黄土高原宁南山区土壤养分空间分布特征

[目的]土壤养分含量及其空间分布状况是陆地生态系统健康与可持续发展的重要评价因素,因此分析土壤养分及其空间特征对该区域的土壤养分管理以及土地可持续利用意义重大。[方法]在半干旱的宁南山区选取不同土地利用类型为研究对象,采用地统计学空间插值分析了土壤养分含量及其空间分布特征。[结果]黄土丘陵不同土地利用类型土壤全量养分均处于中等偏下的水平,表层0—20 cm土壤养分含量均高于20—40 cm土层,“表聚效应”明显。整体上,土壤养分含量基本表现为天然草地>柠条>山杏>裸地>梯田>退耕草地,其中天然草地显著高于其他植被类型(p<0.05)。从土壤养分的空间分布可知,土壤有机碳含量呈中部低、南北高的状态;土壤速效磷含量呈中部高,南北低的状态;土壤硝态氮和铵态氮含量变化趋势则是从南到北逐渐递增。[结论]人工种植柠条和山杏有利于改善该地区土壤综合质量水平;因此,退耕还林(草)的生态恢复措施能够持续、有效改善当地的土壤质量状况。

半干旱黄土丘陵区典型植被土壤养分含量及其分布特征

以甘肃定西龙滩流域8种典型植被为研究对象,对其3个土层深度的土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾和pH值进行测定,探讨植被与土壤养分间的关系。结果表明:植被类型主要影响土壤全磷、全钾和速效钾含量及分布,且不同植被间差异显著(p<0.05);土层深度主要影响土壤有机质、全氮、碱解氮和速效钾的含量及分布,而且在不同土层间差异显著(p<0.05)。不同植被间土壤养分分布规律不明显,但不同土层间土壤养分表层聚集效应明显,总体上随土层深度的增加而不断下降。在不同植被和不同土层下土壤养分变异性差异很大,其变异系数由大到小依次为速效磷(>45%)>有机质、全氮、碱解氮(>30%)>速效钾(>15%)>全磷、全钾(<4%)>pH值(<2%)。相关分析表明,pH值与土壤有机质、全氮、碱解氮呈极显著负相关关系(p<0.01),而有机质、全氮、碱解氮相互间呈极显著正相关关系(p<0.01)。在半干旱黄土丘陵区,植被类型和土层深度对土壤pH值和土壤养分含量及分布均有影响,但不同植被对各养分的影响效果并不一样;在今后植被恢复中,应多采用草灌林结合来建人工植被,以使黄土丘陵区复杂多样的土壤生态系统得到健康、持久的发展。

黄土高原小流域不同植物群落土壤生态化学计量的垂直变化特征

在黄土高原生态恢复重建过程中,土壤养分及化学计量特征是评价黄土区植被恢复效应的有效途径。该文以典型半干旱黄土小流域3种恢复方式下(天然荒草、自然恢复、人工恢复)的5种植物群落(长芒草群落、赖草群落、苜蓿群落、柠条群落、山杏群落)不同深度的土壤(0~20 cm、20~40 cm、40~60 cm)为研究对象,利用方差分析及线性回归法分析土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)含量及化学计量比的垂直变化特征,并探讨各指标间的耦合关系。结果表明:(1)群落类型和土壤土层深度对土壤SOC、TN、TP含量均有显著影响,土层深度还显著影响土壤TK的分布,但两者交互作用只对TN含量有显著影响。0~20 cm土层中,土壤SOC、TN含量表现为柠条灌丛显著高于长芒草、赖草、苜蓿和山杏群落(P<0.05)。(2)在土壤垂直剖面上,除C∶N随土层加深而增加外,其他土壤化学计量比均随土层加深而逐渐降低。在0~20 cm和20~40 cm的土层中,土壤C∶N表现为赖草群落显著高于长芒草、苜蓿、柠条和山杏群落(P<0.05),而土壤C∶P、N∶P、N∶K均表现为人工恢复柠条群落最高;在40~60 cm的土层中,山杏土壤C∶K显著低于长芒草、赖草、苜蓿和柠条群落(P<0.05)。(3)不同群落土壤SOC、TN、TP、TK含量彼此间呈正相关关系,其中,SOC含量与TN含量、TN含量与TP含量、SOC含量与TP含量、TN含量与TK含量在5种植物群落中均达到显著正相关(P<0.05)。土壤C∶P与C∶K、C∶K与N∶K、N∶P与N∶K间均具显著正相关关系(P<0.05),C∶N与N∶P、C∶N与N∶K、P∶K与C∶P、P∶K与N∶P间均呈负相关关系。综合来看,不同植物群落土壤SOC、TN、TP、TK含量均随土层加深而逐渐降低,人工恢复柠条生态化学计量特征综合更强,更有利于改善当地土壤质量。

