黑土区典型小流域土壤磷空间分布及主要驱动机制

摘要

黑土区是我国重要商品粮生产基地，其土壤肥力关系到我国粮食安全问题。土壤磷(P)是作物生长所需的重要营养元素之一，研究其空间分异规律可为区域精准施肥、提高作物产量和减轻面源污染等提供理论依据和技术支撑。流域是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P空间分异规律能够客观的揭示地形和水文条件等因素对土壤养分空间分异的综合驱动作用。本研究在典型黑土区小流域，兼顾耕地和次生林地两种土地利用类型，通过随机采样法分层采集0-20 cm、20-30cm、30-40 cm、40-50 cm、50-60 cm土壤样品610个。分别测定土壤全磷(TP)和速效磷(AP)含量。利用经典统计学和地统计学分析原理系统地揭示土壤P水平方向和垂直方向空间分布特征，并结合地形因子和水文因子系统地分析土壤P空间分布格局的主要驱动机制。主要研究结果如下: (1)水平方向上，土壤TP和AP(Olsen-P)主要受结构因子影响(58-95％)，其中TP在0-60 cm土层和AP在20-60 cm土层的空间分异处于强度空间自相关水平(C0/C0+C＜25％)。TP和AP变程分别为70-225 m和42-255 m之间，各土层之间变程变化规律不明显。 (2)水平方向上，受侵蚀和沉积的影响，TP在坡顶和坡脚处含量较高，特别是沿着水道在流域出口处达到最高，最高达2.14 g·kg-1;受侵蚀影响，在坡背处含量较低，最低为0.03 g·kg-1。受太阳辐射、侵蚀和渗透等因素的影响，耕地0-40 cm土层AP通常在南朝向坡面含量较高，最高达50.01 mg·kg-1，且从坡顶向下逐渐降低，最低为0.43 mg·kg-1。 (3)垂直方向上，耕地土壤TP含量平均值从表土层向下逐渐降低，从0.65 g·kg-1逐渐变化到0.49 g·kg-1;森林土壤TP变化复杂，没有呈现稳定变化规律。受施肥、犁底层、和作物生长等影响，耕地土壤AP从表土层向下先降低，然后逐渐升高，其中在0-20 cm含量达15.04 mg·kg-1远大于其他各土层，森林土壤AP变化规律不明显。 (4)短时期（10年）耕地退耕还林的次生林地，土壤P垂直分布特征仍然保留着部分原耕地P垂直分布特征。 (5)小流域AP处于0-50.01 mg·kg-1之间，0-20 cm土层有85％的面积P素处于“充足”水平，而20-30 cm、30-40 cm、40-50 cm、50-60 cm土层达到“充足”水平分别为12％、5％、5％和9％。 (6)研究区土壤侵蚀严重，但土壤P存在随径流和渗透等流失风险的耕地面积仅为2.4％，因此径流和渗透不是P流失的主要途径。 总体上研究区小流域土壤P在水平方向上主要受侵蚀、沉积、地形等因子的影响，而垂直方向土壤P，特别是AP主要受施肥、含水量、温度、有机质和作物生长过程等因素的影响。研究区耕层(0-20cm)土壤P虽然大部分面积(85％)处于较充足水平，但是为了更好的提高磷的生物有效性，提高磷素利用效率，可结合保护性耕作，在缺P区域，特别是坡背处适当增施P肥，在避免过量P肥施用造成农业面源污染的前提下，最大限度增加粮食产量。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究目的和意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 土壤养分空间变异的主要驱动因子

1．2．2 土壤空间变异研究方法

1．2．3 土壤养分空间变异的研究进展

2 材料与方法

2．1 研究区概况

2．2 土壤样品采集与测定

2．2．1 土壤样品的采集

2．2．2 土壤全磷的测定

2．2．3 土壤Olsen-P的测定

2．2．4 土壤CaCl2-P的测定

2．2．5 土壤pH的测定

2．2．6 土壤有机碳SOC测定

2．2．7 土壤侵蚀

2．3 研究方法

2．3．1 经典统计学分析

2．3．2 地统计学分析

3 结果与分析

3．1 黑土区典型小流域土壤全磷空间分布特征及主要驱动机制

3．1．1 黑土区典型小流域土壤全磷经典统计学分析

3．1．2 黑土区典型小流域土壤全磷地统计学分析

3．1．3 黑土区典型小流域土壤全磷空间分布格局驱动机制分析

3．2 黑土区典型小流域土壤速效磷(Olsen-P)空间分特征及主要驱动机制

3．2．1 黑土区典型小流域土壤速效磷经典统计学分析

3．2．2 黑土区典型小流域土壤速效磷地统计学分析

3．2．3 黑土区典型小流域土壤速效磷空间分布格局驱动机制分析

3．3 黑土区典型小流域土壤磷肥力评价和风险评估

4 讨论

5 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文