白水河小流域石漠化治理初期土壤养分空间变异研究

摘要

喀斯特地区的石漠化是制约该区经济发展和人民生活水平的一大障碍，其土壤肥力状况是石漠化治理的重要依据。流域作为一个相对完整的汇水单元，基本涵盖大部分地形条件和水文过程。以流域为尺度研究土壤养分的空间变异规律能够客观的揭示地形、水文、土地利用方式等因素对土壤养分空间变异的综合驱动作用。白水河小流域属典型的喀斯特峰丛谷地地貌，地形破碎，地貌复杂，土壤空间分布复杂，表现出高度的空间异质性，土地利用方式的改变伴随着生态因子的变化，土壤养分随之变化。本研究以地形、土地利用方式和植被类型为依据，分层采集了0-5 cm、5-10 cm、10-20 cm土层的土壤样品，并测定了土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）、全钾（TK）、有效氮（AN）、有效钾（AK）的含量，利用地统计学与GIS技术相结合的方法，分析了土壤养分水平方向上的空间变异规律和垂直方向上的变化，探讨了成土母质、地形及土地利用方式对土壤养分空间变异的影响，应用相关性分析和主成分分析对土壤养分进行综合分析，绘制了土壤肥力的空间分布图，并分析了不同土地利用方式下土壤的肥力状况。得到以下主要研究成果：
　　（1）研究区土壤养分的变异性在46.95%~82.50%之间，均为中等程度的变异，其中，全磷的变异性最大，有效氮最小，有机碳和全氮的变异性相差不大，且全氮的变异性大于有效氮，全钾的变异性大于有效钾。有机碳、全磷和有效钾总体表现出强烈的空间自相关性，主要受自然因素的影响。全氮和有效氮一样，随土层的加深空间自相关性减弱，在0-5 cm土层有很强的空间自相关性，5-10 cm土层的空间自相关性为中等，10-20 cm土层的空间自相关性很弱，随土层的加深，人为因素的影响增加。土壤全钾的空间自相关性很弱，有朝着均一化方向发展的趋势，主要受人为因素影响。土壤养分的变程在169~3996 m之间，空间自相关范围较大，空间自相关范围整体表现为全钾最大，有机碳和全氮次之，全磷、有效氮和有效钾最小。以上结果表明白水河小流域土壤的养分具有较高的变异性。
　　（2）研究区内土壤有机碳的含量较高，高值区主要在流域的东北部，且分布的面积较大，南部的含量较低；土壤全磷的含量较低，呈零星斑块状分布，高值区与低值区交错分布，高值区主要集中在北部和中下部，低值区以南部为主；全氮含量为中等水平，有效氮含量很丰富，全氮和有效氮在0-5 cm土层和5-10 cm土层的分布较为相似，以北部和中下部含量较高，西部和南部含量较低，在10-20 cm土层中，全氮含量以北部最高，高值区分布的面积较大，有效氮以中部最低，向东北和西南方向逐渐递增；全钾含量处于极低水平，含量以流域中间最低，且贯穿南北，由中间向西部和东部扩散，含量逐渐增加。有效钾含量为中等水平，总体由北往南为高-低-高-低的分布趋势。白水河小流域土壤养分的空间异质性较强与其境内多样土地利用方式和复杂的地形地貌有关。
　　（3）白云岩发育的土壤有机碳、全氮、全磷、有效氮和有效钾的含量最高，除有效钾外，其他养分指标在石灰岩发育的土壤中含量次之，砂页岩的含量最低，而有效钾则是砂页岩含量次之，石灰岩含量最低；全钾在石灰岩下的含量最高，在砂页岩下最低。石灰岩发育的土壤养分指标除全钾外均随土层的加深而减小，砂页岩发育的土壤除全磷外均随土层的加深而减小，白云岩发育的土壤各养分指标随土层的变化规律不明显。坡度对各层土壤有机碳都有极显著的影响，对全氮和有效氮有显著影响，对全磷的影响较小，对全钾和有效钾的影响最小，且与全钾整体为负相关关系。有机碳、全氮和有效氮整体随坡度的增加而增大，全磷、全钾和有效钾整体随坡度的变化不明显。有机碳、全氮、有效氮在疏林地、灌木林地和天然草地下的含量较高，在耕地下的含量较低；全磷在天然草地下的含量较高，在马尾松林地下的含量较低；全钾和有效钾在耕地和樱桃林地的含量较高，在天然草地下的含量较低，全钾在疏林地下含量最低，而有效钾在马尾松林地下的含量最低。
　　（4）有机碳、全氮、有效氮和全磷之间相互呈极显著或显著正相关关系。有效钾与其他土壤养分的相关性较小，全钾与其他土壤养分的相关性最小。流域内土壤肥力较高的区域主要在东北部，由北往南呈高-低-高-低的分布趋势，地势较低的区域肥力较低，地势较高的区域肥力较高。不同土地利用方式下土壤肥力大小表现为：疏林地>灌木林地>樱桃林地>耕地>撂荒地>天然草地>马尾松林地。虽然马尾松作为喀斯特地区主要的人工造林树种，但其保持土壤养分的能力并不高。

目录

1 文献综述

1.1 研究目的及意义

1.2 国内外研究进展

2 研究内容与方法

2.1 研究区概况

2.2 研究内容

2.3 技术路线

2.4 研究方案

3 小流域土壤养分的空间变异结构分析

3.1 土壤有机碳

3.2 土壤全磷

3.3 土壤全氮和有效氮

3.4 土壤全钾和有效钾

4 小流域土壤养分的空间分布格局

4.1 土壤有机碳的空间分布格局

4.2 土壤全磷的空间分布格局

4.3 土壤全氮和有效氮的空间分布格局

4.4 土壤全钾和有效钾的空间分布格局

5 小流域土壤养分含量分布的影响因素

5.1 成土母质对土壤养分空间分布的影响

5.2 坡度对土壤养分空间分布的影响

5.3 土地利用方式对土壤养分空间分布的影响

6 小流域土壤养分指标综合分析

6.1 土壤养分指标相关性分析

6.2 土壤养分的主成分分析

7.1 结论

7.2 研究的不足与展望

7.3 研究的特色与创新点

致谢

参考文献

附录

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