黄土区深剖面苹果树根系与土壤水分特征及其相互作用

为实现黄土区深层土壤水的合理开发利用,需探明土地利用变化下深剖面根系和土壤水分特征及其相互作用。以农地(F)为对照,分析5、8、11、15、18、22、26 a共7个种植年限(分别以A5、A8、A11、A15、A18、A22、A26表示)下苹果树地10 m深剖面根系和土壤水分特征。结果表明:农地、<10 a和>10 a苹果树0~10 m深剖面细根根长密度(FRLD)累积分数(Y)为0.50和0.95的分布深度(D_(50)和D_(95))分别为20 cm和160 cm、80 cm和610 cm、512 cm和884 cm;根系分布消光系数(β)均值分别为0.962、0.995和0.998。农地转为苹果树地后,0~10 m深剖面土壤含水量(SWC)和土壤储水量(SWS)均随种植年限增加而逐渐降低,而土壤水分亏缺程度(SWCD)和果树耗水深度则逐渐增加。D_(50)和SWC/SWS在0~10 m土层呈负相关关系(R^(2)=0.6),和SWCD呈正相关关系(R^(2)=0.3)。FRLD和Y分别适用于表征浅根植被和深根植被下土壤水分状况。农地0~3 m土层的FRLD可以解释70%~80%的SWC和SWS变异;而≥15 a苹果树地0~10 m土层的Y仅可解释30%的SWCD变异。研究结果可为水资源有限且非饱和带深厚的干旱半干旱地区的苹果树灌溉策略制定和根系吸水模拟的参数化过程提供参考。

长期不同施肥处理红壤旱地剖面养分分布差异

【目的】研究长期不同施肥措施下红壤旱地的培肥效果、养分迁移特征以及环境风险,对制定红壤旱地合理的养分管理和培肥技术,促进畜禽粪便的循环利用具有重要意义。【方法】依托始于1986年的红壤旱地肥料定位试验,选取不施肥(CK)、氮磷钾肥配施(NPK)、2倍氮磷钾肥配施(2NPK)、有机肥(OM)和有机肥和氮磷钾肥配施(NPKM)5个处理,采集0—10 cm、10—20 cm、20—40 cm、40—60 cm、60—80 cm、80—100cm土壤样品,分析了p H值、有机质及氮磷钾养分含量。【结果】连续施肥28年后,红壤旱地土壤有机质、全氮、碱解氮、全磷、有效磷、速效钾等含量均随着土壤深度增加逐步降低。与对照相比,施用有机肥显著提高了0—40 cm土壤的p H值,其余处理p H有所下降。长期施用化肥后,红壤旱地土壤有效磷、全磷、碱解氮和全氮在0—20 cm耕层累积,土壤速效钾的累积则达到40 cm深;与化肥处理相比,有机肥和有机无机肥配施处理0—40 cm土壤的全氮、碱解氮、速效钾、有效磷和全磷的含量显著增加,土壤全氮和碱解氮的下移累积达到40 cm,而土壤全磷和有效磷的下移累积则达到了60 cm。红壤旱地长期施用猪粪等有机肥主要增加了0—40cm耕层土壤的磷素累积,而在剖面80 cm以下未表现出明显累积现象。【结论】长期施用化肥(28年)处理养分主要在0—20 cm红壤旱地耕层土壤累积,而长期施用有机肥或有机无机肥配施还可以明显提高20—40 cm土壤养分含量,养分下移累积作用明显。此外,红壤旱地长期施用有机肥可以缓解耕层土壤的酸化、提高耕层土壤肥力水平,是增加培肥深度的有效措施,但是长期施用猪粪导致的氮磷下渗深度增加可能引起的环境风险也应引起重视。

