黄土丘陵区不同土地利用方式下土壤养分及生态化学计量特征

[目的]探究黄土丘陵区土地利用方式变化前后土壤养分及生态化学计量比的变化特征,为该区农业生产以及生态恢复工作提供科学依据。[方法]选取山西省永和县岔口小流域因生态工程的实施而改变土地利用方式的坡改梯地(梯田)、退耕还林地(林地)、地埂核桃园地(园地)3种样地为研究对象,以现有坡耕地为对照,利用时空互代法,比较不同土地利用方式变化前后0—20 cm,20—40 cm土壤C,N,P,K含量以及生态化学计量比的差异。[结果]①流域各种生态恢复措施实施后,土壤C,N元素含量明显增加,梯田、林地、园地0—40 cm土壤有机C含量分别是坡耕地的1.38,2.44和1.09倍,全N含量分别是坡耕地的1.76,2.66,1.68倍。P,K元素增加量不明显,林地相比其他2种土地利用方式对C,N元素的固持更加明显;②通过分析土壤养分化学计量比的关系,发现流域土壤的限制性元素为C,N元素;③流域土壤养分及计量比之间存在着稳定的耦合关系,C-N之间的耦合关系最为显著且在各元素和生态化学计量比稳定方面发挥着重要作用。[结论]流域3种土地利用方式有效地改变了土壤全量养分含量和元素的生态化学计量比,有利于流域的生态保护和植被修复。     

不同土地利用方式下坡面土壤养分分布特征

通过土壤养分测定,研究了重庆市长寿区代家沟小流域不同土地利用方式下坡面土壤养分分布特征.结果表明:3种坡位坡耕地的有机质和全量养分含量要远低于有林地,坡耕地和果园的速效养分要远远大于疏林地、荒草地、桑园及有林地的速效养分,果园-疏林地-有林地及有林地-桑园-坡耕地.这两种土地利用结构类型坡面具有较高的土壤养分含量;相同坡位上,土壤养分含量也不同,TP含量虽然在各个坡位中有一定差异,但只在坡顶相差很大,坡中和坡脚的含量不大.坡耕地的速效K含量要远远高于果园和有林地,果园和有林地的速效K含量相差不大.坡面土壤碱解N、有效P、速效K含量与坡位表现出显著相关性.     

陕北黄土丘陵区刺槐人工林土壤生态化学计量特征

为阐明陕北黄土丘陵区刺槐人工林土壤生态化学计量学特征,明确不同年限刺槐人工林土壤生态化学计量特征随土层深度的变化规律,采用野外调查与室内分析相结合的方法对研究区内9,17,30 a的刺槐人工林土壤C,N,P,K含量进行了测定,分析土壤化学计量特征及土层间的关系。结果表明:(1)随着刺槐年限的增加,土壤C,N含量增加且二者呈极显著的正相关关系,P含量先增加后减少,在生长年限后期需补充土壤P元素,K含量减少;(2)随土层深度的增加,土壤C,N含量均减少且与土层深度呈显著的负相关关系;P含量在所有土层中分布较均匀;K含量随着土层深度的增加而增加,与土层深度有显著的正相关关系;(3)土壤C∶N,C∶P,C∶K,N∶P,N∶K和P∶K均随年限的增加而增加;在0—100 cm土层内,C∶N在8.52～8.96之间波动,C∶P,C∶K,N∶P和N∶K随土层深度的增加逐渐减少后趋于稳定。研究结果可为黄土丘陵区人工林生态系统养分受限元素判断和平衡调控机制提供依据。     

