四子王旗荒漠草原区土壤质量评价及其影响因素研究

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内蒙古所属草原地区是我国重要的畜牧业生产养殖基地和天然牧场,四子王旗荒漠草原区是我国两屏三带生态建设关键区域,该区处在干旱与半干旱气候区,生态环境脆弱,目前退化草地生态恢复引起众多学者和历届当地政府的关注,精准的荒漠草原土壤质量评价对草原的生态环境改善和建设具有重要意义。本文研究区选在四子王旗荒漠草原区,经过系统网格抽样法选取38个采样点,对研究区内荒漠草原土壤的物理指标、化学指标、生物学指标进行测定,研究分析其在空间上的分布特征;借助主成分分析、最小数据集和土壤质量综合评价方法建立荒漠草原土壤质量评价数据集,并建立评价指标体系,评价荒漠草原区的土壤质量;从自然和人文两方面分析影响土壤质量的因素,旨在为当地建立土壤质量评价指标体系提供数据参考,为草原生态建设和草地管理提供理论依据。主要研究结论如下:(1)研究区土壤主要化学指标空间变异程度较大,随着土层的加深,有机质含量、全氮含量、速效氮含量、速效磷含量、速效钾含量逐渐减小,存在表面集聚现象。根据全国土壤养分分级标准,有机质含量处于3级水平、全氮含量处于4级水平、速效氮含量处于4级水平、速效钾含量处于5级水平、速效磷含量处于4级水平,整体处于较缺和缺少状态。随着土层的加深,土壤p H值逐渐增大,整体呈碱性;物理指标空间变异程度较大,土壤机械组成主要以砂粒(55.22%-68.13%)为主,其次为粉砂粒(30.49%-41.43%),黏粒(1.11%-2.89%)占比最少。随着土层深度的加深,土壤黏粒、粉砂粒含量逐渐增大,砂粒含量逐渐减少。研究区主要受风力侵蚀和水力侵蚀两方面的影响,风力侵蚀占大部分,水力侵蚀占小部分,风力侵蚀中等强度地区样点数最多,风力侵蚀程度处于较高程度。土壤容重和土壤含水量在空间上呈条带状分布,在研究区的北部土壤容重出现最大值,研究区的南部土壤容重最小。研究区南部土壤含水量最大,研究区北部土壤含水量最小,都呈现空间上的过渡趋势,但变化态势相反;荒漠草原区主要生物学指标均呈现空间上的过渡态势,呈条带状分布,东南方向生物量较高,西北方向生物量较小,并沿西北方向向东南方向生物量逐渐增大。(2)选取的14种土壤质量评价指标作为总数据集的评价因子,运用主成分分析方法和对Norm值进行计算,最终确定最小数据集评价指标为有机质、砂粒、土壤侵蚀程度和p H值;土壤质量指数(Soil quality index,SQI)计算结果为0.21,依据国家土壤质量分级,研究区荒漠草原土壤质量等级属于较低等水平。(3)坡向与速效磷含量和速效氮含量具有显著相关性,在西南方向上,速效氮和速效钾含量达到最大值;土壤容重随着坡度的增大而减小,土壤含水量与之相反,随着坡度的增强逐渐增大;随着高程的升高,土壤有机质含量、全氮含量、速效氮含量、速效磷含量、地上生物量、含水量和微生物多样性随之增大,随着高程的升高p H值、土壤容重和土壤侵蚀强度逐渐降低;气候条件影响土壤质量,随着气温的升高,有机质含量、全氮含量、速效氮含量、速效钾含量、速效磷含量、地上生物量、含水量和微生物多样性逐渐降低,土壤侵蚀强度和土壤容重也随之升高;降水量与有机质含量、速效磷含量、速效氮含量、地上生物量、全氮、含水量和微生物多样性随之升高,与p H值、土壤侵蚀强度和土壤容重等指标成反比例关系;不同土壤类型对于土壤质量元素之间有着不同的影响,土壤类型与土壤有机质含量、速效氮含量、土壤容重有着显著性差异(p<0.05),与地上生物量、土壤含水量和微生物多样性有着极显著差异性(p<0.01);土地利用类型对与荒漠草原土壤质量影响较小,在不同土地利用方式下,土壤容重存在显著性差异;单位面积内人口数量(POP)对与土壤有机质含量、土壤全氮含量、土壤速效氮含量、土壤速效磷含量、地上生物量、土壤容重、土壤含水量和微生物多样性有着很强的相关性,POP除了与土壤容重呈现显著负相关关系外,和其他相关性指标都呈现正相关关系。GDP水平与土壤有机质含量、土壤速效磷含量、土壤速效氮含量、地上生物量、土壤全氮含量、土壤容重、土壤含水量和微生物多样性有着很强的相关性,除了与土壤容重呈现显著负相关关系外,和其他相关性指标都呈现正相关关系。
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