黄土高原王东沟小流域土壤表层全磷空间变异性

[目的]分析黄土高原小流域尺度地貌单元和土地利用方式对全磷空间变异的影响。确定全磷空间变异规律,为土地生产管理提供依据。[方法]2017年在黄土高原王东沟小流域采集了267个土壤样品进行了分析研究。用ArcGIS 10.2绘制样点全磷含量分布图,并分析不同地貌单元和土地利用方式下全磷含量的空间变异特征。[结果]王东沟小流域内不同地貌单元下全磷含量呈现为:塬面塬坡沟道的分布规律,不同的土地利用类型下全磷含量呈现为:果园废弃果园农地林地荒草地的分布规律。土地利用方式和地貌单元对全磷空间变异的影响极为显著。[结论]王东沟小流域土地利用经过14a不断的调整,全磷的含量有了大幅度的提升,土地利用方式显著改变了全磷的空间分布格局。     

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。     

汉江小流域土壤氮素空间分布特征及影响因素

氮素是土壤中不可或缺的营养元素之一,对植物生长具有至关重要的作用。利用网格采样法(30m×30m)和典型样地取样法在汉江余姐河小流域进行土样采集,每个样点分为3层A1(0—20cm),A2(20—40cm),A3(40—60cm),分别测定其土壤全氮、土壤铵态氮和土壤硝态氮含量。研究了土壤氮素的空间异质性、氮素的组成比例以及不同土地利用类型下土壤全氮、铵态氮和硝态氮与环境因子间的相关关系,并且分析了不同形态氮素间的相互关系。结果表明:土壤氮素的空间变异性为土壤硝态氮土壤铵态氮土壤全氮;土壤全氮与硝态氮在A1土层为强空间相关性,在A2,A3层为中等程度的空间相关性,土壤铵态氮在各土层均表现为中等空间相关性;农地、林地、草地对全氮储量的贡献依次增大;相较于林地草地,农地对铵态氮储量的贡献最大;而草地对硝态氮储量的贡献在三种土地利用中最大;不同土地利用类型中,农地的氮素空间分布主要与土壤粒径具有相关性,而与地形因子(坡度、坡向等)相关性较小;林地的氮素空间分布主要与地形因子相关性较高,草地介于两者之间;在流域内增加草地林地面积,在流域出口处布设林草地等措施可以减少流域土壤氮素的流失。     

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。     

黄土旱塬塬面生态系统土壤硝酸盐累积分布特征

研究了渭北旱塬塬面不同土地利用方式下土壤剖面硝酸盐含量与分布特征,并与长期田间定位试验结果进行对比分析。结果表明,地表有植物生长与氮肥投入显著影响土壤剖面硝态氮含量与分布。土壤0-400.cm硝态氮累积含量顺序是:苹果园高产粮田裸地刺槐林地荒草地人工草地。苹果园土壤剖面硝态氮在深层累积严重,累积层在80-160.cm,最高含量达201.9.mg／kg。高产农田也发生了硝态氮的淋溶累积,累积峰出现在120-140cm土层,最高含量为44.1.mg/kg。林草地因为没有氮肥投入,剖面硝态氮含量处于很低水平。由于塬面土地大部分为高产农田与苹果园,土壤中累积的大量硝态氮既浪费了资源又可能对环境造成潜在的威胁,建议降低氮肥用量,特别是果园,并建议对大量施用化肥对区域生态环境与苹果品质的影响进行研究。     

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。     

黄土高原水蚀风蚀交错带小流域土壤矿质氮空间变异性

为探明小流域土壤养分特性空间变异规律及其与环境因子的关系,以非均匀取样方法测定了黄土高原水蚀风蚀交错带小流域土壤表层（0～10、10～20、20～40 cm）的硝态氮和铵态氮,采用经典统计和地统计学方法分析了其空间分布特征及变异结构。结果表明：土地利用空间配置成混合利用结构拦截和减少径流侵蚀,形成了土壤矿质氮坡面斑块镶嵌格局。小流域内硝态氮和铵态氮呈中等的空间变异和自相关性,其变异性由土壤系统内部因素包括土壤质地、矿物、成土过程、地形特征和人类活动造成的外部因素包括施肥和耕作等共同控制。建立了土壤矿质氮多元回归预测模型,各回归模型的自变量不同,表明不同土层硝态氮和铵态氮的变异受不同环境因子控制。分析认为合理配置土地利用形成斑块状结构和增加养分投入可以改善研究区土壤质量。     

