黄土高原区域尺度农田土壤质量评价

摘要

从区域尺度了解黄土高原农田土壤质量特征，探讨该区农田土壤质量影响因素，对区域农业发展具有重要意义。本研究依据黄土高原生态、农业及土壤区划，结合土地利用、种植制度、地貌、土类及气候类型等多专题数据，按照“农田类型-地形-土类”主体组合，将黄土高原划分为关中平原区、渭北高塬区、丘陵沟壑区、银川平原区、浅山丘陵区五个农业区。根据“农田类型—地形—土类”主体组合区域代表性，在上述类型区选取陕西武功、甘肃宁县、甘肃庄浪、宁夏平罗、青海乐都作为典型县，通过布点采样和分析测定，对黄土高原不同农业类型区农田土壤质量评价指标最小数据集及其尺度效应、有机碳与理化属性关系进行较深入的研究，以典型县为基础、组合斑块为单元，建立了尺度上推模型，获取了区域尺度农田土壤质量及其空间分布特征，得出以下主要结论:
　　1.分析了黄土高原不同农业类型区典型县农田土壤理化特征。武功县、宁县农田土壤质地较为均一，以粘壤土和壤土为主，庄浪县和乐都质地较其他县域粗糙，以壤土、砂粘壤土、砂壤土为主;平罗县由于引黄灌溉导致土壤质地变异较大;武功、平罗农田亚表层土壤压实问题突出，其均值分别为1.58g/cm3和1.46g/cm3;各典型县pH均在8以上，整体偏碱性;乐都、武功、平罗土壤全量养分及有效磷含量明显高于庄浪及宁县，速效钾含量在各典型县之间无显著性差异;宁县农田土壤有机质含量显著低于其他县域，以乐都县有机质含量最高。庄浪县有机质含量处在各典型县中上水平，其磷钾含量显著低于其他县域水平。
　　2.黄土高原不同地貌类型区农田土壤有机碳与理化属性的相关性存在较大差异，且受气候和管理措施影响的程度不同，整体来看，全氮是黄土高原全区及各县域农田土壤有机碳的重要影响因子。不同地貌类型区农田土壤有机碳与pH、砂粒呈显著负相关关系，与粉粒、全氮、全钾呈显著正相关关系，该相关性受气候和管理措施影响较小;与容重、粘粒负相关，与全磷、有效磷、速效钾正相关，该相关性受气候和管理措施影响较大;农田土壤有机碳与粘粒含量的相关关系和粘粒含量有关，当粘粒含量为20％～25％，有机碳与粘粒的相关性较高，当粘粒含量大于30％时，有机碳与粘粒呈负相关趋势。在区域尺度上，全氮、容重、全磷是影响农田土壤有机碳的重要因子，在各个地貌类型区中，全氮是影响农田土壤有机碳含量的重要因子。关中平原区、渭北高塬区、丘陵沟壑区、银川平原区、浅山丘陵区有机碳处于最高水平时的全氮阈值分别为1.39、0.95、1.33、1.38、1.64 g/kg，有机碳处于低级水平的全氮阈值分别为0.97、0.59、0.86、0.76、1.06 g/kg。
　　3.指标变异性随尺度的变化而发生变化，不同空间的土壤质量指标最小数据集评价结果存在尺度效应。在不同尺度间，容重、pH、全钾、碳氮比变化较小，其余指标整体呈现出变异性随尺度增大而增大的趋势。通过分析指标变异性影响因素可知，指标变异性受到自然因素及人为因素的双重影响，但影响程度有所不同。相对于单因素对土壤质量指标的影响，综合影响因素对指标的影响更大，这也表明，指标的变异性不仅仅是单因素的作用结果，而是多个因素相互作用造成的。所以，在进行土壤质量评价时，应综合考虑多方面因素，尤其是在研究尺度范围内，地形、土类、管理措施多样性程度较高时。此外，气候类型及农田管理措施在尺度上推或下推过程中均会发生相应变化，这导致土壤质量指标的变异性与相关性也随之变化，最终导致不同空间尺度所筛选的最小数据集评价指标的代表性存在尺度效应。在指标筛选过程中，应充分重视针对性和区域性原则，所选指标应能够反映区域问题，进而在降低成本的前提下提高土壤质量评价的准确度和应用性。
　　4.以典型县为基础、“农田类型—地形—土类”组合斑块为单元，建立了尺度上推模型，从区域尺度上探讨了黄土高原农田土壤质量及其空间分布特征。从区域尺度上来看，黄土高原全区农田土壤有机质、全氮含量匮乏，全磷、全钾、速效钾和表层有效磷含量相对充足，处于较高水平，丘陵沟壑区亚表层有效磷含量极其缺乏。关中平原区农田土壤压实问题突出，表层土壤有43％的面积处在1.4～1.5 g/cm3之间，亚表层有97％的面积处于1.5～1.6g/cm3之间，此外，银川平原区和渭北高塬区亚表层土壤分别有84％和45％的面积容重值处于1.4～1.5g/cm3之间。以黄土高原地区最高农田土壤质量作为参照，全区以五级和六级为主，面积占比分别为79％、20％，主要分布在关中平原区、汾河谷地、晋西豫北山地、渭北高塬区、丘陵沟壑区中部和西南部及银川平原区的西部。六级土壤质量主要分布在丘陵沟壑区。亚表层土壤质量以六级(57％)和七级(31％)为主，六级土壤质量主要分布在渭北高塬区和银川平原区西部，丘陵沟壑区六级和七级分别占55％和45％，在关中平原区和银川平原区的东部土壤质量为八级和九级，土壤质量较低。