河北省蔬菜保护地土壤养分的积累状况及影响因素

为了对菜地土壤养分的合理管理提出理论依据 ,研究了河北省 11个蔬菜种植县、市的蔬菜保护地土壤养分的积累状况及剖面分布特性。结果表明 :日光温室 0～ 2 0cm土壤pH与相邻粮田平均降低了 0 7pH单位 ;与相邻粮田比较 :菜地土壤有机质和全氮分别平均增加了 74 1%、5 6 78% ;Olsen -P、硝态氮、碱解氮和速效钾分别增加了 7 4倍、7 1倍、1 0倍和 2 6倍 ;速效锌、铁、锰、铜分别平均增加了 1 2倍、1 3倍、0 5倍、0 6倍和 0 5倍 ,差异达到极显著水平。菜地养分主要积累在 0～ 2 0cm土层 ,2 0～ 80cm土壤养分均有不同程度的增加 ,随着土层深度的增加土壤各养分的积累量逐渐减少 ,各养分积累量为Olsen -P >硝态氮 >速效钾和碱解氮 >全氮和有机质 ,不同类型菜地土壤养分的积累状况为日光温室 >塑料大棚。

黄土高原典型土壤有机碳和微生物碳分布特征的研究

以阐明黄土高原典型区域土壤有机碳(SOC)含量和储量及微生物碳(Mc)含量随土壤类型、土层和土地利用方式变异规律为目的,研究了从北向南依次分布的干润砂质新成土(神木)、黄土正常新成土(延安)和土垫旱耕人为土(杨凌)等典型土壤的SOC含量和储量及Mc含量的变化特征。结果表明,不同土壤类型、不同土层SOC和Mc含量存在显著差异。同一土壤类型SOC和Mc含量在0～60cm随土层深度增加下降很明显,60～120cm土层有轻微下降,120cm土层以下低而稳定,同层次土壤从南到北,SOC、Mc和SOC储量含量显著下降,均以土垫旱耕人为土最高,黄土正常新成土次之,干润砂质新成土最低,且差异显著(P<0.05);0～200cm土层SOC总储量也沿土垫旱耕人为土(102.23±30.12t/hm2)、黄土正常新成土(67.78±9.23t/hm2)、干润砂质新成土(27.07±4.59t/hm2)依次下降;土垫旱耕人为土、黄土正常新成土和干润砂质新成土在100～200cm土层SOC累积量分别是0～100cm土层的65%、74%和58%,因此在研究黄土高原SOC贮量时必需考虑深层贮量的贡献。Mc随土壤类型的变化趋势与SOC基本相同,与SOC间存在极显著正相关关系(P<0.01);土壤Mc/SOC比值范围为0.005～0.05,土地利用仅对干润砂质新成土和土垫旱耕人为土SOC含量和储量影响显著(P>0.05),但对3种土壤Mc和Mc/SOC比值均产生显著影响;与农田土壤相比,草地土壤Mc和Mc/SOC比值均明显增加,这一结果说明用Mc和Mc/SOC比值更能有效反映土壤质量的变化。

安塞小流域土壤养分分布特征研究

以黄土丘陵沟壑区安塞试区为例,通过野外调查和室内分析,对小流域土壤养分状况进行了研究。结果表明,该地区土壤肥力状况较差,主要养分含量表现为:干旱冲积新成土>黄土正常新成土>红色正常新成土,乔木林地>灌木林地>荒草地>农田,梁峁下部>梁峁顶部>梁峁上部;农田土壤养分在剖面上的分布上下均一,林草地则由上而下锐减,表聚性明显。山坡地退耕,植树种草,防止水土流失,保护生态环境;增加肥料施用量,注重平衡施肥是培肥改良土壤的基本措施。

