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黄土丘陵沟壑区作为我国乃至全球水土流失最为严重的地区之一,其特殊的侵蚀环境造就了严重退化的侵蚀土壤,对侵蚀土壤的恢复、保育和定向培育成为该区生态环境建设的重要内容。本研究是以陕西省安塞县域流域为研究区域,分析黄土丘陵沟壑区土壤机械组成的空间变异及影响因子,探讨不同尺度间土壤机械组成的尺度分异规律,并运用地统计学来拟合土壤机械组成的空间变异模型并进行半方差分析,以便更好地为黄土丘陵沟壑区生态恢复、水土保持以及农业发展的有效实施和评价提供科学依据。
(1)安塞县级流域土壤机械组成的空间变异:
安塞县级流域的表层土壤为粉砂壤土,粉粒占绝对优势;其它两种粒级的含量较少。在空间变异方面,安塞县级的流域中,粉粒和粘粒的空间变异程度较小,而砂粒的空间变异程度较大。
环境因子中对土壤机械组成的影响较大的为海拔,随着海拔的增高,砂粒的含量增加,而粉粒和粘粒的含量减少。土壤机械组成受土地利用类型的影响非常显著,并且在不同土地利用类型存在显著差异,尤其以粉粒在不同土地利用类型之间差异更为显著。
在一级支流中,三条支流土壤机械组成在空间分布上,砂粒的含量由北向南依次减少,空间变异以杏子河流域为最高;粉粒和粘粒含量从北向南依次增加,粉粒和粘粒的空间变异分别以延河流域和杏子河流域为最高。
三条支流中,西川河支流随着海拔的升高,砂粒含量逐渐减少,而粉粒含量逐渐增加;坡位与砂粒含量呈负相关而与粘粒含量呈正相关;植被覆盖度与砂粒和粘粒呈正相关而与粉粒呈负相关关系。杏子河支流中,随着海拔的升高,土壤侵蚀更加严重一些,因此其粉粒和粘粒含量会逐渐减少,而砂粒含量会逐渐增高。植被覆盖度与砂粒显著负相关,与粉粒显著正相关。植被覆盖度高的地区,水土保持效果好,因此其粉粒含量就相对要高,而砂粒含量就要低一些。延河支流土壤机械组成与环境因子相关性与杏子河支流基本一致。
三条支流在不同土地利用类型之间土壤机械组成差异显著。西川河土壤机械组成受土地利用类型影响不明显,杏子河砂粒和粉粒受土地利用类型影响显著,而粘粒则不明显,延河土壤各粒级受土地利用类型的影响则非常显著。
在二级支流之间,砂粒与粉粒变化程度较大,并且呈负相关变化趋势;而粘粒则比较稳定,没有显著变化。
(2)县级流域土壤机械组成的尺度变异
土壤机械组成尺度变异在县级流域均大于其他各支流尺度。砂粒、粉粒和粘粒在不同尺度上均以县级流域的尺度变异最大,大小顺序依次是县级流域>一级支流>二级支流>网格点切沟。
在整个空间尺度上海拔对土壤机械组成的影响都比较显著,在一级支流中其影响最为显著,县级流域居中,而二级支流中影响最小。土地利用类型中,荒草地是最主要的土地利用类型,并且荒草地主要为退耕还草地;旱地、未成林和有林地居中,灌木地和疏林地次之,而果园最少,并且旱地梯田,果园等用地逐渐减少,而退耕还林还草用地逐渐增加。土地利用类型对土壤机械组成的影响在大流域尺度上比小流域尺度上显著,二级支流显著性要远远小于一级支流,一级支流小于县级流域。
(3)县级流域土壤粒级的空间变异模型:
砂粒和粉粒的理论函数符合幂函数模型,变异函数曲线变化相对平稳,表明在整个尺度上对于各种生态过程同等重要。粘粒和海拔的理论函数符合线性模型,其中,粘粒在理论曲线上下波动剧烈,说明粘粒在空间尺度上受到生态过程重要程度不同。
土壤机械组成变异函数曲线特征都表明机械组成在空间范围内受到的随机性因素如施肥、耕作措施、种植制度等人为活动较多,并且在系统内的空间自相关性较强;通过环境因子的变异函数特征也再一次验证了影响土壤机械组成的主导因子为海拔。
在不同方向上,土壤机械组成在整个尺度内都具有不同程度的各向异性,其中砂粒和粉粒在小尺度内保持各向同性,而在大尺度范围内有着较大的各向异性;粘粒在整个尺度内南北方向的变异函数都比东西方向大。