紫色丘陵区旱耕地土壤性质空间变异及地形分异特征研究——以地震重灾区回龙村为例

摘要

地形是影响土壤性质的重要因素之一，定量研究地形因子与土壤性质的相关关系对于丘陵山区土壤资源的合理利用、水土保持及生态环境建设具有重要意义。目前，有关土壤性质在单个地形因子下的分异特征研究已多见报道，但对于不同地形组合因子下土壤性质分异特征，特别是针对地震灾区农业恢复重建的土壤性质地形分异特征研究还较为鲜见。本研究以“5.12”地震重灾区绵阳市安县回龙村为研究区，在ArcGIS9.0软件平台支持下，以地统计学为研究方法，研究农田尺度下土壤性质的空间变异特征；同时建立数字高程模型，提取坡位、坡度、坡向、坡形等地形因子，定量研究不同地形因子及不同地形因子组合下土壤性质的分异特征，研究结果表明：
　　 (1)研究区土壤全氮、碱解氮、全钾、速效钾、全磷、速效磷、有机质的的平均含量为0.37gkg-1、87.34mgkg.1、18.69gkg-1、69.38mgkg-1、0.91gkg-1、18.00mgkg-1与19.60gkg-1，全氮属极缺乏水平，碱解氮、速效钾、有机质属缺乏水平，速效磷属中等含量水平；研究区土壤pH值大部分属于中性-弱碱性，极少数偏酸。研究区各土壤养分因子变异系数均在0.1≤Cv≤1之间，说明均为中等变异。
　　 (2)半方差函数结果表明，全氮、速效钾与线性模型拟合较好，碱解氮、全钾、全磷与指数模型拟合较好，速效磷、有机质、pH与高斯模型拟合较好；块金值与基台值之比值(C0/C0+C)％分别为全氮10.62％、碱解氮10.13％、全钾3.69％、速效钾0.09％、全磷0.28％、速效磷0.22％、有机质2.94％、pH0.16％，均小于25％，说明该区域土壤性质具有强烈的空间变异性，其分布特征主要受结构性因素影响。
　　 (3)研究区土壤氮素在西北部含量最高，全氮最高值为0.88gkg-1，碱解氮最高值为173.23mgkg-1，以此为中心呈环状斑块向中部逐步降低。钾素在西偏南方向含量最高，全钾最高值为29.15gkg-1，速效钾最高值为247.56mgkg-1；全钾在区域北部含量最低，最低值为3.80gkg-1；速效钾以中部三处丘项部位的含量最低，呈环状逐步向外增高。全磷在南、北部分别有一个最小含量斑块，最小值为0.13gkg-1，西部呈现出较高的水平；速效磷在空间分布上沿西北-东南方向呈现出一条高含量带。有机质在中部丘项部位含量最低，含量为8.30gkg-1，并随着坡位的下降含量呈环状逐步升高，区域西部含量高于东部。pH值在大部分区域属于7.3-7.5之间的中性，西北部上壤偏酸，西部、中部及北部上壤偏碱。
　　 (4)土壤性质与地形因子相关性分析结果表明：除pH外，各类土壤性质均与高程呈负相关关系，其中全氮、速效钾、速效磷、有机质与高程呈显著负相关，相关系数分别为-0.121、-0.121、-0.118和-0.135。除钾素外，其他各元素与坡度呈负相关关系，即元素含量随坡度上升而降低，其中全氮、碱解氮、全磷与坡度的相关系数分别为-0.215、-0.168、-0.159，为极显著负相关。在0-180°方位角上，全氮、碱解氮、有机质、速效钾、全磷与坡向方位角呈负相关关系，其中全氮、碱解氮、有机质与坡向极显著负相关，相关系数分别为-0.257、-0.321和-0.317:在180-360°方位角上，全氮、碱解氮、速效钾、有机质与坡向方位角呈正相关关系，含量由南向北逐步上升，全钾、全磷、速效磷及pH在此方位角范围内与坡向方位角呈负相关关系。坡形与各土壤因子普遍呈现出负相关关系，说明在凸形坡上，水土流失严重，保肥力差；地面曲率与各土壤因子呈现出正相关关系，但相关性不强。
　　 (5)不同坡位条件下，全氮、碱解氮、全钾、速效钾、全磷、速效磷及有机质均随着坡位的上升而不断降低，且与坡位呈极显著相关。不同坡度上，全氮、碱解氮、全磷、速效磷、有机质五种元素的含量值在缓坡含量最高，分别为0.39gkg-1、90.41mgkg-1、0.96gkg-1、18.75mgkg-1和20.20gkg-1，随着坡度的变陡含量逐步降低；全氮、碱解氮、速效钾、全磷、有机质五种元素在直线坡上的含量最高，凹形坡上含量次之，凸形坡上含量最低，全钾则在凸形坡上的含量最高，是因为全钾中无效钾和缓效钾的含量较高且不易受土壤侵蚀作用影响。不同坡向条件下，全氮、碱解氮、速效钾、速效磷、有机质在半阴坡的含量最高，这是由于在半阴坡光热条件有利于有机质的累积，且较为平缓的地形也减弱了地表径流。
　　 (6)坡位-坡向组合下，坡位对土壤养分元素在不同坡向上的分异特征整体影响作用不显著，速效磷在下坡位受坡向的影响显著。坡位-坡度组合下，在下坡位和中坡位，养分元素在缓坡与中缓坡上的含量最高；在上坡位，养分元素受坡度的影响作用显著；坡向-坡位组合下，在阴坡面，全氮、碱解氮、速效磷、速效钾含量受坡位的影响显著，有机质在阴坡面的上坡位的含量最高，为26.60gkg-1，且坡位对有机质含量的影响在阴坡面不显著；坡向-坡度组合下，在阴坡面，坡向对土壤养分因子的作用较之坡度对因子的影响更为显著，在半阳坡、阳坡及半阴坡面，各养分因子含量受坡度的影响仍然很大。坡度-坡位组合下，在中坡度上，全氮和速效钾受坡位作用的影响显著，在陡坡上，速效磷受坡位作用的影响显著。坡度-坡向组合下，在缓坡部位，坡向对养分元素含量的影响普遍显著，全氮和有机质在缓中坡上受坡向作用的影响显著，碱解氮和速效钾在陡坡上受坡向作用的影响显著。

