华北集约化农区耕地土壤肥力时空演变特征——以河北省曲周县为例

科学准确地进行耕地土壤肥力评价以及揭示其时空演化特征,对于指导农业生产与耕地资源可持续利用具有重要意义。本文以华北集约化农区典型县域河北省曲周县为研究区,基于耕地土壤样点测试数据和耕地利用数据,综合运用模糊综合评价和地统计学方法,以耕地利用图斑为评价单元对耕地土壤肥力进行评价,并揭示耕地土壤肥力的时空演变特征。结果表明：2000-2018年研究区耕地土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾平均含量均有所增加,pH有所降低,且均受到结构性因素和随机性因素的共同影响;2000-2018年研究区耕地土壤肥力指数均值由0.25增长为0.54,增长率为116.00%,耕地土壤肥力由较低水平转变为中等水平,且总体变异程度和空间自相关程度均处于中等水平;2000年和2018年耕地土壤肥力等级分别以Ⅱ级和Ⅲ级为主,为总面积的83.92%和50.43%,广泛分布于除侯村镇和依庄乡之外的各个乡镇;2000-2018年研究区耕地土壤肥力Ⅰ级和Ⅱ级面积减少,Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级面积有所增加,Ⅱ级转出面积和轻度增加的面积最大,但最高等级和高度增加的耕地面积相对较小,其面积比重分别为1.86%和3.34%。因此,曲周县土壤肥力受到自然本底特征与人为农业生产活动的共同影响,有效地平衡与协调土壤养分元素含量有助于提升耕地土壤肥力以及土地资源的可持续利用程度。     

干旱区长期膜下滴灌农田耕层土壤盐分变化

新疆地处干旱地区,水资源短缺,膜下滴灌作为有效的节水灌溉技术在新疆农业生产中广泛使用。但新疆同时是盐碱化普遍发生的地区,采用滴灌技术后,传统灌溉的灌溉洗盐过程随之消失,且该地区灌溉水矿化度较高,对土壤盐分有一定的补充作用,因此滴灌技术虽然节水增产效果明显,但长期滴灌可能导致土壤盐分积累,降低土壤质量。通过监测一个长期膜下滴灌、面积约为224 km2的农场15a农田土壤盐分含量,对长期膜下滴灌土壤盐分含量的变化进行研究,研究结果可为膜下滴灌土壤盐分管理提供科学依据。以位于新疆北部玛纳斯河流域的新疆生产建设兵团第八师147团农田为研究对象,通过收集该团场自1996年至2010年记录的农田耕层盐分和养分指标的分析数据,利用统计学知识及地理信息系统技术,对不同滴灌年限下土壤耕层盐分变异特征及土壤耕层盐分与其他土壤指标的相关性进行研究。研究表明:(1)在滴灌的第一个3年周期内,土壤耕层盐分平均含量从3.13 g kg-1降低至3.00 g kg-1,降幅达4.2%,但经12年滴灌年限,土壤耕层盐分从3.13 g kg-1升高至4.81 g kg-1,升高了53.7%;(2)在五个监测周期(15 a)内,土壤盐分含量明显上升,研究区土壤耕层盐分含量集中分布在4~10 g kg-1,土壤耕层多为中度盐化土和重度盐化土;(3)长期膜下滴灌导致土壤耕层盐分发生重新分配,全团范围内农田盐分含量分布接近正态分布。本研究条件下,长期膜下滴灌会造成土壤耕层盐分积累,滴灌水携带的盐分对土壤盐分有一定的补充作用;采用2~3年进行一次大水洗盐以及培肥土壤、提高土壤有机质含量对防止滴灌土壤积盐具有重要作用。     

农田耕作与土壤盐分的变化

采用原状土隔离池进行了盐分运移定位试验。结果表明：含盐量０．１１－０．２８％的轻盐渍人脱盐潮土处在不断脱盐过程中，平均年脱盐速率为０．０１２５％；小麦种植期，土坟于返盐过程，盐分在上上层积累；夏玉米种植期，土壤处于脱盐过程；盐分运动是一个盐离子的层次间传递过程。不同盐离子传递的强度不同，以氯根和钠离子变动最大，而硫酸根和钙离子变幅较小，碳酸根较稳定。     

