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闽北邓恩桉人工林土壤肥力空间异质性研究

胡久文  
【摘要】:土壤的物理和化学特性在空间分布上存在着异质性。20世纪70年代以来,关于土壤肥力空间异质性的研究逐渐受到关注,以后这个概念逐步引入到土壤肥力领域中,并已经成为土壤学的一个研究热点。选取闽北建阳市邓恩桉人工林为研究对象,分析邓恩桉人工林的土壤肥力空间尺度变化规律,通过对比邓恩桉桉树人工林不同土层土壤肥力的空间分布规律,探讨邓恩桉人工林土壤肥力空间变异规律和含量变化,为科学有效营造邓恩桉人工林提供理论基础。 4种主要土壤养分指标中,有机质、有效N、有效P、有效K的变异系数均小于75%,空间变异均为中等变异。有机质在0-20cm、20-40cm、40-60cm采样土层中含量均值分别为29.969g/kg、26.54g/kg、25.35g/kg,呈现不断下降趋势;有效N的含量均值分别为0.7055g/kg、0.5717g/kg、0.562g/kg,呈现不断下降趋势。有效P的均值分别为0.021g/kg、0.0216g/kg、0.02g/kg,含量变化趋势不显著,与磷元素在土壤中的移动性小,在土层中下移的数量较少有关;有效K的含量均值分布为0.622g/kg、0.6654g/kg、0.6418g/kg,含量变化呈现先增后降趋势。 在选取的5种有效性金属离子中,0-20cm土壤的有效Ca~(2+)、20-40cm、40-60cm土壤有效Mn~(2+)、有效Cu~(2+)、有效Zn~2的变异系数均小于75%,空间变异均为中等变异,20-40cm、40-60cm土壤有效Ca~(2+)、有效Mg~(2+)和0-20cm土壤有效Zn2均大于100%,空间变异为强变异;有效Ca~(2+)的样本数据不完全符合正态分布,含量均值分别为0.114g/kg、0.1157g/kg、0.1234g/kg,呈现不断上升趋势,这与4种土壤养分指标不一致,说明有效性金属元素与成土母质有密切关系,不同层次上变异特征并不一致;土壤有效Mg~(2+)样本数据不完全符合正态分布,含量均值分别为0.074g/kg、0.068g/kg、0.0737g/kg,呈现不断先降后升趋势,变化趋势不显著;有效Mn~(2+)样本数据不符合正态分布,含量均值分别为11.32g/kg、13.22g/kg、15.24g/kg,呈现不断上升趋势,变化趋势不显著;有效Cu~(2+)含量均值分辨为0.26g/kg、0.257g/kg、0.256g/kg,呈现不断下降趋势,变化趋势不显著;有效Zn~(2+)含量均值为1.216g/kg、1.038g/kg、0.941g/kg,呈现不断下降趋势,变化趋势不显著。 半方差分析是地统计学的核心。0-20cm、20-40cm土壤有机质利用指数模型进行拟合效较好,40-60cm土壤有机质利用球状模型进行拟合效果较好;变程均超过30m的采样间距,说明30m的采样间距不能准确反映该区域有机质的空间变异规律;土壤有机质块基比均75%,说明空间相关性较弱,受到施用化肥、炼山、选用树种等人为随机性因素较强,削弱了成土母质、气候、降水等自然结构性因素,促使土壤肥力空间结构趋向于均一性,这也是众多受到人为因素强烈的区域的共同特点。0-20cm土壤有效N利用球状模型进行拟合效较好,20-40cm、40-60cm土壤有效N利用线性模型进行拟合效果较好,说明这两层土壤完全受到随机性因素的影响,原因还有待于进一步研究;0-20cm土壤有效N变程小于30m的采样间距,说明30m的采样间距能够准确反映有效N在这一层面的空间变异规律,20-40cm、40-60cm土壤有效N均超过30m的采样间距,说明30m的采样间距不能准确反映该区域有机质的空间变异规律;所测土壤有效N块基比均75%,说明空间相关性较弱,20-40cm、40-60cm土壤有效N完全受到随机性因素的影响。0-20cm、20-40cm土壤有效P利用指数模型进行拟合效较好,40-60cm土壤有效P面利用球状模型进行拟合效果较好;变程均小于30m的采样间距,说明30m的采样间距能够准确反映该区域有机质的空间变异规律;所测土壤有效P块基比均75%,说明空间相关性较弱,受随机性因素影响强烈。0-20cm土壤有效K利用高斯模型进行拟合效较好,20-40cm、40-60cm土壤有效K利用球状模型进行拟合效果较好;0-20cm、40-60cm土壤有效K变程均小于30m的采样间距,说明30m的采样间距能够准确反映该区域有机质的空间变异规律,20-40cm土壤有效k大于30m的采样间距;0-20cm、40-60cm土壤有效K的块基比均75%,说明空间相关性较弱,20-40cm土壤有效k块基比75%,但大于25%,具有中等空间相关性。 森林土壤主要营养元素的含量与林间凋落物、人工施肥、水土流失、营养元素在土层中的移动等有关系,但有效性金属元素离子主要受到成土母质、成土过程、元素的移动迁移等影响,二者的半方差函数分析结果差异较大。