祊河流域不同土地利用方式下土壤团聚体稳定性和养分分布特征

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随着农业经济的快速发展,人类活动对土壤环境的干扰程度日益加深,使得土壤侵蚀加剧,土壤环境失衡,最终导致农作物产量下降,人地矛盾锐化。土壤团聚体稳定性和养分含量是土壤质量的重要评价指标,研究不同土地利用方式下土壤团聚体稳定性和养分的分布特征,有利于区域土地利用方式的优化和土壤环境的改善,对于区域粮食安全和农民增收有重要的意义。祊河流域作为鲁中南山地丘陵区的重要组成部分,流域地形起伏大,土层疏松浅薄且多夹砾石,加之人口密集,暴雨频发,导致水土流失严重,土壤退化。鉴于此,本研究以祊河流域为研究对象,运用经典统计和地统计学等方法分析了不同土层深度土壤团聚体稳定性和养分的分布特征,探讨土地利用方式对土壤团聚体稳定性和养分分布的影响,揭示了土壤团聚体稳定性指标和各养分因子的耦合关系,进而借助典范对应分析(CCA)、Duncan多重比较等方法进一步讨论气候、成土母质、土壤类型和降水对土壤团聚体稳定性和养分分布的影响效应。研究得到如下结论:(1)研究区土壤团聚体稳定性和养分含量均随土层深度的增加而减小,各养分指标具有显著的空间异质性。具体表现为:0~40cm土层深度下,随土层深度的增加,水稳性大团聚体含量(R0.25)、平均质量直径(GMD)和几何平均直径(MWD)逐渐减小,分形维数(D)逐渐增大,各养分指标逐渐减小。全氮(TN)含量呈现东高西低的分布特点,全磷(TP)和全钾(TK)含量大致呈东西高中部低的分布特点,碱解氮(AN)分布规律与TN分布大致相同,速效磷(AP)含量在流域东部分布有一个带状高值区,速效钾(AK)呈北高南低的分布特点,有机质(OM)含量总体分布较为平均,IFI值呈现西部高东部低的分布特点。(2)不同土地利用方式下土壤团聚体稳定性具有一定的差异性。0~10、10~20cm土层深度下R0.25、MWD、GMD从大到小依均次为林地、草地、园地、耕地,D从大到小依次为耕地、园地、草地、林地;20~30cm土层深度下R0.25从大到小依次为林地、耕地、园地,MWD、GMD从大到小依次为林地、园地、耕地,D从大到小依次为园地、耕地、林地;30~40cm土层深度下R0.25、D:耕地>园地,MWD、GMD:园地>耕地。总的来看,研究区林地土壤团聚体稳定性最强,其次是草地,耕地稳定性最差,随土层深度的增加各土地利用类型间土壤团聚体稳定性的差异逐渐减小。(3)研究区土地利用方式对土壤养分分布具有一定的影响,且对不同养分指标具有不同的影响效应。0~10cm土层土壤TN含量从大到小依次为林地、草地、耕地、园地,TP含量为草地、园地、耕地、林地,TK为草地、园地、林地、耕地,AN和OM含量大小关系同TN含量相同,AP为耕地、园地、林地、草地,AK为林地、耕地、园地、草地;10~20cm土层TP含量为园地、耕地、草地、林地,TK为草地、林地、园地、耕地,TN、AN、AP、AK和OM含量大小关系均同0~10cm相同;20~30cm土层TP、AP为园地、耕地、林地,TK为耕地、园地、林地,AN为林地、园地、耕地,AK、TN和OM均为林地、耕地、园地;30~40cm土层除AK外,其余各养分指标含量均为园地>耕地。(4)祊河流域土壤团聚体稳定性和养分分布具有显著的内在联系。R0.25、MWD、GMD、D均与TN、AN和OM呈显著正相关,与AP呈显著负相关;D则与AP呈显著正相关,与TN、AN、OM呈显著负相关。表明祊河流域土壤TN、AN和OM含量越高,AP含量越低,团聚体稳定性越高。一级养分水平下土壤团聚体稳定性最高,二级养分水平稳定性最低,表明在一定范围内养分水平的提高有利于提高团聚体稳定性。(5)除土地利用方式外,气候、母质、土壤类型和地形也对研究区土壤团聚体稳定性和养分分布有一定的影响,土壤类型和地形为主要影响因子。褐土和棕壤团聚体稳定性高于粗骨土,养分含量褐土最高,其次是棕壤,粗骨土最低。土壤团聚体稳定性随高程的增加表现为先减小再增加又减小后增加,随坡度的增加表现为先增加后减小,阳坡团聚体稳定性大于阴坡。表层土壤TN、TK和OM含量主要受水平曲率的正向影响,TP、AN分别受坡度变率和垂直曲率影响显著,AP受地形湿度指数、相对高程和河流动能指数影响,深层土AN和TP均受地面粗糙度、地形起伏度、坡度、坡度变率影响显著。
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