贵州表层土壤有机质空间变异特征及其影响因素分析

为探究贵州表层土壤有机质的空间变异特征及其主要影响因素,使用贵州省第二次土壤普查资料中193个土壤剖面数据,结合贵州省气象资料、土地利用类型图及土壤类型图等资料,运用地统计学和多元回归分析各因素对表层土壤有机质空间变异的解释能力。结果表明：(1)贵州省表层土壤有机质含量范围为0.05%～36.68%,平均含量为5.23%±4.96%,变异系数为94.90%;(2)表层土壤有机质在空间分布上表现出东北部高,西南部较低的格局;(3)半变异函数分析表明,贵州省土壤有机质主要受自然因素影响,海拔、CEC、耕作方式和土壤质地对表层土壤有机质含量变异的综合解释能力为35.9%,海拔作为最重要的影响因素能独立解释其变异的25.6%,CEC和耕作方式分别能解释11.3%,7.4%。贵州表层土壤有机质与年均气温呈负相关关系,与海拔呈正相关关系。研究区表层土壤有机质的分布与碳酸盐岩分布面积比例存在相关关系,整体上,随着喀斯特分布面积比例增大而受自然因素影响增大。喀斯特分布面积比例为0～10%区域主要受农业耕作施肥等人类活动的影响,11%～30%区域主要受海拔影响,31%～50%区域受年均温和CEC影响,5...     

干旱区典型绿洲土壤有机质含量分布特征及其影响因素

以新疆南部的渭干河-库车河流域三角洲绿洲为对象,按照土地利用方式布设78个采样点,分别采集表层(0~20 cm)和亚表层(20~40 cm)土样共156份,分析土壤有机质(SOM)含量和土壤酸碱度(pH)分布特征,并讨论在作物类型、土地利用方式和土壤pH因素的影响下,表层和亚表层SOM含量的差异性。结果表明:表层SOM含量范围为3.7~24.1 g kg~(-1),平均含量为11.0±4.2g kg~(-1);亚表层SOM含量较低,为2.7~12.9g kg~(-1),平均含量为7.0±2.2g kg~(-1)。表层中作物类型和土地利用方式的SOM均值、标准差均高于亚表层,二者的变异系数在20%~50%之间,属中等变异。方差分析和逐步回归分析表明,各因素对SOM含量的变异性影响存在较大差异。作物类型、土地利用方式和土壤pH三种影响因素对研究区表层和亚表层的SOM变异综合解释能力分别为45.1%和43.7%,综合分析得出各因素中作物类型因素对研究区SOM含量影响最大。     

采煤矿区表层土壤有机质含量遥感反演

利用LandSat ETM+影像反演煤炭开采区表层土壤有机质含量的空间格局,对采样点各波段光谱反射率进行数学变换,并将所得结果与有机质含量进行相关性分析.挑选出敏感波段,建立了表层土壤有机质含量的光谱预测模型.结果表明,研究区表层土壤有机质含量与第5波段和第7波段反射率呈极显著的负相关关系(R分别为-0.585和-0.543,P＜0.001);对反射率进行数学变换可以改善其与有机质之间的相关性;用第1波段反射率对数的倒数和第5波段反射率的倒数建立二元回归方程(R2 =0.616 2,p＜0.001)对研究区土壤有机质有很好的预测能力(R2 =0.616 2,RMSE=0.89);有机质含量在10～15g/kg范围的图斑面积最大,占研究区总面积的50.44％;表层土壤有机质随开采沉陷坡度的增加呈减少的趋势;煤炭开采沉陷对表层土壤有机质含量的扰动属于失碳效应.     