农田耕作与土壤盐分的变化

采用原状土隔离池进行了盐分运移的定位试验。结果表明：含盐量0.11-0.28%的轻盐渍化或脱盐潮土处在不断脱盐过程中，平均年脱盐速率为0.0125%；小麦种植期，土壤处于返盐过程，盐分在上层积累；夏玉米种植期，土壤处于脱盐过程；盐分运动是一个盐离子的层次间传递过程，不同盐离子传递的强度不同，以氯根和纳离子变动最大，而硫酸根和钙离子变幅较小，碳酸根较稳定。     

我国主要菜区耕层土壤盐分总量及离子组成

【目的】评价全国主要菜区温室、 大棚和露地菜田土壤盐分及离子组成状况,为土壤次生盐渍化防治、 蔬菜合理施肥和土壤可持续利用提供一定的理论依据。【方法】在我国北方3个区域(东北、 华北、 西北地区)和南方4个区域(华中、 西南、 华东、 华南地区)主要蔬菜种植区不同栽培方式典型菜田耕层土壤展开调查,共采集501个土壤样品,分析了盐分总量及其离子组成。【结果】 1)全国主要菜区设施(温室和大棚)菜田土壤盐分总量及其各离子含量(NO-3、 SO2-4、 Cl-、 Na+、 K+、 Ca2+、 Mg2+)均显著高于露地菜田土壤,盐分总量平均高69.3%,离子组成增加幅度在36.2%~170.0%之间。2)设施菜田土壤次生盐渍化的土样数比例显著高于露地菜田土壤,但设施菜田土壤盐化程度总体上较轻,居于轻度盐化水平的比例占38.2%,处于中度盐化以上水平的比例仅占4.7%。 3)设施菜田土壤盐分总量及主要盐分离子(NO-3、 SO2-4和Ca2+)含量积累总体上随种植年限的延长呈先增后降并趋于平缓的变化趋势,在连续种植5~6年时达到高峰期,之后因采取的各种管理措施而有所降低,但仍显著高于露地菜田土壤。 4)设施菜田土壤盐分离子组成以NO-3和SO2-4为主,其次是Ca2+,分别占盐分总量的27.9%、 26.9%和15.3%。露地菜田土壤主要盐分离子组成总体上是SO2- 4 NO- 3 Ca2+、 HCO-3,分别平均占盐分总量的29.0%、 21.1%、 16.1%和14.1%,但西北地区露地菜田土壤盐分离子组成以HCO-3为主,其次是SO2-4、 NO-3和Ca2+。【结论】设施菜田土壤次生盐渍化的土样数比例虽然显著高于露地菜田土壤,但土壤盐化程度总体上较轻,盐分离子主要是NO-3、 SO2- 4和Ca2+,NO-3、 SO2-4含量大于Ca2+含量; 露地菜田主要盐分离子是SO2-4、 NO- 3、 Ca2+和HCO-3,含量为SO2- 4 NO- 3 Ca2+、 HCO-3。     

大棚栽培后土壤盐分的变化

本文研究了棕壤，潮土，褐土３种土壤上大棚栽培后土壤盐分的变化，结果表明，土壤全盐量明显较对照增加，而且随种植年限增加，盐分含量更有增加的趋势，在离子组成中Ｃｌ＾－，ＮＯ３＾－，Ｃａ＾２＋，Ｍｇ＾２＋，ＨＣＯ３＾－与全盐量均有很好的相关性，其中ＨＣＯ３＾－与全盐量呈负相关，而其它离子与全盐量呈正相关。     

排水地段土壤盐分变化特征分析

根据田间排水地段实测的土壤含盐量与地下水埋深和矿化度，分析了土壤盐分组成变化特征以及覆膜种植对抑制土壤积盐的效应。根据潜水蒸发特点，确定了建立地下水埋深与土壤含盐量间单一函数关系的方法，为根据土壤含盐量确定地下水临界深度提供指导。     

华北半湿润地区微咸水滴灌番茄耗水量和土壤盐分变化

该文利用3 a试验资料研究了华北半湿润地区滴灌条件下,不同盐分浓度微咸水和土壤基质势对番茄耗水量、水分利用效率和土壤盐分的影响。研究发现总体上番茄整个生育期累计耗水量随着灌溉水盐分浓度的增大而降低,随着土壤基质势控制的降低而降低;而水分利用效率随着灌溉水盐分浓度的增大略微有增大的趋势,随着土壤基质势控制的降低明显升高;3 a微咸水灌溉后,整个土体0～90 cm深度土壤盐分没有明显增加。     

