黄土高原丘陵区花椒园地土壤养分时空变异及影响因素研究——以韩城市为例

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土壤养分是土地生产力的基础,是农作物生长的必要条件,但目前关于土壤养分空间变异特征的研究主要集中于粮食作物或果树等大宗农作物,且多基于单一的地形条件,对于分散性、小面积、缺乏集约性的花椒园地土壤性质时空变异的研究很少涉及,探讨这种特征的时空变异对于解决分散分布下农作物的土壤养分变化具有一定的参考价值。本研究以位于黄土高原丘陵区的韩城市作为研究区域,以陕西特色经济作物花椒及其种植园地为研究对象,分析了近十年来其土壤养分的时空变异规律,及其与当地自然影响因子和农村经济发展水平之间的效应关系,旨在探明黄土高原丘陵区这一生态脆弱地区长期采用经济作物种植模式下的土壤养分时空变异特征,为遏制研究区花椒园地的土地质量退化、帮助花椒种植户对土地的针对性施肥以及为区域管理者制定区域发展规划和土地质量安全政策提供参考依据。研究结果为:(1)从土壤养分含量的空间变化趋势上看,研究区在2011~2015年期间,土壤有机质含量在南部及东部降低幅度在0~10 g/Kg之间,北部提高幅度在0~10 g/Kg之间;土壤碱解氮除了芝川镇、金城街道及西庄镇东部含量减少外,其余区域增加幅度在0~30mg/Kg之间;土壤速效磷在西南区域及东北区域含量下降幅度在0~15 mg/Kg之间,其余区域含量上升幅度在0~100 mg/Kg之间;土壤速效钾在南部及中部土壤速效钾增加幅度在0~200 mg/Kg之间,其余区域含量下降,降幅在50~150 mg/Kg之间。在2015~2020年期间,研究区土壤有机质在东部降幅在0~13 g/Kg之间;土壤碱解氮在南部下降幅度在40~70 mg/Kg之间;土壤速效磷在西部、北部及东南区域土降幅在0~15 mg/Kg之间,其余区域含量上升幅度在0~30 mg/Kg之间;土壤速效钾除了北部及西南区域含量减少,其余区域含量增加幅度在0~400 mg/Kg之间。(2)从土壤养分含量变化的地块面积来看,研究区在2011~2015年期间,其土壤有机质含量增加的地块面积为182.76 km~2,含量减少的面积为158.19 km~2;其土壤碱解氮含量增加的地块面积为295.87 km~2,含量减少的面积为45.08 km~2;其土壤速效磷含量增加的地块面积为199.19 km~2,含量减少的面积为141.74 km~2;其土壤速效钾含量增加的地块面积为329.11 km~2,含量减少的面积为11.94 km~2。在2015~2020年期间,研究区土壤有机质含量增加的地块面积为148.78 km~2,含量减少的面积为192.16 km~2;其土壤碱解氮含量增加的地块面积为0.23 km~2,含量减少的面积为340.7 km~2;其土壤速效磷含量增加的地块面积为296.17 km~2,含量减少的面积为71.77 km~2;其土壤速效钾含量增加的地块面积为232.75 km~2,含量减少的面积为108.23km~2。由此可以看出在2011~2020年10年间研究区土壤速效磷及速效钾含量增长的地块面积始终大于地块减少的面积,而土壤有机质、碱解氮含量增长的地块面积在前5年大于地块减少的面积,在后5年小于地块减少的面积。(3)研究区土壤养分含量的变化受到自然因素的影响,其年平均气温与土壤有机质含量之间存在着明显的正相关性,而与土壤碱解氮、速效磷、速效钾的相关性不显著;其年降水量与碱解氮的含量变化呈负相关,与土壤有机质、速效磷、速效钾的含量之间的相关性不显著;研究区海拔、坡度及土壤p H值对土壤养分含量的影响显著,与土壤养分含量的变化呈显著负相关。为探讨自然影响因子对土壤养分变化的内在影响机制,本研究以各个土壤养分含量作为被解释变量,以各个自然影响因子作为解释变量构建多元线性回归模型,研究表明,研究区自然影响因子与其土壤有机质、速效磷、速效钾含量之间的方程效应关系不显著,而与土壤碱解氮之间具有显著的方程负向效应关系。(4)本研究通过构建时间序列向量自回归模型,探讨了研究区土壤养分与其农村经济发展水平之间的效应关系,在对数据进行一阶差分后,消除了时间序列不平稳的现象,并通过协整检验的出了其土壤有机质含量与农村经济发展水平间的定量关系,根据AIC准则及HQIC准则确定模型中土壤有机质的最佳滞后阶数为3,土壤碱解氮及速效磷的最佳滞后阶数为4,最后通过格兰杰检验及脉冲响应分析探明了其内在机制。研究表明,研究区的农村经济发展水平在5年的时间尺度下对其土壤有机质含量的影响显著,而对其它土壤养分含量的影响不显著。研究结论为:研究区花椒园地近年来的有机质含量在东部呈上升趋势,西部呈下降趋势。碱解氮含量呈下降趋势,其中南部下降范围大于北部的下降范围。速效磷含量在芝川镇和板桥镇呈下降趋势,在其余乡镇呈上升趋势。速效钾含量在桑树坪镇北部呈下降趋势,其余乡镇呈上升趋势;研究区花椒园地的土壤碱解氮含量与区域的年平均降水量间具有显著的负向效应关系,土壤有机质、速效磷、速效钾含量与区域的自然影响因子效应关系不显著;其土壤有机质含量与其农村经济发展水平间存在负向效应关系,并且在3年的时间间隔及5年的时间尺度下这种效应关系最显著。
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