应用土壤-景观定量模型预测土壤属性空间分布及制图

以土壤-景观定量模型为基础的土壤制图方法在世界范围内得到了广泛研究。本文在皖南宣城的丘陵地带内选择研究区,从该区的数字高程模型(DEM)中获取景观信息:地形因子,定量地分析了土壤属性与地形因子之间的相关关系,并建立基于该关系的线性土壤-景观定量模型,最后应用该模型来预测土壤属性在空间上的分布并制图。结果表明:土体厚度和表层有机质含量与地形因子之间有着显著相关性;建立的线性回归模型分别能解释土体厚度、表层有机质含量空间变异的32.2%和35.3%;依据该模型预测的土体厚度和表层有机质含量具有较高的准确度,并能制图表达土壤属性在空间上的自然连续性。     

保护地土壤氮、磷积累及影响研究

为评价长期大量施用有机肥和无机复合肥对蔬菜连作保护地土壤的影响,调查了2～5年、11～12年、15～17年棚龄表层(0～15 cm)和亚表层(15～30 cm)土壤pH状况、硝酸盐、有效硫、土壤有机质、N、P含量和有效性.结果表明:随着日光温室棚龄增加,土壤中N、P不断积累,其中总氮在12年棚龄达到最大(1.99 g·kg-1),而总磷则持续增加,在17年棚龄时达到4.22 g·kg-1,分别比小麦玉米轮作地高70%、298%.土壤有效态氮、磷在各棚龄段间差异较小.在小麦玉米轮作改为保护地蔬菜连作的头2～5年内,表层和亚表层土壤有机质分别损失8.6%和14.0%,此后土壤有机质逐步积累,在11年棚龄时达到20.4 g·kg-1,此后变化很小.土壤硝酸盐、有效硫最大值均出现在2～5年棚龄段,此后含量下降.土壤pH比小麦玉米轮作地低0.35～0.59,但差异不显著.综上所述,大量施用有机肥和无机复合肥在短期内可显著增加土壤有效态氮、磷营养含量,并引起有机质损失;长期施用则导致土壤中N、P元素大量积累,而N、P的有效性则相对降低,随着土壤有机质增加,土壤理化性状恶化.     

县域尺度农田深层土壤有机质的估算及空间变异特征

县域是实施农业绿色发展的基本单元,农田土壤中不仅耕层的有机质含量会对土壤肥力产生影响,深层有机质的作用也不可忽略,精确估算基于县域尺度农田深层有机质含量具有重要意义。该研究选定位于山西省运城市的永济市农田为研究区,采用多点混合取样法,获取了8个样地剖面的18层数据,共144个混合土样的有机质含量数据,建立了表层(0～20 cm)有机质含量估算深层有机质含量的模型,并进行深层有机质含量的估算。基于半变异函数、空间自相关理论分析了0～30、30～60、60～90、90～120、120～150和150～180 cm土层有机质含量的空间相关性和聚集特征,并进行了相关性检验,采用克里格插值方法对研究区农田各土层的有机质含量进行了预测。结果表明:1)土壤有机质含量随深度的增加呈负指数递减(R2=0.80,P0.01),各土层的有机质含量变异系数介于35.89%～47.84%之间,处于中等变异程度。2)通过建立的估算模型可以通过表层有机质含量估算出任意深度的有机质含量,且拟合精度R2达到了0.90(P0.01)。3)指数模型是反映该区域有机质含量空间结构特征的最佳模型(R20.80,RSS0.001),各土层的有机质含量均表现出了中等程度结构性特征,和空间正相关性特征(Moran’s I=0.26,P0.01),并存在显著的空间聚集特征和异常值现象。4)克里格插值可以较好地进行研究区各层有机质含量的预测,预测精度较高,稳定性较好,为县域尺度深层有机质的估算,调整农艺措施、提高土壤肥力、达到土壤减肥增效、绿色增产增效提供依据。     

红松阔叶混交林林隙土壤养分的空间异质性

采用经典统计学和地统计学方法分析了小兴安岭阔叶红松混交林林隙表层土壤(0-10cm)养分空间变异结构及其分布格局。结果表明:土壤pH值(CV=5.28%)和速效钾(CV=7.33%),呈弱变异性,其他土壤化学指标均表现为中等程度变异。土壤pH值、有机质、全氮、全磷、铵态氮、硝态氮、有效磷和速效钾变异函数曲线的理论模型符合球状模型。土壤养分的空间变异主要是由结构性因素引起的,且空间自相关程度均属中等(空间结构比均在25%以上)。克里格法插值估计和各养分属性的等值线图表明,林隙表层土壤养分具有块状或连续分布的特点,不同的指标表现出不同的分布规律。     