松嫩平原低平易涝区土壤盐分的季节性变化

松嫩平原低平易涝区地势低平，排水不畅，涝、渍灾害时有发生，严重限制了本区的农业发展。针对这一特点，进行了土壤盐分季节性变化的定位观测，初步查明了该区黑土与草甸土剖面盐分组成、耕层土壤盐分季节性变化和冻结期土壤剖面盐分变化的规律，为其综合治理提供了一定的理论依据。     

地下水蒸发规律及其与土壤盐分的关系

用粉砂壤土土柱进行了为期一年的室内模拟试验 ,对不同地下水作用条件下地下水蒸发规律进行了深入研究 ,并且研究了土壤盐分与地下水蒸发量之间的关系。研究表明 ,各地下水作用条件下地下水蒸发量与试验时间呈显著线性相关。地下水矿化度越低 ,地下水累积蒸发量对地下水矿化度的变动越为敏感 ;地下水埋深越大 ,累积蒸发量对地下水埋深变动的敏感性越强。建立了地下水累积蒸发量与地下水埋深、地下水矿化度的关系。分析了土壤盐分与地下水蒸发量之间的关系并得到了其模型。     

低丘红壤区旱地土壤渗透性与可蚀性定量关系的研究

应用人工模拟降雨仪和Guelph仪对我国南方低丘红壤区旱地土壤的渗透性与可蚀性之间的定量关系进行了研究,结果表明,第四纪红色土和红砂发育的旱地坡地0－5cm表层土壤饱和渗透率Kfs与土壤的可蚀性K呈现负相关,且它们之间的定量关系可概括为：K≈a.K^-bfs c,其中a,b,c均为土壤有关的系数。     

河西地区土地利用/覆盖变化研究

土地利用/覆盖变化作为国际上全球变化研究的前沿与热点课题,是所有可持续发展相关问题的核心。河西地区为环境演化的敏感区和生态脆弱带,土地的演化过程和机制有其不同于东部地区的特殊规律。本文简要介绍了河西地区土地利用/覆盖变化过程,分析了土地利用/覆盖变化的动力机制,并就土地利用/覆盖变化对该地区自然环境与社会经济的影响进行了初步探讨,从而探索有利于该地区土地可持续发展的土地利用方式与土地覆盖类型。     

集约农业利用下红壤地区土壤肥力与环境质量变化及调控—江西省南昌市郊区和余江县案例研究

选择江西省南昌市郊区和余江县分别代表红壤地区集约化农业快速发展的大城市郊区和典型农区,研究集约农业利用下红壤地区土壤肥力与环境质量的变化特征与调控措施.结果表明,20多年来,以南昌市郊区为代表的城郊菜地的土壤有机质含量平均增加21.53%（一般农田的土壤有机质含量变化不大）,土壤速效磷含量增加13.15～18.86倍,土壤速效钾含量平均增加1.15～1.35倍;而土壤全氮含量增加不明显,土壤硝态氮的积累不多;以余江县为代表的传统农区,土壤酸化趋势明显,近90%的土壤有pH下降现象,平均下降达0.5个单位;同时部分农田土壤有一定程度的重金属污染.农业种植业结构调整、化肥用量的增加特别是磷钾肥的大量施用、以及畜禽粪肥的施用,是造成土壤养分富集和失衡、土壤酸化的重要原因.工业生产是造成农田土壤污染的主要原因.短期减量施肥、配合施用养分促进剂,以及通过施用缓释肥料提高肥料利用率,均可在一定程度上控制养分的过度富集与失衡; 适当施用石灰等碱性改良剂是防治土壤酸化的重要措施;而对于轻度污染土壤,可以通过施用化学改良剂（如石灰等）,或种植超积累植物而得到修复.     

中国土壤分布与气候条件的联系

系统是由相互联系、相互制约的若干部件组成的具有一定结构和特定功能的整体。自然界的任何系统,均与其环境相关联。系统与环境的关系,历来为人们所注意。熊毅教授将土壤生态系统定义为“研究土壤与环境条件的相互关系,以及系统本身的结构、功能、平衡与演变规律的一门科学”。     

土壤颗粒组成与固定态铵之间的关系

大量研究表明,固定态铵的含量与土壤质地有关.李生秀等人的研究表明[1],西北地区土壤的固定态铵含量与粘粒含量呈显著正相关,与砂粒含量呈显著负相关;Feigin和Yaalon的测定证明,以色列129种钙质土固定态铵含量与粘粒(＜0.002 mm)含量显著正相关(r=0.63,p＜0.01)[2];施书莲等人[3]报道,棕壤、栗钙土、黑土、棕钙土和红壤带土壤中的固定态铵含量与粘粒、粘粒及细粉砂含量之和的相关均达到0.01显著水准.这些结果说明,固定态铵主要存在于粘粒和粉粒中,而砂粒中几乎没有[4].     