滇池柴河流域不同土地利用方式土壤养分剖面分异

基于滇池柴河流域土壤采样,研究了平坦设施农业、平坦传统农业、坡耕地、撂荒地和林地5种土地利用方式0—100cm土壤养分剖面的分异特征,结果表明:(1)不同土地利用方式土壤0—100cm内TN含量排序为:设施农业>传统农业>撂荒地>坡耕地>林地,并且设施农业TN含量显著高于坡耕地和林地(P<0.05)。不同土地利用方式间土壤TN含量的显著差异主要表现在0—80cm。土壤TN含量沿土层自上而下逐层降低,但在不同土地利用方式下,各土层间的差异不一致。(2)不同土地利用方式土壤0—100cm内TP含量排序为:传统农业>设施农业>坡耕地>林地>撂荒地,且不同土地利用方式间各个土层内土壤TP均无显著性差异。5个土层TP均表现为撂荒地<林地<耕作土壤。土壤TP沿土层自上而下总体先降后升,但不同土地利用方式土壤TP随土层的变化趋势不尽一致。(3)不同土地利用方式土壤0—100cm内有机质含量排序为:设施农业>传统农业>撂荒地>坡耕地>林地,且设施农业有机质含量明显高于坡耕地和林地。在5个土层内,不同土地利用方式间土壤有机质差异不显著,只在20—40cm土层内设施农业与坡耕地、林地之间达到显著性差异。土壤有机质含量沿土层自上而下逐层降低,但在不同土地利用方式下,各土层间的显著性差异不一致。     

基于中红外光谱法土壤理化性质与稳定性同位素剖面分布

理解土地利用与土壤理化性质的相互关系是土地管理和生态恢复的重要议题,昂贵费时的传统土壤化学检测方法限制了在发展中国家进行短时大面积的研究。以老挝北部热带山区为研究对象,利用经济高效的中红外光谱法对6种土地利用方式(竹林、耕地、休耕地、森林、次生林、橡胶林)下的0—110 cm剖面土壤的pH、有机碳、总氮、碳氮比、磷、钾、碳氮稳定同位素及土壤颗粒组成等土壤理化性质进行了分析。结果显示:(1)该地pH呈酸性,耕地由于施肥的原因,pH略高于其他用地类型。pH随土层变化不明显。(2)土壤有机碳、总氮含量的大小顺序以及在不同土地利用方式之间的显著性差异较为一致,在各土层中,均是休耕地与橡胶林的有机碳、总氮含量较低,竹林是有机碳总氮含量最高的土地利用方式,有机碳、总氮含量随土层加深而减少,且表层含量显著高于底层。(3)土壤碳氮比在各土层中均是休耕地与橡胶林的含量较低,森林是碳氮比值最高的土地利用方式,在各用地类型中,土壤碳氮比值均随着土层加深而减少。(4)竹林是磷钾含量最高的土地利用方式,休耕地和次生林中随土层加深磷含量先降低后升高,其余4种土地利用方式下的土壤磷含量基本上都随土层加深而减少,钾含量随土层加深而增加。(5)各土地利用方式下,δ~(13 )C的自然丰度在各土层中均无明显差异,δ~(13 )C的自然丰度都接近-27‰,此结果与该研究区主要为C3植物的植被类型吻合。枯枝落叶、化肥及有机肥的使用导致δ~(15 )N的丰度值较低。(6)竹林的土壤颗粒组成明显小于其他用地类型,小粒径颗粒对土壤养分的吸附力和粘着性更强,这与竹林是土壤养分含量最高的土地利用类型的结果吻合。本研究为促进利用中红外光谱法分析土壤和建立发展中国家的土壤库做出了贡献,研究证明中红外光谱法是快速简便进行土壤诊断的土壤健康管理的有力工具。     

黄土丘陵区退耕还林(草)土壤环境效应

通过采样与分析,研究了上黄试区不同土地利用类型、不同坡地植被恢复措施及不同植被恢复年限的土壤养分状况,结果表明：坡耕地土壤存在不同程度的退化现象,土壤养分,有机质含量较低;坡耕地与不同恢复措施的林地草地相比,速效K、速效N及有机质含量低,pH值则偏高;坡耕地退耕还林还草年限越长土壤改良效益越明显。     

