面形态有关。同时,开垦增大了坡面土壤有机质、全氮和全磷的空间依赖性,减小了速效养分的空间依赖性。     

黄土高原沟壑区小流域土壤养分分布特征

研究了黄土高原沟壑区王东沟流域土壤养分布特征，有机质，全氮、全氮、碱解氮、全磷、速效磷在王东沟小流域的分布呈现塬面＞山坡地＞坡台地的趋势，这是由于养分的投入主要分布在塬面，流失的养分在山地富集的结果，流域内土壤K素含量无较大差异，全钾，速效钾，缓效钾含量均比较高，流域内有机质含量不高，钾素较丰富，速效养分含量较低，且分布不均，林，草地有机质和碱解氮含量比农田土壤高，由于没有外源磷素的补充，其全磷，速效磷含量较农田土壤低，且变幅较大，果园土壤全氮，碱解氮，有机质，速效钾含量是所有土地利用方式中最低的。     

基于GS+和ArcGIS的蒲江县耕地土壤养分空间变异分析

基于GS+7.0、ArcGIS10.2建立蒲江县全氮、碱解氮、有效磷、速效钾、有机质5种耕地土壤养分含量的最优半方差函数模型,利用该模型进行了空间变异和普通Kriging空间插值分析。研究区土壤全氮、碱解氮、有机质均具有中等空间变异性,有效磷、速效钾表现为弱空间变异性。全氮、碱解氮含量高低受地形、成土母质、土壤类型等自然条件和施肥、种植模式、耕作措施等人为活动的共同影响,有机质更多地受人为活动的影响,而有效磷、速效钾则主要决定于人为活动的作用。5种土壤养分含量的空间插值图可直观地表达县域耕地土壤养分的含量水平及其分布状况,使用该图件可方便地提出相应的平衡施肥建议。     

黄土丘陵区人工林土壤养分效应研究

以人工油松林和人工刺槐林为例进行比较,分析了黄土丘陵区人工林土壤养分特征及分布,进行了人工林土壤养分效应的研究。结果表明：该研究区人工林土壤肥力处于低水平;人工林表层土壤养分中有机质和全磷的空间变异性较大;各种养分在剖面中的含量具有明显的层次性,表层（0—20cm）养分含量最高,向下层逐渐降低;在人工刺槐林中,土壤有机质含量与全氮含量相关性显著,有机质含量与全磷含量、速效钾含量相关性较为显著,与速效磷含量相关性不显著;在人工油松林中,土壤有机质含量与全氮含量相关性显著,有机质含量与速效磷含量、速效钾含量相关性较为显著,与全磷含量相关性不显著。     

黄土坡地耕作侵蚀对土壤养分影响的研究

通过地形测量、铯-137示踪、土壤性质分析及重复耕作的方法对黄土坡地耕作侵蚀对土壤养分的影响进行了研究,结果表明:全N、碱解N及有机质含量随投影坡长的变化可用抛物线描述,有效P及速效K的变化可用幂函数描述;全N、碱解N、速效K含量与耕作侵蚀的关系可用线性方程描述,有效P含量的关系可用三次多项式描述;耕作侵蚀对全N、碱解N、有效P及速效K含量的贡献率分别为16.47%、2.69%、48.85%及15.30%;由于耕作侵蚀,15年内碱解N、速效K、有机质及阳离子代换量的含量将在耕作侵蚀区呈减少趋势,在耕作沉积区呈增加趋势     

加速土壤侵蚀对养分流失的影响

Soil erosion and nutrient losses on newly-deforested lands in the Ziwuling Region on the Loess Plateau of China were monitored to quantitatively evaluate the effects of accelerated soil erosion, caused by deforestation, on organic matter, nitrogen and phosphorus losses. Eight natural runoff plots were established on the loessial hill slopes representing different erosion patterns of dominant erosion processes including sheet, rill and shallow gully （similar to ephemeral gully）. Sediment samples were collected after each erosive rainfall event. Results showed that soil nutrients losses increased with an increase of erosion intensity. Linear relations between the losses of organic matter, total N, NH4-N, and available P and erosion intensity were found. Nutrient content per unit amount of eroded sediment decreased from the sheet to the shallow gully erosion zones, whereas total nutrient loss increased. Compared with topsoil, nutrients in eroded sediment were enriched, especially available P and NH4-N. The intensity of soil nutrient losses was also closely related to soil erosion intensity and pattern with the most severe soil erosion and nutrient loss occurring in the shallow gully channels on loessial hill slopes. These research findings will help to improve the understanding of the relation between accelerated erosion process after deforestation and soil quality degradation and to design better eco-environmental rehabilitation schemes for the Loess Plateau.     