武陵山烤烟产区土壤有机质与pH特征研究

在武陵山区8个烤烟主产县调查了40个典型烟田,采集的土样包括来自耕层的多点混合农化样和170个来自土壤剖面的发生层样,对这些土样的p H和有机质含量分析表明:武陵山区植烟土壤有机质含量的平均值为25.8 g kg-1,变幅为15.6~42.4 g kg-1,变异系数为23.1%,土壤有机质含量总体处于全国第二次土壤普查肥力评价标准中的中等水平(20~30 g kg-1),总体处于植烟适宜水平;在土壤剖面垂直分布上,p H随着深度的增加而增大,有机质表现出表层富集现象,向下急剧降低;碳酸盐岩类沟谷堆积物发育形成的土壤有机质含量最高,显著高于碳酸盐岩类坡积-堆积物和岩类坡积物发育形成的土壤,后两者有机质含量之间无明显差异;土样p H和有机质两者之间呈显著的负相关关系(r=-0.366*)。     

耕作方式对稻-油轮作系统土壤理化性质及重金属有效性的影响

为探明不同耕作方式下稻-油轮作系统中土壤重金属有效性的变化规律,测定了21年长期定位试验稻-油轮作系统中土壤及其剖面的主要理化性质和重金属有效含量,分析了二者间的关系。结果表明,与翻耕相比,垄作免耕使各土层土壤有机质含量和阳离子交换量显著提高,并具有明显的表层聚集现象,土壤pH值明显降低。耕层土壤Cd、Cu和Zn有效量以垄作免耕处理最高,土壤Pb的有效量则以常规平作处理最高,不同耕作方式下,土壤有效Cd和Pb出现表聚现象,但有效Zn和Cu随土壤深度的变化无明显规律。相关分析表明,土壤有机质含量与土壤Cd、Zn有效量呈极显著正相关关系,与土壤Pb、Cu有效量呈显著正相关,土壤pH值与土壤Pb有效量呈显著正相关,而土壤阳离子交换量与4种重金属有效量间的相关性不显著。由此推测,耕作方式主要是通过影响土壤有机质含量而影响重金属元素的有效性,垄作免耕较翻耕在改良土壤理化性质上有较大优势,却使0-20cm和20-40cm土层重金属有效量显著增加,表现出明显的表层富集趋势。     

基于GIS的碧流河上游农田土壤性状空间分布特征

探究碧流河上游农田土壤性状指标现状和空间分布特征,为研究区耕地资源的可持续利用提供科学依据和数据支持。沿碧流河上游采集农田表层(0~20cm)土壤样品40份,运用地统计学和Arcgis技术,对农田土壤性状:比重、粒径、电导率、含盐量、pH、有机质、土壤大量营养元素(N、P、K)含量和微量营养元素(Cr、Cu、Zn、Mn、Ba)含量的空间分布特征进行系统分析。(1)农田土壤性状均属于中等空间变异,其中Zn元素含量的空间变异性最强(CV=59.58%),比重的空间变异性最弱(CV=2.61%),受外界干扰较小。(2)农田土壤性状之间关联性紧密,其中电导率与含盐量之间、pH与Cu和Mn元素含量之间、有机质与N和P元素含量之间、K元素含量与Ba元素含量之间、Cu元素含量与Zn和Mn元素含量之间、Zn元素含量与Mn元素含量之间呈显著正相关(P<0.01)。(3)农田土壤粒径存在强烈的空间自相关性,Cr、Cu元素含量空间自相关性最弱,其他土壤性状属于中等空间自相关。研究区农田土壤性状表现出显著的空间分布差异性。     