黄土丘陵区油松人工林和白桦天然林细根垂直分布及其与土壤养分的关系

在黄土高原子午岭林区,对油松人工林、白桦天然林细根生物量、比根长、根长密度和细根表面积的垂直分布特征,以及这些根系指标与土壤水分、土壤容重、氮素和有机质的关系进行了研究。结果表明,油松人工林细根生物量随土壤深度增加呈单峰曲线,白桦林细根生物量随土壤深度增加呈减少趋势;油松林大部分根系生物量集中分布在0—40 cm土层中,其中0—20 cm土层占37%以上,20—40 cm集中了41%以上;表层土壤(0—20 cm)具有较高的比根长、根长密度和细根表面积,而底层(40—60 cm)的比根长、根长密度和细根表面积最低。油松林土壤全氮和有机质含量垂直变化趋势相似,随土壤深度的增加而降低;硝态氮(NO3--N)均随土壤深度的增加呈单峰曲线变化趋势,而铵态氮(NH4+-N)随土壤深度增加呈先降低后增加的抛物线趋势。白桦林75%的细根生物量集中在0—20 cm土层,比根长、根长密度和细根表面积的垂直分布规律与油松林相似,表层土壤白桦林细根表面积是油松人工林的3.91倍,而20—40 cm土层白桦林细根表面积比油松人工林降低了33%。白桦林土壤全氮、有机质含量、NO3--N和NH4+-N垂直变化趋势与油松林相似。土壤水分、容重、全氮和有机质对油松和白桦细根分布的影响明显大于NH4+-N和NO3--N。白桦林表层土壤有机质含量与细根生物量的相关性达到显著水平(r=0.99,P<0.05),白桦林表层土壤有机质含量与比根长和根长密度的相关性(分别为r=0.91,r=0.8)低于油松林(分别为r=0.95,r=0.94)。油松和白桦林0—40 cm土层细根表面积与土壤全氮相关性随土壤深度增加而下降,比根长和根长密度与土壤全氮相关性随土壤深度增加而增大。油松和白桦林20—60 cm土层细根生物量、细根表面积和根长密度随有机质含量的减少而增加,而比根长呈相反的变化规律。

黄土高原苹果园地深层土壤氮素含量与分布特征

在黄土高原的凤翔、白水、长武、西峰、延安和静宁等6个苹果产区,测定了6～28龄苹果园地0—300 cm土层土壤的全氮、铵态氮和硝态氮含量,分析和比较了不同地区和不同树龄果园土壤全氮、铵态氮和硝态氮含量及其剖面分布特征。结果表明:1)不同地区和不同树龄果园土壤全氮含量为0.19 g/kg(延安)～1.28 g/kg(白水),土壤铵态氮含量为5.19 mg/kg(静宁)～39.46 mg/kg(长武),土壤硝态氮含量为3.97 mg/kg(延安)～352.86mg/kg(白水),除延安点土壤明显较低外其它试点果园土壤全氮含量差异不大,各类果园土壤硝态氮含量差异较大,而铵态氮含量差异较小;2)不同地区和不同树龄果园60 cm以上土层土壤全氮含量明显高于深层土壤,高龄果园土壤硝态氮含量明显高于低龄果园,并在100 cm以下土层出现不同程度的土壤硝态氮累积现象;3)延安果园土壤全氮、铵态氮和硝态氮含量均低于其它试点,需要增施氮肥以提高苹果产量,而凤翔、白水、长武、静宁和西峰苹果园深层土壤硝态氮积累量较高,应维持或适当减少氮肥施用量。

黄土旱塬区长期施肥对土壤剖面养分分布的影响

主要探讨了黄土塬区长期冬小麦连作施肥对土壤养分剖面分布的影响。结果表明,有机质、全氮和有效氮在土壤剖面中大致呈"S"型分布,而全磷在整个剖面呈抛物线型分布。不同处理耕层土壤养分差异较明显,耕层以下土壤养分变化与耕层基本趋势相一致。长期施肥对土壤60cm以上土层土壤养分影响较大,而对100cm以下土层土壤养分影响较小。单施化肥对土壤肥力影响不明显,有机肥与化肥配施对提高土壤肥力有较好的作用。