黄土高原苹果园地深层土壤氮素含量与分布特征

在黄土高原的凤翔、 白水、 长武、 西峰、 延安和静宁等6个苹果产区,测定了628龄苹果园地0300 cm土层土壤的全氮、 铵态氮和硝态氮含量,分析和比较了不同地区和不同树龄果园土壤全氮、 铵态氮和硝态氮含量及其剖面分布特征。结果表明: 1）不同地区和不同树龄果园土壤全氮含量为0.19 g/kg（延安）1.28 g/kg（白水）,土壤铵态氮含量为5.19 mg/kg（静宁）39.46 mg/kg（长武）,土壤硝态氮含量为3.97 mg/kg（延安）352.86 mg/kg（白水）,除延安点土壤明显较低外其它试点果园土壤全氮含量差异不大,各类果园土壤硝态氮含量差异较大,而铵态氮含量差异较小; 2）不同地区和不同树龄果园60 cm以上土层土壤全氮含量明显高于深层土壤,高龄果园土壤硝态氮含量明显高于低龄果园,并在100 cm以下土层出现不同程度的土壤硝态氮累积现象; 3）延安果园土壤全氮、 铵态氮和硝态氮含量均低于其它试点,需要增施氮肥以提高苹果产量,而凤翔、 白水、 长武、 静宁和西峰苹果园深层土壤硝态氮积累量较高,应维持或适当减少氮肥施用量。     

不同植被类型土壤氮素对侵蚀环境的响应

以黄土高原神木六道沟流域为研究对象,选取流域内3种典型植被类型(林地、草地、灌木)所处的3种侵蚀环境(梁峁顶、梁峁坡、沟坡)0—30cm土层土壤,对土壤5种氮素(全氮、有机氮、矿化氮、铵态氮、硝态氮)对侵蚀环境的响应进行了研究。结果表明:(1)林地土壤全氮和有机氮含量最大,显著高于草地和灌木地,不同植被类型土壤氮素随侵蚀环境的变化规律不尽相同。(2)林地矿化氮和硝态氮含量高于草地和灌木地;灌木地铵态氮高于林地和草地。(3)土壤容重和pH与全氮、有机氮、矿化氮、铵态氮和硝态氮呈极显著负相关,有机碳和C/N与全氮、有机氮、矿化氮、铵态氮和硝态氮呈极显著正相关。(4)矿化氮占全氮的比例随全氮含量的升高而升高,铵态氮占氮的比例随全氮的升高而降低。通过不同植被类型土壤氮素对侵蚀环境的响应,能够长期为黄土高原农业生产、生态修复与重建提供科学依据。     

基于GIS和地统计学的甘肃省白龙江流域土壤氮素空间变异分析

[目的]分析甘肃省白龙江流域土壤氮素(全氮、硝态氮和铵态氮)空间变异规律,为土壤氮素管理与流域综合生态系统调控提供科学依据。[方法]采集0—20cm土壤氮素样点,室内试验得到样本土壤氮素含量,利用ArcGIS 10.2和地统计学方法等探讨研究区内土壤氮素的空间异质性和分布格局。[结果]土壤全氮、硝态氮和铵态氮都属于中等强度变异,变异系数范围在35%~90%之间;土壤氮素半方差模型的块基比在25%~75%之间,具中等强度的空间相关性,空间变异受到结构性因素和随机性因素共同影响;土壤全氮、硝态氮和铵态氮的最佳拟合模型均为高斯模型。总体上,土壤全氮和硝态氮含量主要由西北向东南逐渐降低;铵态氮含量整体分布表现为西北低,东南高的趋势。[结论]土壤全氮和硝态氮在不同土地利用类型和海拔高度间呈极显著或显著差异;土壤铵态氮在不同土地利用类型和海拔高度间差异不明显。     

黄土高原沟壑区苹果园土壤剖面水分及矿质氮分布特征

面对苹果园大量施肥带来的潜在环境问题,在黄土高原沟壑区典型流域,分别选取不同树龄和地貌类型的苹果园,分析土壤水分含量和土壤矿质氮在土体剖面中的变化,为促进该流域农业发展提供相关数据支持。在陕西长武县王东沟流域,分别选取不同树龄(14,18,23,28,32树龄)和地貌类型(塬、梁、坡地)的果园,用直径为4 cm的土钻,在每株果树周围距离树干1 m处,采集15个不同样地0—400 cm土层样品,12个果园样地0—600 cm土层样品,分别测定土壤水分、硝态氮、铵态氮含量。结果表明:随着树龄的增加,0—600 cm土壤含水量和贮水量出现明显下降,尤其在300—600 cm处,不同树龄果园贮水量差异显著(P<0.05),贮水量大小表现为18树龄>23树龄>32树龄。流域内各树龄果园各土层铵态氮含量均较低,对矿质氮在土体中的分布基本不构成影响;硝态氮含量较高,矿质氮在土壤中的分布主要受其影响。各果园不同树龄600 cm以上土层硝态氮含量变化幅度较大,且硝态氮主要分布在土层深处。坡地果园18,23,32树龄0—200 cm土层硝态氮累积总量分别占0—400 cm土层累积总量的50%,41%和38%,表现出土壤硝态氮随树龄的增长而向深层累积的趋势。3种地貌类型下硝态氮累积量都表现出随果园树龄增长而增加的特点。黄土高原沟壑区果园土壤深层干燥化和硝态氮累积现象明显,而且随着果园树龄的增加趋于严重。     