晋西黄土区退耕还林地涵养水源和保育土壤功能评价

以晋西黄土区退耕还林地为研究对象,对其土壤容重、孔隙度、有机质、养分含量进行测定和分析,并对其涵养水源和保育土壤功能进行评价。结果表明:(1)退耕还林地0—50cm土层平均容重为1.23g/cm3,随着土壤深度的增加,土壤容重增大,土壤孔隙度呈下降趋势,刺槐侧柏混交林地土壤结构最好,荒草地最差;(2)0—30cm土层平均有机质含量为29.33g/kg,全氮含量为1.54g/kg,全磷含量为0.46g/kg,全钾含量为18.85g/kg,随着土壤深度的增加,土壤有机质含量减少,土壤全量养分呈现递减的趋势;(3)不同植被恢复措施涵养水源能力依次为刺槐侧柏混交林刺槐林侧柏林苹果林山杏林油松林;(4)不同植被恢复措施保育土壤能力依次为刺槐侧柏混交林油松林刺槐林侧柏林山杏林苹果林荒草地;(5)不同植被恢复措施下土壤涵养水源和保育土壤功能存在很大的差异,以刺槐侧柏混交林模式最佳,荒草地最差。     

奉新毛竹林土壤养分空间变异性研究

利用地统计学的半方差函数,定量研究了奉新县平衡施肥毛竹林的土壤养分空间变异特征。结果表明,毛竹林土壤养分存在半方差结构,多数为球状模型。奉新毛竹林土壤的变程为32～398.m,取样距离15～20.m,能满足毛竹林土壤空间变异评价的要求。N、P、K等养分的空间相关性小,人为经营、施肥等措施对土壤速效N、P、K的影响大于Ca、B、Fe、Mg等养分。奉新毛竹林土壤养分的分数维值排列顺序为:Cu>Mn>全P>Zn>P>N>Fe>K>Mg>S>OM>Ca>B>全K>全N。施肥时间长对于养分的空间分布均匀性有调和、促进作用。毛竹林土壤养分结构性变异大于随机变异,土壤内在属性(土壤矿物和地形)比人为因素(栽培管理水平和施肥措施)的影响大。     

水田、旱坡地改种蔬菜后土壤养分含量的变化

在南京市郊选择了具有代表性的水田、旱坡地改种蔬菜10年和20年后的田块采集土样,以未改制的水田和旱坡地土样为对照,分析了土壤主要肥力性状的变化。结果表明,水田、旱坡地改种蔬菜后,土壤耕层(0~20 cm)pH有降低的趋势; 有机C、全N、NO3--N、全P、有效P、缓效K和有效K等养分含量均有增加趋势,其中旱坡地改制的土壤养分含量的增幅更大一些。水田和旱坡地改种蔬菜后土壤剖面0~70 cm-土层中有较多的NO--N积累。     

水蚀风蚀交错区土壤养分特征与土壤质地及水分关系

黄土高原水蚀风蚀交错区在强烈的水蚀风蚀作用下,土壤养分流失严重,土壤退化明显。但不同的土地利用方式,这种退化规律有较大的差异。以位于黄土高原水蚀风蚀交错区的六道沟小流域为研究区,分析坡耕地和荒草坡地土壤养分特征,探讨土壤养分与土壤质地及水分的相关性。结果表明:(1)水蚀风蚀交错区各养分含量都较低,其养分含量表层均高于下层,坡耕地高于荒草地;土壤各养分上下层比值越大,土壤的供肥持续能力越差;(2)坡耕地土壤养分含量表现出与坡地水土流失相似的规律,从坡顶部到坡底呈现先减小后增大的趋势;(3)土壤水分含量影响土壤质地变化,并与土壤有机质和全氮关系最好,与有效态氮的关系较密切;(4)土壤养分含量与土壤质地的吸附作用有关,组成物质越细,吸附能力越强,但这种吸附能力还与不同粒级组成的比重有关,其机理有待于进一步研究。     

