南方典型红壤侵蚀区土壤养分时空变异特征研究

来源 :福建师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lwsun_2008
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水土流失导致的土地退化是南方红壤区生态系统退化、土壤贫瘠化的主要原因之一,经过长期治理,水土流失得到有效遏制,植被初步恢复,但对红壤侵蚀区生态恢复中土壤养分演变情况的全面系统认识尚显不足。因此,采用科学的方法评价土壤养分状况,探索土壤养分时空演变特征及影响因子,揭示限制性因素及存在问题,是加快南方红壤侵蚀区植被恢复和土壤肥力提升的关键所在。本研究以典型红壤水土流失区长汀县2008年全面系统抽样调查土壤数据为基础,采用经典统计学、地统计学与GIS技术相结合的方法,着重研究土壤养分状况与空间分布特征;整理集成1980年长汀县土壤养分数据,对照两时期数据,探讨土壤养分时空变化规律及影响因素;2019年对侵蚀严重的河田地区进行加密采样,与1980年和2008年土壤养分数据进行对比,分析其长序列时空变化规律。通过对土壤养分空间维度与时间维度叠加研究,探讨南方红壤侵蚀区生态恢复过程中土壤养分时空变异规律,以期为长汀及南方红壤区生态恢复与生态文明建设提供科学依据。主要结论如下:(1)2008年全面采样数据分析结果显示,长汀县土壤养分总体水平中下。土壤有机碳、速效磷含量中等,全氮、全磷、全钾、速效氮、速效钾含量低,土壤p H呈酸性。土壤有机碳含量为0.07-56.86 g/kg,平均值15.85 g/kg,位于第二次全国土壤普查养分分级标准(6级)的第3级;全氮含量为0.03-3.50 g/kg,全磷含量为0.02-1.59 g/kg,全钾含量为1.77-62.51 g/kg,平均值分别为0.98 g/kg,0.35 g/kg和14.45 g/kg,分别属分级标准中的第4、6、4级;p H值为3.84-7.66,粘粒含量为5-56%;速效养分含量变幅较大,碱解氮含量为5.88-243.67 mg/kg,速效磷为0.10-199.60mg/kg,速效钾为5.80-554.79 mg/kg,平均值分别为81.53 mg/kg,16.17 mg/kg,84.72mg/kg,处于第4、3、4级。(2)利用地统计变异函数分析全县土壤养分空间结构特征。土壤全钾、速效磷、速效钾、p H值和粘粒具有强烈的空间相关性,有机碳、全氮、全磷及碱解氮属于中等强度的空间相关性。土壤养分的空间自相关距离差异显著,变程在0.54-45.99 km之间,以土壤碱解氮、全磷的相关性距离较大。(3)基于普通克里格插值法进行土壤养分空间估测,并根据土壤养分分级标准绘制数字土壤图,得到直观明了的养分空间格局分级特征。研究区各土壤养分指标含量大多处于中、低水平。高值主要分布在西部植被良好、土壤侵蚀较弱的古城镇、大同镇和铁长乡等山地丘陵地区,低值区多位于新桥镇、河田镇、三洲镇和涂坊镇等中部水土流失严重区域。土壤有机碳以6-23 g/kg(2-4级)为主,全氮含量以速效钾>有机碳;土壤碱解氮和p H值则有不同程度下降,土壤有进一步酸化趋势。土壤养分的乡镇间区域差异性增强,空间分布格局由均质化向差异化、破碎化发展,空间分布态势更加复杂。土壤养分的初始值显著影响着其空间格局演变,并且表现出好之愈好,差之愈差的趋势,养分水平由中部等级为主向两端分散,县域北部庵杰镇、涂坊镇等地养分指标增速较快,而中部河田镇和三洲镇等地提高较慢,使地域差异更加显著。整体来看,县域西北部土壤养分增速高于中部地区,中部地区养分等级提高较慢且部分区域有下降趋势,说明红壤侵蚀退化地的修复过程中,不同土壤养分的恢复程度是有差异的。(6)对1980年-2008年近30年来长汀县土壤养分时空变化的影响因素进行研究发现,土壤侵蚀程度变化是一个重要因子,施肥管理、种植模式等土地利用方式的转变及经济社会发展也有一定影响。土壤养分空间分布与土壤侵蚀强度相对应,侵蚀强烈的区域正是全县养分含量较匮乏的区域。土壤养分与年降雨侵蚀力呈极显著负相关,随降雨侵蚀力增大而减少。土地利用方式转变对土壤养分时空变异影响复杂,主要表现为各土壤养分含量均以转为裸地的增幅最小、降幅最大,土壤碳、氮、钾含量以转为林地的增幅较大或降幅较小,土壤磷含量则以转为耕地、草地的增幅较大,土壤p H以转向林地和裸地的降幅较大。(7)利用严重侵蚀退化地河田地区1980年、2008年及2019年3个时间序列近40年的土壤养分数据,经统计特征与空间等级变化叠加分析,探析严重侵蚀红壤区土壤养分长序列时空变化规律。结果表明,土壤养分平均值总体以提高为主,但是波动变化,土壤有机碳和碱解氮含量略降低后回升,速效钾持续升高,速效磷升高后又略有下降,p H值则持续降低。3个时期土壤养分的空间分布格局差异较大,河田地区土壤养分含量初始值较低,在空间上呈现由均匀化向复杂化演变。1980年-2008年间土壤养分改善较慢;2008年-2019年间,土壤养分在空间等级上保持稳定并有一定提升,增速由大到小依次为:有机碳>碱解氮>速效磷>速效钾>p H值,其中以土壤有机碳的增速较快,速效养分含量和等级增幅较小。(8)研究区土壤养分总体水平较低,在时间和空间变化上均呈现出波动性,土壤酸化问题突出。综合长汀县两期和河田地区3期土壤养分变化情况,侵蚀退化地生态恢复过程中,土壤养分的时空变化是波动提升的,需警惕“二次退化”的风险。土壤p H值在近40年中呈持续下降趋势,说明在以马尾松为优势树种的林地恢复过程中,需持续关注林下土壤酸度的变化。在今后的生态治理过程中,可以通过草灌种植和施用有机菌肥以促进土壤改良,进行树种优化和林分结构调整以提高森林质量和提升森林生态系统稳定性,才能维持侵蚀退化地生态系统的有效恢复和可持续发展。本研究有助于系统全面的认识地区土壤资源,是促进土壤质量改良的实践基础,是完成南方红壤区植被恢复与生态重建的关键所在,是山水林田湖草沙系统治理的重要环节,对构建和谐生态环境具有重要意义。
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