Phenol oxidase, peroxidase and organic matter dynamics of soil

Extracellular enzymes mediate the degradation, transformation and mineralization of soil organic matter. The activity of cellulases, phosphatases and other hydrolases has received extensive study and in many cases stoichiometric relationships and responses to disturbances are well established. In contrast, phenol oxidase and peroxidase activities, which are often uncorrelated with hydrolase activities, have been measured in only a small subset of soil enzyme studies. These enzymes are expressed for a variety of purposes including ontogeny, defense and the acquisition of carbon and nitrogen. Through excretion or lysis, these enzymes enter the environment where their aggegrate activity mediates key ecosystem functions of lignin degradation, humification, carbon mineralization and dissolved organic carbon export. Phenol oxidases and peroxidases are less stable in the environment than extracellular hydrolases, especially when associated with organic particles. Activities are also affected, positively and negatively, by interaction with mineral surfaces. High spatiotemporal variation obscures their relationships with environmental variables and ecological process. Across ecosystems, phenol oxidase and peroxidase activities generally increase with soil pH, a finding not predicted from the pH optima of purified enzymes. Activities associated with plant litter and particulate organic matter often correlate with decomposition rates and potential activities generally increase with the lignin and secondary compound content of the material. At the ecosystem scale, nitrogen amendment alters the expression of phenol oxidase and peroxidase enzymes more broadly than culture studies imply and these responses correlate with positive and negative changes in litter decomposition rates and soil organic matter content. At the global scale, N amendment of basidiomycete-dominated soils of temperate and boreal forest ecoystems often leads to losses of oxidative enzyme activity, while activities in grassland soils dominated by glomeromycota and ascomycetes show little net response. Land use that leads to loss of soil organic matter tends to increase oxidative activities. Across ecosystems, soil organic matter content is not correlated with mean potential phenol oxidase and peroxidase activities. A multiple regression model that includes soil pH, mean annual temperature, mean annual precipitation and potential phenol oxidase activity accounts for 37% of the variation in soil organic matter (SOM) content across ecosystems (n = 63); a similar model for peroxidase activity describes 32% of SOM variance (n = 43). Analysis of residual variation suggest that suites of interacting factors create both positive and negative feedbacks on soil organic matter storage. Soils with high oxygen availability, pH and mineral activity tend to be substrate limited: high in situ oxidative activities limit soil organic matter accumulation. Soils with opposing characteristics are activity limited: low in situ oxidative activities promote soil organic matter storage.     

Relation of soil organic matter concentration to climate and altitude in zonal soils of China

With a total of 886 data sets distributed in different regions of China, the relation of soil organic matter (SOM) concentration to climate and altitude was investigated. These data sets were obtained from the 2nd National Soil Survey of China that was completed in early 1980s. According to climate gradient and vegetation community succession, six geographical regions, including eastern, southern, northern, northeastern, northwestern and southwestern China, were divided to identify the key factors regulating surface SOM concentration in different geographical regions. Correlation analysis indicates that surface SOM concentration is in general negatively correlated with annual mean temperature (T) and positively correlated with annual mean precipitation (P) and altitude (H). A further investigation suggested that multiple regression models with different combination of T, P and H could explain 41.5%–56.2% of the variability in surface SOM concentration for different geographical regions, while the driving variables are different. Variables of T and P determined surface SOM concentration in northern, northeastern and northwestern China. In eastern and southern China, variables of P and H are key factors regulating surface SOM concentration. Surface SOM concentration in southwestern China is determined by a linear combination of T, P and H.     

近30年中国农田耕层土壤有机质含量变化

土壤有机质含量是影响土壤肥力水平的重要指标,也是开展耕地质量建设、科学施肥工作的基础。利用2005—2014年测土配方施肥项目数据与全国第二次土壤普查数据进行对比,分析了近30年来中国农田耕层土壤有机质的变化趋势。结果显示,30年来我国农田耕层土壤有机质含量呈整体上升趋势,目前,全国耕层土壤有机质平均含量为24.65 g kg~(-1),较全国第二次土壤普查时期提高4.85 g kg~(-1),提高24.49%。其中,30~40 g kg~(-1)等级比例增加3.64个百分点,20~30 g kg~(-1)等级比例增加5.68个百分点,10~20 g kg~(-1)等级比例增加5.36个百分点。需要引起注意的是,大于40 g kg~(-1)等级比例减少了1.38个百分点。     