半干旱黄土丘陵区不同坡位退耕还林还草地土壤养分的变异规律

在宁南山区黄土丘陵区开展了退耕还林还草工程效益监测研究,测定了不同坡位退耕还林还草地的土壤养分。对土壤养分单因子分析结果表明:在同一坡面上,随着坡位的降低,退耕还林还草地0—100 cm土层土壤有机质、全氮、全磷、速效氮、速效磷平均含量增加;从不同坡位退耕还林还草地各层土壤养分含量来看,随着土层深度的增加,土壤有机质、全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效钾含量在降低。说明半干旱黄土丘陵区林带间种植的苜蓿经营粗放,加剧了土壤养分的失调。     

云雾山不同坡向草地土壤养分的坡面分布特征

结合野外调查和室内分析的方法对云雾山不同坡向草地土壤养分的坡面分布特征进行了研究.结果表明,封育草坡表层(0-15 cm)土壤碳、氮、磷全量远远高于撂荒坡;阳坡表层土壤有机碳和全氮含量随距坡顶距离的延长呈先降后增趋势,而阴坡则随距坡顶距离的增加呈先增后降趋势;全磷在不同坡地的变异性较大.在土壤剖面分布上,3个坡地土壤有机碳、全氮、矿质氮、速效磷和阳离子交换量的含量或值基本随土层的加深而降低,且在大致表现出封育阴坡>封育阳坡>撂荒坡的趋势;pH值则与之相反;速效钾和全磷均呈现出撂荒坡>封育阴坡>封育阳坡.这些结果表明研究区草坡地自然封育后土壤养分状况有所改善,其改善程度以阴坡较大.     

喀斯特石漠化区不同土地利用方式下土壤有机碳分布特征

为探究喀斯特土壤有机碳分布特征及其对人为干扰的响应,挖掘了2 854个土壤剖面,采集了22 786个土壤样品,分析了贵州省不同土地利用方式下土壤有机碳分布规律;并结合贵州省石漠化防治规划,初步估算了石漠化防治工程的土壤碳增汇贡献。结果表明:贵州省土壤有机碳呈现含量高、密度小的特征。表层土壤(0-20cm)有机碳平均含量25.07g/kg,平均密度仅为4.27kg/m~2。不同用地类型土壤表层有机碳含量大小为灌木林地乔灌木林地灌草地乔木林地弃耕地与荒地草地水田园地旱地与坡耕地;表层碳密度大小为水田灌木林地乔木林地乔灌木林地弃耕地与荒地灌草地旱地与坡耕地草地园地。0-60cm土层土壤有机碳含量对人为干扰较为敏感,60-100cm土层土壤有机碳含量差异较小。实施退耕还林,人工种草及人工造林等石漠化防治工程会明显促进土壤有机碳的积累,到2050年,贵州省0-10,0-20,0-30,0-100cm土层土壤有机碳将增加1.99×10~(13),3.37×10~(13),4.45×10~(13),6.29×10~(13) g。可见,喀斯特地区土壤有机碳具有含量高、密度低的显著特征,石漠化治理能有效增加喀斯特地区土壤碳汇。     