灌溉条件下长期定位施肥对塿土剖面养分分布特征的影响

对塿土12年连续施肥后土壤剖面养分分布的研究发现，施肥使有机质、全P在耕层(0～20cm)与CK比较有不同程度的增加；施肥可以显著影响0-200cm土壤剖面有机质的含量；PK处理土壤剖面存在P素适度下移，120-220cm全磷含量呈现峰值；施肥对塿土耕层及0-300cm剖面全K含量几乎无影响；缕土粘化层可以减缓养分的下移；氮磷钾化肥与有机肥配合施用，使土壤NO3^--N与CK比较有适度增加．对培育土壤肥力有利。

黄土旱塬区长期施氮对土壤剖面养分分布的影响

对黄土塬区冬小麦连作条件下施用氮肥对土壤养分在剖面分布的影响进行了研究。试验结果表明,有机质、全氮和有效氮在土壤剖面大致呈"S"型分布,全磷在整个剖面呈抛物线型分布。不同处理耕层土壤养分差异较明显,耕层以下土壤养分变化趋势与耕层基本相一致。长期施用氮肥对土壤60cm以上土层土壤养分影响较大,而对100cm以下土层土壤养分影响较小。单施化学氮肥对土壤肥力影响不明显,而有机肥与化学氮肥配合施用对提高土壤肥力有较好的作用。

黄土塬区三种豆科牧草的土壤养分剖面分布特征与平衡

为了解豆科牧草短期种植对土壤养分环境影响的进程和规律,通过田间试验对沙打旺、苜蓿和胡枝子等3种豆科牧草以不同密度单播、混播对土壤有机质、全氮、全磷剖面分布和平衡输出的影响进行了定性和定量分析。所有处理土壤全氮和有机质含量在土壤剖面2m深度范围内均呈典型的"S"形分布,全磷呈抛物线形分布。单播牧草固氮能力与播种密度呈正相关;苜蓿固氮能力最强,高密度下表观生物固氮量达507.5kg·hm-2。沙打旺生长1年可使土壤有机质平均净增3.51%。沙打旺和苜蓿全磷平均输出比率分别为43.14%和40.24%,显著高于胡枝子(23.74%);胡枝子与沙打旺、苜蓿的两两混播处理和3种牧草混播处理平均全磷输出比率分别为20.73%、26.33%、25.83%。试验结果表明,3种豆科牧草均可显著提高土壤有机质累积,沙打旺和苜蓿对土壤全氮和全磷的消耗显著大于胡枝子,但前两者的固氮能力也强于后者。以适当密度进行的不同牧草混播处理由于种间良性竞争和共生协调作用可优化混播群体对土壤养分的消耗利用。

黄土丘陵沟壑区自然恢复坡面植物根系的分布特征

采用土钻法研究了黄土丘陵沟壑区自然恢复坡面土壤根系的分布特征及土壤养分含量与土壤水分含量对根系分布的影响。结果表明:根系的分布因坡向、侵蚀带、土层深度、植被类型等的不同而异。阳坡根系总生物量高于半阴坡,但差异不显著;沟谷地根系总生物量及≤1mm根系生物量与沟间地各侵蚀带存在显著性差异;随着土层深度的增加,根系生物量减小;不同植被类型及其盖度对根系生物量有很大影响。不同坡向、各侵蚀带、不同土层中各径级根系生物量的总体趋势是≤1mm根系生物量最大,1～2mm次之,2～3mm和>3mm根系生物量较小,且≤1mm根系生物量与2～3mm和>3mm根系生物量间存在显著差异。根系生物量与土壤养分(除全磷)总体为中度正相关,与土壤水分分布不一致。因此,根系分布不仅与植物自身特性有关,还受土壤环境的影响。