有机质对土壤光谱特性的影响研究

为了探明土壤有机质的光谱特征及其影响作用,从而为有机质土壤铁氧化物的定量反演提供理论依据。利用去有机质前后土壤的光谱数据,研究了有机质对土壤反射率、土壤线参数、土壤铁氧化物定量反演的影响。研究结果表明,去除有机质后,能明显提高土壤反射率,变化最明显的为可见光橙黄光波段,即570～630 nm。相关性分析也显示橙黄光波段反射率的相对变化量或差值与有机质去除量之间的相关系数要比其他波段高,相关系数最大值在600 nm。因此,建议采用570～630 nm的光谱数据进行有机质的反演;土壤线斜率在去有机质后明显降低,截距显著增大,二者变化量与有机质去除量呈极显著相关关系,可用土壤线参数预测有机质含量。有机质对铁氧化物的反演具有明显影响,特别是有机质大于20 g kg-1的土壤,在进行反演时应考虑有机质对反演精度的影响,需采取有效地技术手段消减其影响作用,才能达到较好的效果。     

中国农耕区土壤有机质含量及其与酸碱度和容重关系

对我国农耕区土壤有机质区域变化及其与酸碱度和容重关系进行系统分析,为耕地地力提升和改善土壤结构提供支撑。基于国家级耕地长期定位监测点913个,统计分析全国及7大区域（东北NE、华北NC、西北NW、长江中游MYR、长三角YRD、华南SC、西南SW）耕层土壤有机质含量、酸碱度及容重变化特征。结果表明,全国农耕区耕层土壤有机质含量平均值为22.4~24.8 g/kg。其中有机质含量中等偏低的监测点位占比达72.5%。不同区域耕层土壤有机质含量差异显著（p<0.05）,MYR耕层土壤有机质含量显著高于其他6个区域。全国农耕区耕层土壤pH和容重平均分别为（6.90±1.20）,（1.30±0.15） g/cm³。不同土壤利用方式对土壤有机质、酸碱度及容重产生影响。水田耕层土壤有机质含量显著高于旱地,旱地耕层土壤pH和容重则显著高于水田。亚当斯方程和指数函数分别推荐拟合土壤容重对有机质含量响应关系（R²=0.09,RMSE=0.17,n=759）,以及土壤pH对土壤有机质含量响应（R²=0.16,RMSE=1.24,n=886）。全国农耕区耕层土壤有机质含量总体中等偏低,呈现出东南向西北依次降低趋势。土壤pH及容重与土壤有机质呈现显著的负相关关系。亚当斯模型及指数方程能较好地拟合土壤容重及pH对有机质的响应关系,可用于非线性插值法补充土壤容重及pH缺失值。     

辽宁地区保护地土壤有机质含量及其影响因素的研究

在对辽宁省主要保护地蔬菜生产区生产状况进行实地调查的基础上,自蔬菜保护地和与之相邻的露地大田采集土壤样品,研究保护地土壤有机质含量变化特点,分析了改作保护地后种植年限、有机肥施用量等因素对保护地土壤有机质含量的影响。结果表明:(1)蔬菜保护地土壤有机质含量总体上已经显著高于露地大田土壤,且这一差异0~20 cm土层明显大于20~40 cm土层;(2)保护地土壤有机质含量表现出随着改作保护地后种植年限延长而增加的变化趋势;(3)在改作保护地后种植年限相近的条件下,保护地土壤有机质含量及其增量与有机肥施用量呈明显的正相关关系。(4)辽宁各地保护地土壤有机质含量差异明显,其中大连地区保护地土壤有机质含量较高,其他地区处于中-低水平,需要增加投入、提高土壤有机质含量以进一步培肥地力。     

人为与环境因子对农田土壤有机质影响的比较研究——以典型黑土区和水稻土区为例

目前关于土壤有机质(SOM)影响因子的研究多涉及单一或少量因素,缺少环境因子与农田管理相结合的详细分析。为综合分析环境和人为因素对农田SOM的影响,利用2011年采集于典型黑土样区的281个样点和水稻土样区的193个样点,结合相应农田管理调查数据,采用双样本Kolmogorov-Smirnov检验、Kendallτ相关分析、随机森林模型进行对比研究。结果表明,通过综合环境与农田管理措施数据,随机森林方法可以较好地预测农田SOM含量,对其变异的解释度达到80%以上。人为与环境因素对SOM变异的解释能力在两样区间存在差异。SOM含量水平在黑土区受环境因子影响为主,在水稻土区受人为因子主导。相对重要性分析显示黑土区水热条件、黏粒含量影响显著,水稻土区田间管理作用明显。     

