五华县崩岗洪积扇土壤性质空间变异性及肥力评价研究

摘要

崩岗是主要发生在我国南方热带、亚热带花岗岩丘陵区域的一种特有侵蚀类型，指山坡土体或者岩石风化壳受冲刷而崩塌的现象，属于水力—重力复合侵蚀。崩岗具有数量多、分布广、发展迅速、侵蚀模数大等特点，严重威胁耕地资源，恶化生态环境。洪积扇是崩岗侵蚀产生的大量洪积物的沉积区，导致土壤沙化严重甚至丧失耕性。随着国家对生态文明建设的高度重视，崩岗洪积扇的研究和防治迫在眉睫。开展崩岗洪积扇土壤性质空间变异性及肥力评价研究可以为洪积扇区有效治理提供理论基础，对洪积扇沙化土壤合理培肥、耕作、决策耕地分级以及恢复与改良洪积扇农田以实现其可持续利用具有科学的实践意义。
　　本文以广东省五华县源坑水崩岗洪积扇为研究对象，在野外实地调查和测量取样的基础上开展室内实验和分析，在地理信息技术、地统计学方法、分形理论、层次分析法(AHP)及相关软件支持下，开展洪积扇土壤理化性质、分形特征和肥力质量的空间变异性研究以及养分空间输移模型建立。主要结论如下:
　　(1)该洪积扇土壤颗粒组成中以砂粒的平均含量最高，粘粒含量最低，养分状况亦处于极低水平。相比对照农田，土壤质地较粗，饱和含水量和毛管孔隙度较小，通气孔隙度和饱和导水率较大，土壤各养分含量均大幅度降低，土壤酸度较大。就变异性而言，除土壤pH属于弱变异性以外，其它土壤性质均为中等变异。就相关性而言，土壤物理性状、养分含量和粉粒含量各性质均分别与粘粒和砂粒表现为极显著的相关关系;有机质与其它养分含量均呈极显著正相关，各养分性质之间也都存在显著性以上的正相关性;土壤pH与砂粒含量以及阳离子交换量呈极显著相关，与其它土壤性质也存在显著的相关性。
　　(2)根据交叉验证法误差最小原则，粘粒、粉粒、砂粒、饱和含水量、通气孔隙度、饱和导水率、全氮、全磷、全钾以及阳离子交换量运用高斯模型拟合、毛管孔隙度运用指数模型拟合、有机质、碱解氮、速效磷、速效钾以及pH运用球形模型进行拟合时决定系数最高，拟合效果最佳。该洪积扇土壤各理化性质均具有极强的空间自相关性，变异性主要受岩石母质、地形、降雨等非人为决定的结构性因素影响，空间变异范围在32.94～61.00m之间，变异较为显著。该洪积扇土壤性质经克里格插值得到的空间分布规律明显，且与相关性分析结论一致。由扇顶至扇缘，土壤粘粒、粉粒、饱和含水量和毛管孔隙度呈凸向扇缘规则带状递增趋势;砂粒、通气孔隙度和饱导水率呈带状递减趋势;土壤酸碱度由强酸性变为酸性;各养分含量逐渐增加，其中，有机质、全磷、速效钾和阳离子交换量呈凸向扇缘带状空间分布规律，而土壤全氮、全钾、碱解氮、速效磷含量空间分布较不规则，在不规则带状分布趋势下有斑块状零散分布其中。
　　(3)该洪积扇分形维数分布在2.496～2.825范围内，均值为2.669，块金系数远小于10％，变程为44.444m。分形维数与粘粒、粉粒及各养分含量呈正相关关系，与砂粒含量呈负相关关系，并且均具有极显著的线性关系，其中洪积扇土壤颗粒分形维数受土壤粘粒含量影响最大，相关系数达到0.969，因此土壤分形维数能够有效反映土壤质地水平以及肥力质量。其空间变化特征与粘粒、粉粒和各养分含量大致相同，与砂粒相反，在扇顶附近最小，在扇缘附近最大，自扇顶至扇缘呈凸向扇缘规则带状递增趋势。
　　(4)该洪积扇土壤肥力质量较差，综合肥力指数(IFI)在0.089～0.637之间，均值为0.237，由扇顶至扇缘呈带状递增的趋势。肥力水平以五级为主，面积达到55.98％。其次是四级和三级地，面积所占比例分别为33.84％、10.18％。扇顶附近沙化最为严重，肥力指标小于0.2，随着与扇顶距离的增加肥力质量提高，扇缘中间部分肥力质量最高，肥力指数在高于0.6。
　　(5)该洪积扇高程范围在207.039～208.548m之间，扇顶最高，扇缘附近最低，由扇顶到扇缘高程呈凸向扇缘弧形递减。洪积扇相对高程和距扇顶距离与土壤各养分含量均具有极显著相关性，随着高程的降低，养分含量逐渐增加，随距扇顶距离的增加，养分含量增加。在洪积扇范围内，地形和径流对养分含量产生整体辐射变化的影响，以距扇顶距离、相对高程和分形维数为变量拟合养分预测方程的决定系数R2均达到0.663以上，误差均小于8.09％，可用于定量描述洪积扇土壤养分分布以及输移规律。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 研究目的与意义

1．2 崩岗研究进展

1．2．1 崩岗的涵义及分类研究

1．2．2 崩岗侵蚀研究

1．2．3 GIS技术应用于崩岗研究

1．2．4 崩岗洪积扇区土壤研究

1．3 土壤性质空间变异研究

1．4 土壤分形特征研究

1．5 土壤肥力综合评价研究

2．研究内容、土样采集和技术路线

2．1 研究内容

2．2 样点采集

2．3 技术路线

3 材料与方法

3．1 区域概况

3．1．1 自然条件

3．1．2 水土流失

3．1．3 社会经济

3．2 GPS RTK测量方法

3．3 土壤样品分析方法

3．4 地统计学方法及基本理论

3．4．1 区域化变量

3．4．2 半方差函数及理论模型

3．4．3 模型检验

3．4．4 克里格插值

3．5 分形维数计算方法

3．6 土壤综合肥力质量评价研究方法

3．6．1 评价指标的选择

3．6．2 层次分析法

3．6．3 隶属度函数法

3．6．4 模糊综合评价法

4．结果与分析

4．1．1 土壤属性数据库建立及空间数据规范

4．1．2 特异值判断与处理

4．1．3 土壤性质描述性统计分析

4．1．4 土壤性质相关性分析

4．2 崩岗洪积扇土壤性质空间变异性

4．2．1 空间变异性研究技术流程

4．2．2 正态分布检验

4．2．3 土壤性质空间变异规律

4．3 崩岗洪积扇土壤分形特征

4．3．1 土壤颗粒分形维数描述统计分析

4．3．2 分形维数与土壤颗粒组成的关系

4．3．3 养分含量与分形维数的关系

4．3．4 分形维数空间变异规律

4．4 崩岗洪积扇土壤肥力评价分级

4．4．1 评价指标的选取

4．4．2 评价指标标准化

4．4．3 层次分析法确定权重

4．4．4 土壤综合肥力质量空间变异规律及分级

4．5 崩岗洪积扇土壤养分输移规律

4．5．1 数字高程模型建立

4．5．2 高程、距离与土壤养分的关系模型建立

4．5．3 土壤养分分布预测模型建立

5．结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表论文及其它成果