目录

论文说明

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摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 土壤质量概念

1．2．2 土壤质量影响因素

1．2．3 土壤质量评价

1．2．4 土壤质量评价指标的选取原则

1．2．5 土壤质量评价指标体系

1．2．6 土壤质量评价尺度

1．3 国际土壤质量研究热点及趋势

1．4 黄土高原土壤质量研究现状

2．1 研究目标

2．2 研究内容

2．3 材料与方法

2．3．1 研究区概况

2．3．2 样点选择与样品采集

2．3．3 分析方法

2．3．4 数据处理与分析

2．3．5 技术路线

第三章 黄土高原典型县农田土壤理化特征

3．1 土壤质地和容重

3．2 土壤化学性质

3．3 小结

第四章 农田土壤有机碳与理化性质的关系

4．1 农田土壤有机碳与理化属性简单相关分析

4．2 农田土壤有机碳与理化属性之间的回归模型

4．3 讨论

4．3．1 不同典型县农田土壤有机碳差异性

4．3．2 各典型县农田土壤有机碳与土壤理化属性的关系

4．4 小结

第五章 土壤质量指标最小数据集尺度效应

5．1 土壤质量指标空间变异性

5．2 自然及管理因素对指标变异性的影响

5．3 最小数据集及其代表性

5．4 最小数据集的尺度效应

5．5 讨论

5．6 小结

第六章 黄土高原农田土壤质量评价

6．1 指标权重及评价模型选取

6．1．1 土壤质量指标权重

6．1．2 单因素评价模型

6．1．3 综合评价模型

6．1．4 尺度上推思路

6．2 黄土高原区域尺度主要农田土壤理化属性特征

6．2．1 区域尺度农田土壤容重空间分布特征

6．2．2 区域尺度农田养分特征及其空间分布

6．3 农田土壤质量指数

6．4 农田土壤质量分等定级及其空间分布

6．5 讨论

6．5．1 评价指标及隶属度转折点的选取

6．5．2 典型县-类型区-黄土高原尺度上推

6．5．3 不同类型区典型县农田土壤质量影响因素

6．5．4 黄土高原区域农田土壤质量空问分布影响因素

6．6 小结

7．1 主要结论

7．2 有待进一步研究的问题

参考文献

致谢

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