湘西典型植烟土壤酸碱缓冲特性及影响因素

为探明山地植烟土壤酸碱缓冲特性,采集了湘西山区烤烟典型生产区的28个土壤样本,采用酸碱滴定法和灰色关联法分析了湘西山地植烟土壤酸碱缓冲特性以及土壤缓冲容量与各影响因素之间的量化关系。结果表明：湘西山地植烟土壤酸碱缓冲量为11.35~43.29 mmol·kg^-1,平均为17.26 mmol·kg^-1,黄棕壤的酸碱缓冲量（11.35~43.29 mmol·kg^-1）显著高于黄壤（11.79~20.70 mmol·kg^-1）。有78.57%的样本对酸碱敏感,黄壤土是否对酸敏感由有机质含量决定,黄棕壤土是否对酸敏感与pH和有机质含量密切相关。对于同一土壤类型,有机质和黏粒含量与酸碱缓冲容量显著正相关;对于黄棕壤,酸碱缓冲容量还与pH和阳离子交换量呈显著正相关,与交换性酸和交换性铝呈显著负相关。主要土壤类型之间缓冲性能存在较大差异,黄壤土酸碱缓冲性能主要受土壤有机质、阳离子交换量和黏粒含量的影响;黄棕壤土酸碱缓冲性能主要受pH、阳离子交换量和有机质的影响。在生产中应采用合理施用化肥、增施有机肥、调节土壤酸性等措施提高植烟土壤酸碱缓冲性能,为优质烟叶生产创造良好的生态环境。     

土壤含水量对反射光谱法预测红壤土壤有机质的影响研究

研究土壤含水量对有机质预测的影响,可为野外红壤有机质快速测定提供理论依据。本文在实验室条件下测量了不同含水量红壤的可见光-近红外光谱反射率,运用偏最小二乘回归(PLSR)建立不同含水量的土壤有机质预测模型。结果显示,随土壤含水量的增加,有机质与一阶微分光谱的相关性先增加后下降,含水量为100～150 g/kg时相关系数最大。分380～2 400、380～1 300、1 300～2 400 nm三个波段建立不同含水量的有机质预测模型,模型预测精度均随土壤含水量增加而呈现先增加后下降的趋势。利用1 300～2 400 nm建立有机质预测模型可以有效避开氧化铁影响,建立的模型预测精度最高。本研究认为,当土壤含水量小于200 g/kg时,可以利用在室内控制条件下测定的土壤反射率,建立1 300～2 400 nm波段的PLSR模型,进行红壤土壤有机质含量预测。     

中南地区典型地带性土壤团聚体抗张强度的变化及影响因素

团聚体的力稳性是决定土壤抗侵蚀能力的关键因素。为探究地带性土壤团聚体抗张强度的变化规律及其影响因素,自北向南选取我国中南部地区6种典型地带性土壤(褐土、黄褐土、棕红壤、红壤、赤红壤和砖红壤)的不同粒径(1~2,2~3,3~5,5~10mm)团聚体作为研究对象,通过测定团聚体的抗张强度(TS),探究其与土壤基本理化性质的关系,揭示该区域团聚体抗张强度的变化特点和稳定机制。结果表明:(1)供试土壤皆为黏性土壤,自北向南,随着水热条件的增加,土壤的pH值逐渐降低,高岭石含量和游离氧化物(Fe_d、Al_d)呈现明显的增加趋势;有机质含量随土壤深度的增加而降低。(2)同种土壤团聚体的抗张强度随着粒径的增大而逐步减小,从北至南,相同粒径团聚体的抗张强度整体呈现减小的趋势。(3)TS与pH、粉粒含量、蛭石含量呈极显著正相关(r0.63,p0.01),TS与黏粒含量、1.4nm过渡矿物含量、高岭石含量、游离氧化铁、铝(Fe_d、Al_d)呈显著负相关(r-0.53,p0.05)。(4)逐步回归分析表明,Fe_d和CEC可以较好的预测和评价3~5mm团聚体的抗张强度(R~2=0.80,p0.01)。总体而言,黏土矿物类型及其含量是影响地带性土壤团聚体力稳性的重要因素。研究结果可为该区域土壤侵蚀预测提供一定的理论依据。