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。     

红壤坡耕地不同抗旱措施对土壤养分的影响

通过在红壤坡耕地上营建不同抗旱措施,以顺坡耕作为对照,研究梯田、柱孔和坑穴3种抗旱措施对土壤养分的影响。结果表明:坑穴措施对土壤有机质、全氮和全磷的改良效果优于柱孔和梯田,而柱孔对土壤全钾的改良效果最好,与顺坡耕作相比,梯田没有提高土壤的全磷质量分数;坑穴改良碱解氮和速效磷的能力高于柱孔,而速效钾则相反,坡耕地改为梯田形式后,提高了有效磷质量分数,碱解氮和有效钾的质量分数却在降低。     

黄土高原土石山区坡改梯后土壤水分及养分特征

以位于黄土高原土石山区的山西省榆社县为研究区,分别对坡改梯3年的农田和坡耕地的土壤水分和养分特征进行了对比研究,结果表明:与坡耕地相比,坡改梯3年农田的土壤容重变小,孔隙度增大,土壤含水量均值高于坡耕地1.87百分点,0~20、20~40、40~60 cm深度土层平均蓄水量分别高于坡耕地6.43、1.88、2.39 mm,土壤pH值减小,有机质、全氮、全磷、有效磷和速效钾含量均高于坡耕地,显示出了良好的保水保肥特征。但是,研究区的土壤有机质、全氮和全磷含量很低,土壤肥力整体上较差,建议在之后的农业耕种中注意氮肥和磷肥的有效使用。     

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。     

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。     

黄土丘陵沟壑区坝地和梯田土壤养分特征与演变

[目的]了解黄土丘陵沟壑区坝地和梯田土壤养分状况,为合理利用土地资源和恢复改善生态环境提供科学依据。[方法]以陕西省延安市碾庄沟流域为研究区,以荒坡地作为对照,研究黄土丘陵沟壑区坝地和梯田土壤演变特征。[结果]速效磷、速效钾、有机质、全磷和全钾含量表现为梯田坝地,全氮含量表现为坝地梯田,除土壤钾素处于中等变异水平,其他土壤养分均处于高等变异水平,其中磷素和全氮变异系数较大。在80 cm剖面内,坝地和梯田土壤速效磷、速效钾、有机质和全氮均具有明显的表聚性特征,全钾和全磷剖面分布均匀。在水平位置上,坝尾和上坡梯田养分含量更高,供肥性能更好。随着利用年限的增加,除全钾外,梯田养分表现为明显的先减后增的趋势;坝地速效磷、全氮和全磷表现为先减后增的趋势,速效钾、有机质和全钾表现为先增后减的趋势。坝地土壤养分变化的分水岭年限(45～50 a)比梯田(30 a)滞后至少15 a。[结论]目前该区域除钾素外,土壤磷素、氮素和有机质均处于缺乏状态,亟待补充,应定期关注接近拐点年限的土壤养分状况。通过合理的管理措施,延长土地利用年限,促进农田土壤肥力可持续发展。相较于坝地和梯田,荒坡地土壤养分最高,供肥性能最好,变异系数最小,但其剖面分布不均匀,需翻地改善。     

尖山河小流域不同土地利用类型土壤养分特征及水土保持效益

采用标准径流小区法,对云南省尖山河小流域内4种典型的土地利用类型(次生林地、坡耕地、人工林地和灌草丛地)0—20 cm表层土壤养分特征及水土保持效益进行了研究,结果表明:①4种土地利用类型表层土壤的全氮含量坡耕地>灌草丛地>人工林地>次生林地,全磷和速效磷含量灌草丛地>坡耕地>人工林地>次生林地,碱解氮含量坡耕地>次生林地>灌草丛地>人工林地,有机质含量次生林地>灌草丛地>人工林地>坡耕地;土壤各化学因子之间的关系不是单一的,而是相互影响,有一定的关联性。②次生林地和灌草丛地都有较好的调节径流和减少土壤流失的作用,在相同的降水量下,坡耕地总产流量分别是人工林地、次生林地、灌草丛地的1.97、3.88和2.92倍,总产沙量分别是人工林地、次生林地和灌草丛地的3.67、10.22和7.09倍。因此,在水热条件较好的南方地区,采取封山育林和种植复层结构的人工林更有利于提高土壤养分,达到水土保持的最佳效果。     