Soil Erodibility and Physicochemical Properties of Collapsing Gully Alluvial Fans in Southern China

In southern China, collapsing gully erosion produces massive deposits of sediment on the plough layer of alluvial fan farmland, leading to reduced nutrients, increased erodibility, and even desertification. The aim of this study was to investigate soil erodibility (the factor K in the universal Soil Loss Equation, USLE) and physicochemical properties of the alluvial fans of the most severe collapsing gully erosion areas (Hubei, Jiangxi, Fujian, and Guangdong provinces) in southern China. The soils of the collapsing gully alluvial fans had a higher bulk density, but a lower total porosity, saturated water content, and silt and clay fractions than the control (CK) soils from the farmland without desertification. Soil quality gradually decreased from fan edge to fanhead. Significant decreases were found in soil pH, organic matter, cation exchange capacity, and total potassium, nitrogen, and phosphorus, as well as available nitrogen, phosphorus, and potassium, resulting in a gradual decrease in soil nutrients from the fanedge to the fanhead. Soil erodibility was greatest in the fanhead, and soil erodibility K values of the alluvial fans were 53.71%, 66.28%, 67.53%, and 71.68 % greater than that in those of the CK soils of Hubei, Jiangxi, Fujian, and Guangdong, respectively, indicating a significant correlation between the soil erodibility K values and physicochemical properties, particularly sand fraction and organic matter content. The results provide new insights into the relationship between soil physicochemical properties and erodibility of alluvial fans, and suggest that improving soil structure might increase soil fertility in the collapsing gully alluvial fan farmland.     

石羊河尾闾(青土湖)水面形成后土壤养分的空间特征

通过测定青土湖不同土层、不同水面距离的土壤有机质、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷和电解质,对比不同土层和水面距离的土壤养分差异,分析其空间变异性以及相关关系。结果表明：１）青土湖的土壤各养分含量均较低,水面形成的干扰改变了原状土壤的理化性质,水面的形成对土壤养分垂直分布的影响范围在0~40cm。;2）0-60cm土层深度的有机质、全氮、速效氮、全磷、全钾和土壤溶液电导率分别在距水面100-150m和300 m处达到最大值,在距水面200 m处为最小,呈波浪式变化,这种波浪式变化与其原湖泊沉积和区域气候环境相符合。;32）土壤养分含量存在显著空间变异性,各养分指标含量随土层深度变化规律明显,不同水面距离0～40cm土层土壤有机质、全氮等含量均比40~80cm高,土壤各养分含量除了土壤全钾含量在0~80cm、土壤全磷在60~80cm为弱变异外,其他均属于中等变异。;43）在0~40cm土层深度,有机质与全氮、全钾,速效氮、电导率呈正相关;电导率和速效磷、全磷呈正相关。青土湖的土壤各养分含量均较低,水面形成的干扰改变了原土壤的理化性质,水面的形成对土壤养分垂直分布的影响范围在0~40cm。     

基于信息熵的耕地土壤养分与环境影响因子空间相关性研究

[目的] 探究耕地土壤养分含量空间格局及与环境因子的空间相关性,为区域耕地土壤施肥管控及农业生态环境保护等相关工作提供理论依据。[方法] 以湖北省枣阳市耕地为研究对象,选取土壤有机质、全氮、速效钾、缓效钾和有效磷5种土壤养分指标,并收集整理成土母质、土壤类型、土壤pH值、高程（DEM）、地表起伏度、坡度、植被覆盖度指数（NDVI）、平均气温、平均降水量和土地利用方式10种环境影响因子,利用普通克里金插值和信息熵原理,分析每种土壤养分的空间分布特征以及每种土壤养分空间分异特征与环境因子的相关性。[结果] 枣阳市土壤缓效钾空间异质性不明显,全域含量水平较高;其他4种养分均表现出不同程度的空间异质性。信息熵结果表明,5种土壤养分含量空间格局与成土母质、土壤类型和气候因子相关性均较强但相关程度存在差异;地形因子与全氮和有机质含量空间相关性较强,土壤pH值与土壤速效钾、缓效钾和有效磷相关性较强。[结论] 枣阳市土壤养分格局受自然因素影响较强,但相关性指数K值都较低,说明受到人为施肥与农作物消耗以及灌溉排水导致的土壤水化学反应及养分流失的影响。     