辽宁省农田土壤速效养分的空间分布

为了解辽宁省不同土层速效养分的空间分布特征,辽宁省气象局在59个农业气象站对148个采样点进行0~20 cm和20~40 cm两层土壤取样,利用GPS对采样点进行定位,对各采样点土壤速效养分状况与分布进行了研究。结果表明,土壤剖面分布中,土壤表层（0~20 cm）速效养分含量均高于下层（20~40 cm）。普通克里格插值法分析表明,碱解氮从东至西呈明显的递减趋势,铵态氮和硝态氮无明显的空间趋势分布规律;速效磷为东部较高;速效钾在盘锦含量最高,在辽宁东部较低。农田土壤速效养分的空间分布特征为农田管理提供了理论依据。

长期定位施肥对黑垆土剖面养分分布特征的影响

对黄土高原旱地 1 5年连续施肥后土壤剖面养分分布的研究发现 ,施化肥对土壤剖面有机质、全N、全P含量的影响深达 1 0 0cm以下 ,所有施肥处理有机质、全N、全P、NO3- N、有效P含量在耕层 (0～ 2 0cm)都有不同程度增加 ;40～ 60、60～ 80cm土层有机质、全N、全P都低于长年不施肥处理 ,造成土壤下层养分的亏缺。长期大量施用氮肥造成N素养分下淋累积 ;长期大量施用磷肥土壤耕层有效P显著提高 ,而 2 0cm以下土层变化不大。

晋西黄土区林草复合系统土壤养分分布特征及边界效应

以晋西黄土区典型刺槐×天然草复合系统为研究对象,分析复合系统土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾含量的分布特征及边界效应,旨在为该地区植被恢复、土地合理利用和林草复合系统的可持续经营提供一定的科学依据。结果表明:1)复合系统内土壤养分分布不平衡,不同斑块类型土壤养分含量存在差异,在0～20cm土层体现得尤为明显;2)土壤养分含量在复合系统土壤剖面中有明显的层次性,0～20cm土层的养分含量高于20～40cm土层的;水平方向上,在草地内土壤养分含量变化相对平稳,随着距林缘距离的增加而增加;而在林地内水平变化较为复杂,变化曲线呈波浪型;3)移动窗口法表明,复合边界土壤养分具有较明显的边界效应,综合考虑所测定的4种土壤养分指标,确定边界土壤养分的共有影响域是从草地4m到林地3m,影响域宽度为7m。

主要农用黄绵土典型剖面养分分布特征及历史演变

利用历史资料及典型剖面土样,采用原位采样及相同测定方法研究不同时期黄绵土剖面的养分分布特征及演变趋势。结果表明:近30年来黄绵土中有机质、氮素、磷素含量水平有不同程度提高,耕层变化量最大,耕层有机质、全氮、碱解氮、全磷和速效磷的增加量分别为2.18,0.12,3.53,0.32,5.18 mg/kg。剖面中钾素含量呈减少趋势,耕层变化量最小。黄绵土耕层各养分含量的表聚系数均增大,该区土壤肥力向有利于作物吸收的方向演变。

长期施用含硫化肥对稻田土壤养分含量及剖面分布的影响

在红壤水稻田每年施用等量氮、磷、钾养分条件下,设每年施硫量分别为0、112、604 kg/hm23个处理,进行了长期(33年)施硫与不施硫土壤碳、氮、磷、钾、硫等养分含量变化及其在土壤剖面的分布特征和含硫化肥长期施用的生态环境效应的定位试验。结果表明,长期施硫土壤有效硫含量显著升高,并在土壤剖面(0—100 cm)上累积;高硫(HS)、低硫(LS)处理有效硫含量比无硫(NS)处理平均增加85.6%和12.8%;施硫处理土壤耕层有机质、全氮、全磷含量升高,其中高硫处理土壤有机质、全氮和全磷含量分别比试验开始时增加17.7%、25.6%和250.0%。长期施硫的土壤有机质增加速率显著高于不施硫处理,高硫处理其含量比无硫处理增加了11.5%,说明施用硫肥有利于提高耕层土壤有机质,促进土壤养分累积。在南方红壤硫素养分缺乏的地区,施用硫肥有显著的培肥效应,生产中应重视硫肥的施用。