基于地统计学的土壤氮素与pH的空间变异性研究

以太湖流域典型水稻土(白土)为例,运用地统计学方法分析了田间尺度不同土层土壤全氮、硝态氮和铵态氮以及pH的空间变异规律。结果表明,全氮、硝态氮和铵态氮的含量随深度的增加而减少;硝态氮、铵态氮的变异程度较大。土壤pH与硝态氮的空间分布格局极为相似,说明它们之间空间相关性较强。对研究区的土壤氮素和pH进行了克里格插值与绘图,并分析了各种氮素和pH的空间分布格局。研究土壤氮素和pH的空间变异,对研究区合理施肥与农田生态环境保护具有重要的指导意义。     

黄土退耕坡地植物根系分布特征及其对土壤养分的影响

为明确黄土退耕坡地植物根系分布特征及其对土壤养分的影响,在陕西神木六道沟流域选取退耕30 a的长芒草坡地和裸地坡面,利用图像处理和常规分析方法研究了长芒草根系和土壤养分在土壤剖面分布及其相互关系。结果表明：长芒草根系主要分布在0～50 cm土层,分布规律可用指数函数来模拟。有根系存在的土壤表层有机质、全氮、全磷、硝态氮和铵态氮含量均高于无根系存在的坡面。在有根系存在时土壤有机质、全氮和硝态氮的具有明显的表聚现象。0～ 50 cm有机质、全氮、硝态氮和铵态氮随深度的变化可用幂函数来表示,而全磷随深度呈线性相关。0～50 cm的土壤养分与根长密度的关系可以用线性函数来表示。其研究结果为坡面退耕地土壤管理提供科学依据。     

丹江流域土壤全氮空间变异特征及其影响因素——以陕南张地沟小流域为例

以商州区张地沟小流域为例,采用GIS与地统计学相结合的方法,对表层土壤全氮的空间变异特征及其影响因素进行研究.结果表明:张地沟小流域土壤全氮平均质量分数为0.986 g/kg,变异系数为24.14％,属于中等程度变异;土壤全氮具有强烈的空间自相关性,主要由结构性因素引起;空间分布上呈现斑块状和带状格局;不同土地利用类型土壤全氮质量分数顺序为农地＞果园＞林地＞荒草地;土壤全氮质量分数在不同高程间具有显著差异,随高程和坡度的增加而降低;阳坡与半阴坡方向上土壤全氮质量分数分别为最高和最低.研究结果可为丹江流域农业结构调整、土壤全氮有效利用和水质清洁提供科学依据.     

不同地貌类型下黄土高原典型县域新增耕地利用变化

土地整治是中国增加耕地数量、确保粮食安全的重要措施。在中国农村人口不断减少、居民膳食结构改变的背景下,土地整治作为推进乡村振兴的重要抓手,其新增耕地利用方向该如何科学确定是亟需研究的问题。该研究以位于黄土高原的延川县为例,利用土地利用、耕地质量等数据,研究了新增耕地在黄土高原典型地貌塬（梁）、坡面、沟道的利用变化,并分析了不同变化类型新增耕地的质量在不同地貌类型的分布,结果表明,延川县新增耕地转变为非耕地的比例为20.69%,林地、草地是新增耕地转变的主要去向,果园种植收益远大于粮食作物种植收益,且果园种植为劳动密集型农业生产活动,需要的劳动时间多,加之农户劳动力数量有限未有更多时间将新增耕地用于粮食生产,使得新增耕地撂荒并转变为了林地、草地。沟道是新增耕地转变为林地的主要分布区域,沟道和塬面（梁）是新增耕地转变为草地的主要分布区域,塬面（梁）是新增耕地转变为果园的主要分布区域,不同地貌类型的水分条件是新增耕地在不同地貌转变为其他土地利用类型时存在差异的主要原因。也反映出,在果园种植收益高的条件下,即使位于沟道的水资源条件较好、质量较高的新增耕地,由于劳动力的限制,也不会被利用以进行粮食作物种植,而是被撂荒并转变为林地,相反塬面（梁）的新增耕地也会被利用为收益更高的果园。未来土地整治新增耕地应根据不同区域地形地貌、水资源等自然条件因地制宜地确定利用方向。     