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。     

元谋干热河谷不同土地利用类型雨季前后土壤养分变化

为探讨各土地利用类型对土壤氮、磷、有机质等养分的拦蓄效果,对元谋干热河谷区那能小流域内草地、林地、坡耕地三种土地利用类型区雨季前后的土壤养分含量变化情况进行了分析。研究结果表明:①经过5个月的雨季,表层土壤(0—30 cm)中,草地和坡耕地全氮含量分别减少0.001、0.089 g/kg,林地全氮含量增加0.057 g/kg;草地与林地碱解氮含量分别增加10.466、1.305 mg/kg,坡耕地碱解氮含量减少25.833 mg/kg;林地与坡耕地全磷含量分别减少0.186、0.320 g/kg,草地全磷含量增加0.030 g/kg;草地与坡耕地速效磷含量分别减少1.540、2.186 mg/kg,林地速效磷含量增加2.161 mg/kg;林地与坡耕地有机质含量分别减少0.294、0.702百分点,草地有机质含量增加0.556百分点。②土壤全氮与碱解氮、全氮与有机质、有机质与碱解氮含量呈显著性相关,全磷与速效磷、有机质相关性不明显。③由于人为扰动,坡耕地雨季前后各土壤养分指标存在较大的差异性。     

不同水土保持措施对黑土区坡耕地有机质的影响

以无措施坡耕地为对照,研究水保林、水平梯田、地埂植物带3种典型水土保持措施对桓仁浑江流域坡耕地有机质(SOM)变化的影响。共采集土样336个土壤样本进行分析研究。结果表明,采取了3种典型水土保持措施的土壤样品中的有机质含量均显著高于对照。其中,水平梯田和地埂植物带土壤中的有机质较对照分别提高了10.30%和29.50%。3种综合措施(水保林、水平梯田、地埂植物带)协同使用效果更为明显,可使有机质较对照组平均提高31.71%。     

造林恢复植被后土壤的化学计量学特征对其碳组分的影响

Afforestation is recognized as an important driving force for soil organic C(SOC) dynamics and soil element cycling.To evaluate the relationships between soil C:N:P stoichiometry and SOC fractions,soil C:N:P stoichiometry distributions at 0–200 cm soil depths were analyzed and the contents of SOC fractions were evaluated in 9 typical land-use systems on the Loess Plateau of China.The contents of light fraction organic C,particulate organic C(53,53–2 000,and2 000 μm),labile organic C,microbial biomass C,and dissolved organic C decreased with increasing soil depth and were higher in afforested soil than in slope cropland soil.Compared with the slope cropland,different vegetation types influenced soil C:N,C:P,and N:P ratios,especially when C:P and N:P ratios were significantly higher(P0.05).Moreover,SOC fractions at the 0–10 and 10–40 cm depths were particularly affected by soil C:P ratio,whereas those at the 40–100 and 100–200 cm soil depths were significantly affected(P0.05) by soil N:P ratio.These results indicate that changes in SOC fractions are largely driven by soil C:P and N:P ratios at different soil depths after afforestation.     

黄土丘陵区水平梯田保水保土效益分析

水平梯田是防止水土流失的一种有效方式。在韭园沟流域的支沟——王茂沟流域分别选取梯田和坡耕地进行土壤采样,测定土壤含水量,结合¹³⁷Cs示踪,对比分析了梯田长期的保水保土效益。结果表明:梯田土壤水分变化分为土壤水分剧变层（0—20 cm）、土壤水分活跃层（20—30 cm）和土壤水分调节层（30 cm以下）;梯田不同深度土壤含水量均表现为内侧（第一级） > 中部 > 外侧（第五级）;坡向对梯田土壤水分的影响并不是十分显著;梯田0—20 cm土壤蓄水量高于坡耕地7.2%;0—40 cm平均土壤蓄水量高出坡耕地1.8 mm;研究流域坡耕地与梯田侵蚀程度分别属于极强度侵蚀和强度侵蚀,梯田平均水土保持效益为53%。建议在该地区修建梯田时,提高梯田的设计标准,对梯田田面、田埂认真维护,实现梯田长期的水土保持效益。     

农村土地利用方式对嘉兴土壤氮磷含量及其垂直分布的影响

为了探讨农村不同土地利用方式对土壤氮磷含量的影响,采用现场采样及室内分析测试方法,对嘉兴市水稻田、菜地、果园、畜禽养殖、农村庭院5种土地利用方式下的土壤氮、磷及其垂直分布进行了比较研究,结果表明：（1）不同农村土地利用方式土壤中TN、TP、OlsenP含量均呈自上层向下层逐渐降低的趋势。（2）在不同土地利用方式下,0～40cm土层土壤TN含量差异显著,而40～80cm土层土壤TN含量差异不大。（3）在不同土地利用方式下,0～80tin各土层土壤TP、OlsenP含量的差异均显著。在0～80cm土壤剖面中,养殖场、庭院、果园、菜地土壤TP平均含量分别为水田土壤的4．0、2．1、1．9、1．8倍;土壤OlsenP平均含量分别为水田土壤的35．5、10．6、10．0、4．4倍。     

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.     