土壤有效性Ca~(2+)在0-20cm土层利用高斯模型进行拟合效较好,在20-40cm、40-60cm土层分别用球状模型、指数模型进行拟合效果较好;变程在0-20cm、20-40cm均超过30m的采样间距,说明30m的采样间距不能准确反映该区域有效性Ca~(2+)的空间变异规律,20-40cm土壤有效性Ca~(2+)的变程小于30m的采样间距;块基比0-20cm土层有效性Ca~(2+)块基比75%,说明空间相关性较弱,20-40cm有效性Ca~(2+)块基比为0,原因有待于进一步分析,40-60cm土层有效性Ca~(2+)块基比75%,说明为中等空间自相关性。有效性Ca~(2+)的含量在三层采样土壤中具有明显的空间异质性现象。0-20cm土壤有效性Mg~(2+)利用线性模型进行拟合效较好,说明受到随机性因素的影响强烈,20-40cm、40-60cm土壤有效性Mg~(2+)利用球状模型进行拟合效果较好;变程均小于30m的采样间距,说明30m的采样间距能够准确反映该区域有效性Mg~(2+)的空间变异规律;20-40cm、40-60cm土层有效性Mg~(2+)块基比均75%,说明空间相关性较弱,0-20cm块基比为0,说明0-20cm层的有效性Mg~(2+)完全受到随机性影响的影响。0-20cm、40-60cm有效性Mg~(2+)利用高斯模型进行拟合效较好,20-40cm有效性Mg~(2+)利用球状模型进行拟合效果较好;有效性Mg~(2+)变程均小于30m的采样间距,说明30m的采样间距能够准确反映该区域有效Mn~(2+)的空间变异规律;三个层面有效性Mg~(2+)块基比均75%,说明空间相关性较弱。0-20cm、20-40cm土壤有效Cu~(2+)利用指数模型进行拟合效较好,20-40cm土壤有效Cu~(2+)利用球状模型进行拟合效果较好;40-60cm土壤有效Cu~(2+)变程超过30m的采样间距,说明30m的采样间距不能准确反映该层面有效Cu~(2+)的空间变异规律,0-20cm、20-40cm土壤有效Cu~(2+)变程小于30m的采样间距;采样土层有效Cu~(2+)块基比均75%,说明空间相关性较弱。有效Zn~(2+)利用指数模型进行拟合效较好;20-40cm、40-60cm土壤有效Zn~(2+)变程均超过30m的采样间距,说明30m的采样间距不能准确反映该区域效Zn~(2+)的空间变异规律,0-20cm土壤有效Zn~(2+)变程小于30m的采样间距;采样土壤有效Zn~(2+)块基比均75%,说明空间相关性较弱。 30m的采样间距在部分元素的部分土层并不适用,不能准确反映该元素的空间变异规律,如0-20cm土壤有效N、有效P和有效Mg~(2+)的全部采样层,0-20cm、40-60cm土壤有效K,20-40cm、40-60cm土壤有效Mg~(2+),20-40cm土壤有效Ca~(2+)、有效Zn~(2+),20-40cm、40-60cm土壤有效Ca~(2+)。30m的采样间距不适用比例占55%,说明需要扩大采样间距。 在采样土壤0-20cm、20-40cm、40-60cm三层有机质中,含量大于32.7g/kg的区域集中于克里格图的西部和中部偏西的区域。这些区域的含量较高可能是因为这些区域坡度较小,部分为洼地,利用有机质的集聚;含量小于32.7g/kg的区域与其坡度较大,存在一定水土流失有关系。有效N在三层采样土壤中集中度不一致。0-20cm集中分布于西北部、西南部,20-40cm分布较为一致,无明显集中,40-60cm主要集中于中部区域,这一方面说明有效N有较强的空间异质性,但具体原因需要深入探讨。有效P含量大于0.02g/kg的区域在0-20cm集中于采样区的西北部,中部偏南区域,与20-40cm的分布情况相一致,说明磷元素在空间中的分布相对稳定,在土层中的游离性较弱。有效K含量大于0.77g/kg的区域0-20cm集中于采样区西部和东南部、在20-40cm集中于西南、中南、东南部,呈现三个点状集中区域、在40-60cm集中于西南、中部、东南部,三层具有一定的稳定性。 有效性金属元素与成土母质有着密切的关系。有效Ca~(2+)含量大于0.141g/kg的区域主要集中于0-20cm的中部偏南区域,20-40cm的西北部,呈现单一点状分布,整体含量较少,40-60cm的中偏南和东南区域,三层分布并不一致。有效Mg~(2+)含量较大的区域主要集中20-40cm、40-60cm土层的东南部,呈现单一点状分布,整体含量较少,0-20cm普遍较多,无明显集中分布,三层分布并不一致。有效Mn~(2+)含量大于20.072g/kg的区域主要集中于0-20cm、20-40cm40-60cm土层的西南部区域,三层分布比较一致。有效Cu~(2+)含量大于0.270g/kg的区域主要集中于0-20cm、20-40cm、40-60cm的中部区域,三层分布相对一致,0-20cm土层分布相对更为分散。有效Zn~(2+)含量较大区域主要集中于0-20cm土层的西部区域,20-40cm土层的西部和中部,40-60cm土层的西部和东南区域,三层分布比较一致。三层分布的一致性差异较大,可能跟具体元素的活性以及成土母质的分解过程等多种因素有关,具体问题还应具体分析。


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