半干旱地区果园土壤Cl-迁移积累与环境因子的关系

为揭示环境因子对果园表层土壤氯离子迁移累积的影响,为预防和改良土壤次生盐渍化提供理论指导和相关依据,研究果树生育期表层土壤不同土层氯离子的变化与环境因子（土温、土壤水分、蒸发量、降雨量、水分亏值、气温、空气相对湿度）的相互关系。结果表明：在土壤0~25cm土层的微域范围内,不同土层对氯离子的迁移与累积具有不同的功能。0~5cm土层为氯离子聚集层,10~15cm土层为氯离子传导层。认为10~15cm土层是半干旱地区环境因子对土壤性质直接作用与影响的临界深度。     

红壤丘陵小区域不同利用方式下土壤变化的评价和预测

本研究以科学院千烟洲试验站为例,为小区域水平上土壤时空变化的一量化评价提供了一种方法,并用于千烟洲试验站开垦利用１１年后土壤性质和质量变化的评价,通过土壤信息系统和土壤变化数据库的建立,方便而有效地进行了不同土壤类型和不同土地利用方式下土壤变化的定量化评价,监测和制图。     

LAND USE/LAND COVER CHANGE ANALYSIS AND ITS IMPACT ON SOIL PROPERTIES IN THE NORTHERN PART OF GADARIF REGION,SUDAN

Several decades of intensive dry land farming in the Gadarif region, located in the Eastern part of Sudan, has led to rapid land use/land cover (LULC) changes mainly due to agricultural expansion, government policies and environmental calamities such as drought. In this paper, an attempt has been made to analyse and monitor the LULC changes using multi‐temporal Landsat data for the years 1979, 1989 and 1999 and ASTER data for the year 2009. In addition, efforts were made to discuss the impact of LULC changes on the selected soil properties. For this, a post‐classification comparison technique was used to detect LULC changes from satellite images. Primarily, three main LULC types were selected to investigate the properties of soil, namely, cultivated land, fallow land and woodland. Moreover, soil samples were also collected at two depths of surface soil from ten sample plots for each of the LULC type. For these soil samples, various soil properties such as texture, bulk density, organic matter, soil pH, electrical conductivity, sodium adsorption ratio, phosphorous and potassium were analysed. The results showed that a significant and extensive change of LULC patterns has occurred in the last three decades in the study area. Further, laboratory tests revealed that soil properties were significantly affected by these LULC changes. The change of the physical and chemical properties of the soil may have attributed to the changes in the LULC resulting in land degradation, which in turn has led to a decline in soil productivity. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

EFFECTS OF LAND USE ON SOIL MOISTURE VARIATIONS IN A SEMI‐ARID CATCHMENT: IMPLICATIONS FOR LAND AND AGRICULTURAL WATER MANAGEMENT

Knowledge of the effects of land use on soil moisture variations is necessary to improve land and agricultural water management in the semi‐arid Chinese Loess Plateau. However, previous studies are insufficient to guide management practice in this area and improvement is needed to help with the development of the ‘Grain for Green’ programme. As part of the ‘Grain for Green’ programme, we examined the effects of five land uses (fallow, grassland, cropland, 3‐year and 8‐year jujube orchards) on soil water variations in a small catchment on the Loess Plateau. Soil moisture at 0–160 cm depth was monitored approximately weekly at 47 sites from 17 August to 19 October 2009 and from 4 April to 27 September 2010 using a portable time domain reflectometer. Results indicated that mean soil water profiles in different land uses varied with time, land use induced spatial variations of soil water but exerted negligible influence on soil water temporal patterns, and soil water content was of the greatest spatial variability with moderate means (approximately 20 per cent). Furthermore, the relationship between standard deviation and mean water content was dependent on soil depth, although it was negligibly affected by land use. Profile soil water for five land uses was different in various seasons, precipitation infiltration depth exhibited a positive correlation with precipitation, and the whole profile soil moisture (0–160 cm) was complemented following a 93·5‐mm rainfall event. The findings presented here provide helpful information for land and agricultural water management in this area. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.