科尔沁沙地半固定沙丘不同坡位土壤C,N特征

[目的]研究沙丘不同坡位土壤碳氮的分布特征,旨在探索沙丘不同坡位植被演替机制。[方法]选取高于5m的半固定沙丘,沿主要风向于坡底、坡中、坡顶和背风坡设置样点,对土壤容重、土壤总有机碳含量和土壤总氮含量进行测定,并计算碳氮比、碳氮密度和碳氮储量。[结果](1)不同坡位土壤碳含量均随深度增加显著降低,主要变异层发生在0—40cm层。不同坡位土壤碳含量在30—40cm层和60—100cm层存在差异。(2)氮含量与容重在不同坡位和不同深度均不存在显著差异性,碳氮比在坡底和坡顶存在显著的垂直差异性,背风坡60—100cm层土壤碳氮比显著高于其它坡位。(3)各坡位土壤碳密度随深度增加显著下降。30—40cm层土壤碳密度存在显著的坡位差异,而土壤氮密度的垂直差异和坡位间差异均不显著。(4)半固定沙丘土壤碳氮储量分别为716.89和94.14kg/m2,不同坡位差异性不显著;碳储量的构成在4种坡位差异较大,而各坡位不同深度土壤氮储量对总储量的贡献差异较小。[结论]科尔沁沙地半固定沙丘土壤碳氮含量与密度不同坡位的差异较小,同时各坡位的碳氮均存在显著的垂直差异性,尤其在30—40cm层,变异程度较大,这可能与该层植物根系分布有关。     

海南省芒果主产区土壤养分现状与果实矿质养分相关性评价与分析

研究海南省芒果主产区土壤养分丰缺及与果实矿质养分相关性,以期掌握芒果园土壤肥力现状,为科学、合理制定海南省芒果主产区的施肥策略奠基础。通过对海南省芒果主产区陵水、三亚、乐东、东方四市县芒果园0~20 cm、20~40cm土层采集的342个土壤样品和90个植物样品进行养分测定分析。研究发现,芒果园土壤pH均值为5.51,果园土壤呈酸性;果园有机质含量偏低,随土层加深而降低,四地土壤有机质含量在三级以下水平占各地土壤的比例分别为:陵水60%、三亚69%、乐东93%、东方100%;果园土壤全氮、碱解氮含量较低,基本在三级及以下水平,土壤速效钾、速效磷含量较高,大部分土壤在三级及以上水平范围,磷含量变异系数较大,分别为:0~20 cm土层为123.07%,20~40 cm土层为138.32%;芒果园土壤交换性钙含量较丰富,交换性镁含量较低,钙含量随土层加深而增加,镁则相反;芒果园微量元素含量比较丰富,随土层的加深有效铁、有效铜、有效锌含量减少,有效锰略微增加,有效硼基本不变;果园土壤养分含量与果实矿质元素含量的相关性较强,其中果实锰与土壤速效钾(相关系数0.990)、果实锰与土壤碱解氮(相关系数0.995)、果实锰与土壤有效锌(相关系数0.960)及土壤铜与果实铜(相关系数0.926)为显著的正相关,土壤有效磷与果实微量元素含量呈负相关关系,土壤有效铁与果实大量元素含量呈负相关,土壤速效钾和碱解氮与果实微量元素呈正相关。海南省芒果园土壤有机质、土壤氮(全氮、碱解氮)含量均较低,速效磷和速效钾含量为中上水平,交换性镁含量较低,果园土壤微量元素较丰富。建议生产中以基肥为主,增施有机肥,适当配施锰等微量元素,可以喷施少量叶面肥补充微量元素。在施肥时应平衡施肥,合理用量。     

等高反坡阶措施对滇中红壤坡耕地土壤贮水量的影响

为探讨布设等高反坡阶后土壤水分驱动特征,揭示其水源涵养能力,以滇中昆明市北郊松华坝迤者小流域为研究区,采用野外监测与室内测试分析相结合的方法,分析了2017年5月1日-2018年4月30日期间不同土层深度（0-100 cm）土壤贮水量时空变化特征及其与其他物理性质的关系。结果表明:（1）试验期间雨季和旱季降雨量分别为528.5,41.5 mm,占试验年降雨量的92.7%,7.3%,I₃₀（最大30分钟雨强）与降雨量的整体变化趋势一致;（2）布设等高反坡阶后,各土层平均土壤贮水量较原状坡耕地在雨季和旱季分别增加9.6%~13.5%,10.0%~23.9%;（3）布设等高反坡阶后坡耕地土壤贮水量变异系数明显减小（p<0.05）,各土层深度下土壤贮水量变异系数的大小为:20 cm > 40 cm > 60 cm > 80 cm > 100 cm;（4）土壤贮水量随土层深度的增加明显减弱,布设等高反坡阶对坡耕地土壤贮水量的影响表现为40 cm > 20 cm > 60 cm > 80 cm > 100 cm;（5）等高反坡阶处理和不同土层深度交互作用对土壤贮水量的影响显著,修正模型平方和达到48 149.124。综上,等高反坡阶处理对坡耕地土壤的贮水能力具有明显的提高作用,对坡耕地地表径流拦蓄、增加水分入渗和减少土壤流失改善作用显著。     