宁夏农田土壤耕层养分含量的时空变化特征

根据土壤普查资料和实际采样测定结果,探讨了宁夏山区和灌区农田土壤耕层有机质和氮磷钾养分含量的时空变化特征。结果表明,在1970年、1985年和2000年3个时段内,土壤有机质、有效磷和碱解氮含量呈显著或较显著增长态势,土壤速效钾含量近15年在灌区明显下降,土壤氮磷钾全量养分在30年间没有明显变化。从两个地区比较来看,除土壤全磷量外,土壤有机质和其它养分含量都是灌区显著高于山区,而变异系数除土壤全钾外都是山区显著大于灌区。     

三江源区草地退化与人工恢复对土壤理化性状的影响

以三江源区不同退化程度的天然草地及不同恢复年限的人工草地为研究对象,系统分析土壤理化性质随取样深度的动态变化。结果表明:(1)人工草地土壤含水量及全氮、全钾、全磷、速效钾、速效磷的含量随恢复年限均表现出先减小后增大的"V"形变化趋势;(2)随着退化程度增加,退化草地土壤中含水量逐渐降低,全氮、全钾、有机质、速效钾含量未表现出逐渐降低趋势,而草地的裸斑面积、土壤及养分的流失量逐渐增加;(3)人工草地及退化草地土壤中全氮、速效钾、有机质含量均随着取样深度增加而逐渐降低,草地恢复年限和退化程度基本不影响养分在土壤中的空间分布;(4)人工草地建设使退化草地有机质、全氮、全钾的含量增加,尤其有利于0-4cm的土壤养分增加。因而,人工草地建设可以作为三江源区退化草地土壤恢复的措施之一。     

黄土丘陵沟壑区退耕地人工柠条林土壤养分特征及其空间变异

应用时空互代方法,以柠条林为例,对黄土丘陵沟壑区不同利用年限人工林土壤养分特征、空间变异及其演变进行了系统的研究。结果表明,该区人工林土壤肥力处于较低水平;人工林表层土壤养分中速效磷和速效钾的空间变异性较大;各环境因子对土壤养分有一定的影响,海拔、坡度和坡向等环境因子与人工林地土壤养分间呈负相关关系,坡位和地形与人工林地土壤养分间呈正相关关系。随着利用年限的增加,人工林土壤养分各指标含量均增加,与利用年限有显著的相关性。有机质、全氮、有效氮和速效磷的增加量不明显,全磷含量保持相对稳定的水平,速效钾经过多年积累有明显的增加。从土壤养分指数模型可以算出该区的人工林土壤有机质、全氮、有效氮约需35a能达到中上等养分水平,速效钾则约需27a才能达到中上等养分水平。     

东北地区不同耕作方式农田土壤风蚀特征

为探究不同耕作方式农田土壤风蚀特征,揭示风蚀对表层土壤理化性质及养分含量的影响,以东北地区典型农田土壤(黑土和风沙土)为研究对象,通过野外集沙仪定点监测与室内理化分析等方法,对不同耕作方式(垄作、免耕)和不同地表覆盖措施(无覆盖、留茬、覆盖)下的土壤风蚀特征展开研究。结果表明:(1)风沙土的输沙量显著高于黑土,在0—100cm高度范围内风沙土的输沙量平均为黑土的168倍。随高度的上升输沙量急剧减少,其中0—10cm输沙量最大,占总输沙量的50%以上,40cm以上则无明显风蚀物;(2)不同耕作方式下,免耕农田土壤风蚀输沙量较垄作样地减少了66.0%~94.1%;而相同耕作措施下,不同地表覆盖的输沙量表现为无覆盖>留茬>覆盖,与无覆盖相比,留茬及秸秆覆盖下的输沙量可以减少90.3%~99.4%;(3)受风蚀影响,表层土壤颗粒、有机质及养分流失严重,其中风蚀物的砂粒含量是表层土壤的1.06~1.42倍,且10—20cm风蚀物中有机质、全氮和全磷含量均比表层土壤高;(4)通过修正风蚀方程(RWEQ)估算得出,垄作无覆盖(RTNF)风蚀模数高达181.7~86582.9t/(km^2·a),风蚀剧烈,而免耕覆盖(NTF)的风蚀模数仅为9.89t/(km^2·a),为微度风蚀。研究显示垄作及无覆盖方式下农田土壤风蚀程度剧烈,加剧了表层土壤颗粒和养分流失的风险,而免耕和地表覆盖能有效缓解风蚀危害。