黄土丘陵缓坡风沙区不同土地利用类型土壤水分变化特征

为研究黄土丘陵缓坡风沙区不同土地利用类型下的土壤水分变化规律,采用时域反射仪TDR在山西省五寨县分别对玉米农地、柠条林地、苜蓿草地0-100 cm土层进行连续3年的土壤水分观测,掌握不同土地利用类型土壤含水量的季节变化规律和垂直分布特征。结果表明:(1)农林草地土壤水分随时间的变化曲线基本呈"M"形分布,三者季节变化规律相似,但土壤含水量差异达到极显著水平(P<0.01),表现为苜蓿草地>柠条林地>玉米农地;(2)玉米农地与柠条林地土壤含水量随土层深度的增加呈"S"形分布,苜蓿草地的变化趋势与两者完全相反,玉米农地仅土壤表层0-20 cm含水量与降水存在显著相关性,柠条林地和苜蓿草地0-60 cm土壤含水量均与降水显著相关;(3)土壤含水量具有明显的垂直分布特征,在0-100 cm土层层中,随着土层深度的增加,玉米农地CV先逐渐降低后保持稳定,柠条林地CV始终持续降低,苜蓿草地CV先呈现波动变化后明显降低,三者整体表现为表层土壤含水量变异系数大于深层;(4)0-100 cm范围内,玉米农地的土壤层自上而下依次可划分为速变层、活跃层2个层次,柠条林地和苜蓿草地的土壤层划分为速变层、活跃层和次活跃层3个层次。本研究结果表明林地和草地在涵养土壤水分方面优于农田,林地和草地为黄土丘陵缓坡风沙区适宜的土地利用方式,为该区域土壤水分管理及水土资源的合理开发利用提供理论依据。     

小流域土地利用变化对土壤养分的影响

运用统计学方法,研究重庆市长寿区代家沟小流域土地利用变化对土壤养分的影响.结果表明:经过三年的小流域综合治理,坡耕地向其它土地利用类型转变,其土壤养分平均含量变化表现为有机质全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷和速效钾分别增咖了9.2%、12.9%、0.7%、5.2%、42.8%、12.8%和9.9%退耕还林还草、坡改梯等治理措施,不仅改变了土地覆盖、微地形,防治了水土流失和土地退化,而且还在一定程度上提高了土壤养分.特别是有机质的增加很明显,改变了土壤的结构,更有效的控制了水土流失的发生,提高了土壤的质量.     

长白山地丘陵区不同土地利用方式土壤动物群落生态分布特征

在长白山地丘陵区选择次生落叶阔叶林、灌木林、采伐迹地以及耕地四种土地利用方式,对其土壤动物群落的组成、多样性和分布特征进行研究。结果表明:不同土地利用方式土壤动物群落的水平分布呈现明显的差异。采伐迹地中型土壤动物个体密度和耕地中型土壤动物类群数季节变化明显。次生落叶阔叶林和灌木林土壤动物分布随土层加深急剧减少,采伐迹地和耕地垂直分布递减和缓。同一季节土壤动物的丰富度指数和多样性指数在不同土地利用方式差异显著。土壤动物的多样性表现为灌木林最高,耕地最低。不同土地利用方式影响土壤动物群落的生态分布,其中pH、土壤有机质、有效磷和速效氮是影响长白山地丘陵区不同土地利用方式土壤动物群落分布的主导因子。     

