枣树压砂地土壤肥力评价及肥力指标空间变异规律研究

摘要

土壤肥力水平的高低直接关系到作物的产量和品质，有效的肥力评价可为压砂地的肥力管理及施肥决策等提供理论依据。本文利用野外大田试验，选取种植了5年枣树的区域内的土壤为研究样品，选取土壤有机质、全氮、全钾、全磷、速效磷、速效钾、盐分、土壤pH这8项指标作为肥力评价指标，结合经典统计学和地统计学，借助肥力评价方法揭示我国西北特有的压砂地土壤的肥力状况以及其空间变异特征。主要内容如下： （1）运用经典统计学对压砂地0-10c m土层各项肥力指标进行描述性分析。结果表明：有机质的分布范围为4.25-5.75g/kg，全氮分布在0.17-0.23g/kg之间，参照第二次国家土壤普查分级标准，二者隶属于贫瘠的水平，全磷和速效磷归属于较差水平，速效钾和盐分属于较高水平。p H的分布范围在8.12-9.67之间，表明土壤呈碱性。IFI1的数值变幅是0.23-0.35，IFI2的数值分布范围是0.66-0.84，PS的数值分布范围是0.63-0.81。其中有机质、全氮、全钾、pH、速效钾的变异系数分别为6.04、5.69、6.41、4.05、6.08%，均属于弱变异；其余的肥力指标的变异系数处于17.38%-38.7%之间，为中等变异。综合肥力指数IFI1、IFI2和PS的变异系数均小于10%，为弱变异。 （2）借助土壤质量综合指数法、改进的灰色关联分析和内梅罗综合指数法对0-10cm土层土壤的肥力进行评价，通过对比分析得出最优评价法。结果表明：在雷达图中，隶属度均值表现为速效钾>盐分>全钾>速效磷>全磷>pH>有机质>全氮，分肥力指数均值为速效钾>盐分>全钾>速效磷>pH>全磷>有机质>全氮，排列顺序大致相同。在综合肥力指数IFI1、IFI2和PS的空间分布图中，压砂地土壤肥力特征在空间上呈现出斑块状，绘制的三个综合肥力指数的空间分布图相似。利用等距法划分土壤肥力等级，在IFI1、IFI2和PS分布图中，土壤肥力基本由Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等占据。其中Ⅲ等肥力等级分布最广，分别占整个区域面积的53%、57%、54%。Ⅲ等及以下所占面积最多，分别为64%、69%、67%，可知压砂地整体肥力水平偏低。比较三种评价方法的结果，发现其结果表现出不一致，改进的灰色关联分析法对土壤肥力的评价结果准确率较高，达到87.50%。 （3）结合地统计学方法和最优评价法准确评价研究区域的土壤肥力状况，并对各肥力指标的空间变异规律进行研究。结果表明：全氮、全磷和盐分均符合球状模型，其他肥力指标符合指数模型。有机质、全磷和pH的C0/(C0+C)分别为0.139、0.021、0.114，均小于0.25，具有强烈的空间自相关性。其他各项肥力指标的C0/(C0+C)值在0.418-0.50之间，具有中等空间自相关性。各项肥力指标在研究区域尺度上空间分布复杂、规律不明显。压砂地土壤综合肥力指数IFI2去除一阶趋势后的最优半方差函数模型为球状模型。土壤综合肥力指数IFI2的分布范围为0.66-0.84，在分布图中土壤肥力等级Ⅲ等以下所占的面积为69%，可见砂田的总体肥力水平处于中等偏贫瘠状态。且土壤肥力的空间分布受有机质和全氮分布的影响较大。 （4）以有机质为例，结合经典统计学和地统计学法，设置32m×32m、28m×28m、24m×24m、20m×20m和16m×16m5种采样尺度和4m、8m、12m三种采样间距研究空间变异的尺度效应。结果表明：对于不同采样尺度，土壤有机质含量在竖直空间上的分布随深度的增加而减少，有机质的含量范围为2.41-5.75g/kg；其变异系数介于3.90%-11.89%之间，变异强度表现为弱变异性。有机质的C0/(C0+C)大部分都小于0.25，表现出了强烈的空间自相关。各个土层有机质Moran’s I系数的变化趋势在0-21.33m随着距离的增加而减少，总的变化范围在-0.548-0.548之间，表明土壤有机质的空间相关性较强。当采样间距增加时，土壤有机质含量的块金值C0不断增大，而变异系数C V不受影响。在空间分布图上各土层均出现“凸起”和“凹陷”现象，且随着深度的增加，土壤有机质逐渐减少，“凹凸”程度大致相同，随着采样尺度的减少表层土壤有机质分布更均匀，8m为较合理的采样间距。通过比较两种插值方法，土壤有机质的Kriging插值精度最高。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 研究目的和意义

1.3 国内外研究进展

1.3.1 土壤肥力评价国内外研究进展

1.3.2 土壤肥力指标空间变异国内外研究进展

1.4 研究思路

1.4.1 研究目标

1.4.2 研究内容

1.4.3 研究方法

1.4.4 技术路线

第2章 实验区概况及研究方法

2.1 自然条件

2.2 水资源概况

2.3 实验内容和方法

2.4 砂石与土壤颗粒级配

2.5 土壤各肥力指标的选择

2.6土壤各肥力指标含量的测定

2.7 研究方法

2.7.1 经典统计学方法

2.7.2 地统计学方法

2.7.3 土壤肥力评价方法

第3章 压砂地土壤肥力评价方法应用研究

3.1 土壤单项肥力指标和综合肥力指数描述性统计

3.1.1 土壤肥力指标权重计算

3.1.2 土壤各肥力指标和综合肥力指数的描述性统计

3.2 三种方法的单一肥力评价

3.3 土壤综合肥力评价

3.3.1 土壤综合肥力等级的划分

3.3.2 土壤综合肥力指数的空间分布规律

3.4 对比分析三种方法评价结果

3.5 本章小结

第4章 土壤肥力评价及其指标空间变异规律研究

4.1 各项土壤肥力指标特征分析

4.1.1 各项土壤肥力指标的描述性特征统计

4.1.2 土壤各项肥力指标的空间变异特征

4.1.3 土壤各肥力指标空间分布特征

4.2 土壤肥力评价

4.2.1 描述性统计分析

4.2.2 土壤综合肥力指数IFI2的趋势面分析

4.2.3 土壤综合肥力指数IFI2空间结构分析

4.2.4 空间分布状况分析

4.3 本章小结

第5章 压砂地土壤有机质空间变异的尺度效应

5.1 土壤有机质统计特征值分析

5.1.1 不同采样尺度下土壤有机质的统计特征值分析

5.1.2 不同采样间距下土壤有机质的统计特征值分析

5.2 土壤有机质空间特征分析

5.2.1 不同采样尺度下土壤有机质的空间变异特征

5.2.2 不同采样间距下土壤有机质的空间变异特征

5.2.3 运用Kriging和 IDW进行插值

5.2.4 不同采样尺度及间距下土壤有机质空间分布特征

5.3 本章小结

结论与展望

1 结论

2 不足与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录