黄土丘陵沟壑区小流域侵旬产沙的地貌分带研究

根据黄土丘陵沟壑区的侵蚀产沙规律,将晋西羊道沟小流域划分为坡面、沟坡和沟道3个大的地貌单元;并在坡面、沟坡和沟道不同的地貌部位建立了相应的侵蚀产沙关系式;在CIS空间分析的基础上,计算出流的汇流网络,并引入到地貌分带研究中,计算结果反映了小流域不同地貌单元的侵蚀产沙规律,揭示了水沙汇流的小流域产沙中的重要意义。     

黄土丘陵沟壑区小流域侵蚀产沙的地貌分带研究

根据黄土丘陵沟壑区的侵蚀产沙规律,将晋西羊道沟小流域划分为坡面、沟坡和沟道3个大的地貌单元;并在坡面、沟坡和沟道不同的地貌部位建立了相应的侵蚀产沙关系式;在GIS空间分析的基础上,计算出流域的汇流网络,并引入到地貌分带研究中,计算结果反映了小流域不同地貌单元的侵蚀产沙规律,揭示了水沙汇流在小流域产沙中的重要意义.     

小流域尺度土壤养分的空间分布特征及其与土地利用的关系

以四川省资阳市松涛镇的响水村小流域为研究背景,以地理信息系统为技术手段,研究了小流域尺度土壤养分的空间分布特征,并结合数理统计的分析方法,进一步探讨了土地利用对土壤养分的影响。结果表明:研究区域土壤表层养分含量均呈现较明显的空间分布格局,总趋势大都具有条带状和斑块状的特点,旱地、果园、裸地的土壤全氮、有机质普遍缺乏,特别是处于坡顶的裸地,应成为今后的控制重点,此外,旱地、果园的水溶态养分高值分布区也应给予高度重视。方差分析与均值比较表明:土地利用对全氮、有机质、全磷、水溶性磷含量都有显著影响(P<0.01),其影响程度为有机质>全氮>全磷>水溶性磷,而全钾、硝态氮则不受土地利用的显著影响,究其原因可能是紫色土钾素含量更倾向于土壤母质中所含矿物的控制,而土壤硝态氮的情况比较复杂,可能有更为重要的因素(如施肥、降雨、径流)制约着硝态氮的含量。     

不同整地措施坡面土壤水分时空分布特征

了解不同整地措施的梯田果园土壤水分的时空异质性及影响机制对提升林果产业发展具有重要意义。以赣南小洋小流域脐橙果园开发示范区内的3种典型的土地利用结构坡面（优化整地坡面、粗放整地坡面、未整地荒草地坡面）和4种土地利用类型（优化整地果园、粗放整地果园、荒草地、农地）为研究对象,研究其在0~100 cm土壤剖面上的水分时空分布特征及主控地形因子。结果表明：不同土地利用类型土壤含水量在雨季表现为农地>粗放整地果园>优化整地果园>荒草地,果园之间无显著差异,其他土地利用之间差异均显著（P<0.05）;在旱季为农地>优化整地果园>粗放整地果园>荒草地,荒草地和粗放整地果园土壤含水量大幅降低,要显著低于优化整地果园（P<0.05）。在不同坡位,雨季与旱季土壤含水量从坡顶到坡脚均表现为逐渐升高趋势,且坡上、中、下部位的差异均很小。通过冗余分析也发现雨季和旱季土壤水分异质性的主控因子分别为坡位和土地利用类型（P<0.01）,均通过表层（0~20 cm）土壤来影响水分分布。整地措施对坡面土壤水分的空间异质性提升明显,且显著提升了坡面在雨季对降雨的入渗能力,同时优化整地措施显著提升了梯田表层土壤在旱季的蓄水保水能力。研究结论可为区域内整地措施空间布局优化以及水土流失的综合治理提供理论依据。     

水蚀风蚀交错带土壤-植被系统氮素空间变异特征

采用经典统计学和地统计学相结合的方法,分析了黄土高原水蚀风蚀交错带本氏针茅草坡地土壤—植物系统氮素沿坡面的分布,并从不同空间尺度研究了土壤—植物系统氮素的空间结构特征,以揭示水蚀风蚀交错带草坡地土壤—植物系统氮素分布特征。研究结果表明,随坡位的降低,草坡地植物生物量、植物氮含量和储量均逐渐增加;土壤有机质和全氮含量在坡上部和坡中部相近,但均低于坡底部;土壤硝态氮和铵态氮含量沿坡面呈先降低而后在坡底部迅速增加的变化趋势。这些变量的变异系数除硝态氮和铵态氮以坡中部最小外,均以坡底部最小,表明坡底部土壤—植物系统氮素分布最为均匀。各变量的最佳拟合模型在3个分析尺度上均保持一致,且随分析尺度的增加,块金常数、块金效应逐渐增大,样点间的空间依赖性逐渐减弱,空间相关性减弱。表明水蚀风蚀交错带草坡地土壤—植物系统氮素在不同尺度上空间结构比较稳定,属中等或强空间相关性,其空间变异主要来源于结构性因素。