青海高寒山区5种林分土壤特性及其水源涵养功能

为定量评价青海省大通县高寒山区不同森林的土壤特性和水源涵养功能,从而为森林的合理空间配置提供理论依据,采用浸水法、环刀法、定水头法、硫酸重铬酸钾法,分别测定5种林分的枯落物性质和0—40cm土层的孔隙度、渗透性及养分状况等。结果表明:(1)枯落物总储量及最大持水量依次为云杉白桦混交林云杉落叶松混交林青海云杉林华北落叶松林白桦林。(2)0—40cm土层的土壤有机质含量平均值依次为云杉落叶松混交林云杉白桦混交林白桦林青海云杉林华北落叶松林。(3)土壤容重随着深度增加而增大,0—40cm土层均值依次为白桦林华北落叶松林云杉白桦混交林青海云杉林云杉落叶松混交林。(4)土壤总孔隙度随土层加深而降低,0—40cm土层均值依次为云杉落叶松混交林青海云杉林云杉白桦混交林华北落叶松林白桦林。(5)0—40cm土层的土壤平均初渗速率和稳渗速率大小依次为白桦林云杉白桦混交林云杉落叶松混交林华北落叶松林青海云杉林。(6)依林地总贮水量评价的水源涵养功能依次为云杉落叶松混交林(4 427.40t/hm~2)青海云杉林(4 365.33t/hm~2)云杉白桦混交林(4 055.04t/hm~2)华北落叶松林(3 729.64t/hm~2)白桦林(2 650.31t/hm~2)。     

金沙江下游季节性干旱区紫色土坡耕地土壤水分变化特征

土壤水分是季节性干旱区农业生产的限制因子,研究紫色土坡耕地土壤水分变化特征有助于解决坡耕地的生态水文型干旱问题。以金沙江下游季节性干旱区紫色土坡耕地为研究对象,使用PR2/6土壤剖面水分测定仪在雨季对5°、10°、15°、20°、25°、30°坡面10、20、30、40、60、100 cm土层的土壤体积含水量进行连续监测,分析紫色土剖面含水量变化特征。结果表明:坡耕地土壤水分随时间的变化特征可分为四个阶段:6月初至6月底为土壤水分恢复期,7月初至8月中旬为土壤水分快速补充期,8月中旬至8月底为土壤水分消耗期,9月初至9月底为土壤水分回升期。土体剖面含水量自上而下呈现逐渐增加的趋势,且各层含水量都具有显著的差异性和相关性。6个监测点最大含水量均出现在100 cm处,为19.67% ~ 33.82%,最小含水量大多出现在20 cm处,为3.07% ~ 11.71%。土壤含水量变异系数自上而下逐渐降低,10 cm处土壤含水量变异系数最大,为8.67% ~ 56.28%,100 cm处最小,为0.68% ~ 14.76%;土壤含水量随着坡度的增加总体上呈减小趋势,在0 ~ 60 cm土层,10°监测点的土壤含水量最高,为12.20% ~ 20.40%,在0 ~ 100 cm土层,25°监测点的土壤含水量较低,为4.28% ~ 19.22%。降雨和坡度对土壤含水量均有显著影响,二者对土壤含水量的影响随土层深度的增加而减弱。研究结果对紫色土坡面水资源高效利用及提高农业生产力具有重要意义。     

科尔沁沙地南缘樟子松固沙林更新迹地土壤理化特性演变研究

科尔沁沙地南缘在90年代初引种失败后,对原有植被采伐并在采伐迹地进行植被重建。为了研究沙地植被更新13 a后土壤特性,选取土壤容重、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效钾7个衡量土壤肥力的重要指标作为土壤环境肥力质量的评价指标,采用改进的内梅罗(Nemoro)公式对山杏、彰武小钻杨和白丁香三种林分的土壤环境肥力质量进行综合评价。结果表明,植被重建后土壤特性演变朝良性方向发展,相较于采伐迹地土壤容重减小、田间持水量提高;有机质、氮磷钾及其有效性明显提高,有效磷和碱解氮含量相较于采伐迹地增幅最大;3种植被重建类型对提高土壤上层(0~10 cm)理化性质的能力较下层(10~20 cm)强;樟子松更新迹地3种植被重建类型下土壤肥力质量综合排序为:彰武小钻杨(0.82)白丁香(0.72)山杏(0.66)。樟子松固沙林更新迹地植被重建后的土壤理化性质及肥力条件得到了有效改善,且有很大的提升空间。研究结果将为今后科尔沁沙地生态恢复提供科学依据。