降雨对不同土地利用类型土壤水氮变化特征的影响

以2018年6—10月降雨条件下园地、林地、荒草地、坡耕地和裸地的标准径流小区为研究对象,裸地为对照,通过研究降雨对园地、林地、荒草地、坡耕地和裸地的土壤含水率、总氮、硝态氮和铵态氮含量与土层深度和时间的变化特征,经野外试验数据统计分析,提出降雨对园地、林地、荒草地、坡耕地和裸地土壤含水率、总氮、硝态氮和铵态氮含量与土层深度和时间变化特征的影响。结果表明:降雨增加园地、林地、荒草地、坡耕地和裸地土壤含水率,加速土壤总氮、硝态氮和铵态氮水解转化硝化和反硝化速度,影响土壤含水率、总氮、硝态氮和铵态氮含量,降雨与土壤含水率、总氮、硝态氮、铵态氮呈显著相关性(P0.05)。降雨条件下园地、林地、荒草地、坡耕地和裸地的土壤含水率随土层深度增大而增大,土层深度100 cm处土壤含水率最大,分别为30.34%,27.67%,24.98%,24.03%和21.95%,总氮随土层深度增大呈先增大后减小,在土层深度为60 cm土壤总氮含量最大,分别为1.02,0.99,0.90,0.86,0.75 g/kg,硝态氮和铵态氮含量随土层深度增大而减小,在土层深度为100 cm硝态氮和铵态氮含量均最小,其中硝态氮含量分别为9.01,7.89,7.25,6.10,5.22 mg/kg,铵态氮含量分别为9.41,9.14,6.40,5.38,4.37 mg/kg。土壤含水率随时间的延长先减小后增大又减小,呈正余弦变化趋势,8月土壤含水率最大,分别为22.97%,22.01%,19.87%,19.03%和17.98%,总氮随时间的延长先增大后减小,8月总氮最大,分别为1.09,1.01,0.94,0.84,0.76 g/kg,硝态氮和铵态氮含量随时间的延长而逐渐减少,6月硝态氮和铵态氮含量均最大,其中硝态氮含量分别为13.40,12.37,11.20,10.39,8.67 mg/kg,铵态氮含量分别为18.89,17.02,14.54,12.02,8.36 mg/kg。不同土地利用类型土壤含水率、总氮、硝态氮和铵态氮平均值与土层深度和时间关系由大到小依次为园地、林地、荒草地、坡耕地和裸地,研究结果为农田土壤水肥流失控制和养分利用提供理论技术支持。     

不同土地利用方式对岷江流域土壤团聚体稳定性及有机碳的影响

采用湿筛法测量了岷江流域不同土地利用方式下不同土层（0—10,10—20,20—30 cm）土壤大团聚体（> 2 mm）、中间团聚体（0.25~2 mm）、微团聚体（53 μm~0.25 mm）以及粉+黏团聚体（<53 μm）的质量分数及各粒径团聚体中的有机碳含量,并探讨了各粒径土壤团聚体的有机碳储量。结果表明,土地利用方式对土壤团聚体稳定性及其有机碳具有重要影响;土壤养分均呈现出一致性规律,大致表现为撂荒地 > 次生林 > 人工林 > 灌草丛 > 坡耕地,土壤全磷差异并不显著（p>0.05）;林地的开垦行为会导致大团聚体的破碎化,灌草丛及坡耕地>0.25 mm的大团聚体含量较林地低,土壤结构趋于恶化;而坡耕地闲置为撂荒地后,则会促使粉+黏团聚体向粒径大的微团聚体及中间团聚体转化,使土壤结构趋于改善,在0—30 cm土层内,灌草丛及坡耕地土壤颗粒的MWD（平均质量直径）和GMD（几何平均直径）值均显著低于林地和撂荒地（p<0.05）,坡耕地撂荒后,MWD和GMD值均显著升高（p<0.05）,表明林地开垦为坡耕地导致土壤团聚体的稳定性降低,而坡耕地弃耕撂荒会增强团聚体的稳定性,提高土壤抵抗外力破坏的能力。不同土地利用方式下各粒径土壤团聚体有机碳含量均随土层深度的增加而降低。在0—30 cm土层深度内,不同土地利用方式下各粒径土壤团聚体有机碳储量表现为:大团聚体有机碳储量为林地 > 撂荒地 > 灌草丛 > 坡耕地,中间团聚体有机碳储量为撂荒地 > 林地 > 灌草丛 > 坡耕地,微团聚体有机碳储量为撂荒地 > 林地 > 灌草丛 > 坡耕地;粉+黏团聚体有机碳储量为撂荒地 > 林地 > 灌草丛 > 坡耕地。各粒径土壤团聚体内有机碳储量均为林地和撂荒地高于果园和坡耕地,表明将林地开垦为坡耕地后,将导致各团聚体组分内有机碳的损失,而坡耕地撂荒则有助于土壤有机碳的恢复和截存;林地和撂荒地土壤有机碳主要蓄积在中间团聚体内,而坡耕地则主要蓄积在粉+黏团聚体内,表明在土地利用变化过程中,粒径较大的团聚体有机碳不稳定,更容易发生变化。