目录

文摘

英文文摘

项目基金资助

1 绪论

1.1 研究目的与意义

1.2 研究现状综述

1.2.1 基于DEM的土壤性质地形分异研究

1.2.2 土壤性质的空间变异特征研究

1.2.3 土壤性质的地形分异特征研究

1.3 研究目标、研究内容与技术路线

1.3.1 研究目标

1.3.2 研究内容

1.3.3 技术路线

2 材料与方法

2.1 研究区概况

2.2 采样方案

2.3 研究方法

2.3.1 样品分析方法

2.3.2 数字高程模型建立

2.3.3 地形因子的提取

2.3.4 地统计学方法

2.3.5 克里格插值方法

2.3.6 经典统计方法

3 结果与分析

3.1 土壤性质描述性统计分析

3.2 土壤性质空间变异特征分析

3.2.1 数据的检验与预处理

3.2.2 半方差函数分析

3.2.3 土壤性质空间分布特征分析

3.3 土壤性质地形分异特征分析

3.3.1 土壤性质与地形因子的相关性分析

3.3.2 土壤性质在不同地形部位的分异特征分析

3.4 土壤养分在不同地形组合下的分异特征分析

3.4.1 土壤养分在坡位-坡向组合下的分异特征分析

3.4.2 土壤养分在坡位-坡度组合下的分异特征分析

3.4.3 土壤养分在坡向-坡位组合下的分异特征分析

3.4.4 土壤养分在坡向-坡度组合下的分异特征分析

3.4.5 土壤养分在坡度-坡位组合下的分异特征分析

3.4.6 土壤养分在坡度-坡向组合下的分异特征分析

4 对策与建议

4.1 土壤肥料施用建议

4.2 土壤改良措施建议

5 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 对本研究的展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文及参与的科研课题