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青海三江源地区退化草地土壤养分元素的时空分异特征

彭景涛  
【摘要】:青海三江源地区地处青藏高原腹地,是长江、黄河、澜沧江三大河流的发源地,素有“中华水塔”之称。青海三江源地区草地面积占整个三江源地区的65.37%。这里自然条件严酷,生态系统群落结构简单,系统内物质、能量流动缓慢,抗干扰和自我恢复能力低下,是全球生态环境最为敏感和脆弱的地区之一。草地生态系统是三江源地区的主体生态系统,对区域生态系统服务功能的保持具有决定性作用,而目前三江源地区草地生态系统最主要生态环境问题是草地退化。退化草地土壤中的养分元素都有不同程度的流失,研究草地退化以后土壤养分元素的差异对于源区生态恢复科学决策和国家的生态安全具有重大意义。 本研究所需的20世纪80年代的数据主要来自全国第二次土壤普查。另外在2009年8月和2010年9月对青海三江源地区进行野外考察和土壤样品采样。两次考察最终完成100个样点的采样,其中2009年有44个样点,2010年共56个样点的采样。对所有样点采用挖土壤剖面的方法按间隔10cm分层取土样直至剖面母质层。每一层取100~500g土壤样品,共采集479个土样。土样装入散装袋,同时用GPS记录样点的经纬度。土样有机质、全氮、全磷、全钾含量的测定在中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟国家重点实验室理化分析中心完成。在全国第二次土壤普查和对青海三江源地区两次进行野外考察和土壤样品实地采样的基础上,运用地统计学和GIS技术研究了青海三江源地区1980年~2010退化草地0~10cm、10~30cm、30~50cm有机质、全氮、全磷、全钾的时空分异特征。结果如下: 对土壤有机质的分析结果表明:进行特异值处理后,两期的土壤有机质的均值都表现出从表层到底层下降的趋势。从同一土层对比来看:2010年的土壤有机质的含量平均值及变异系数比1980年低。经对数转换后两期数据符合正态分布,经过半方差函数模型的拟合得出,两期同一层次上的块金效应2010年都比1980年小,表示三江源地区各分层上有机质的空间自相关性在加强,结构性因素对土壤有机质的空间分布起着越来越重要的作用。0~10cm的有机质含量的变程在变小,10~30cm和30~50cm有机质含量的变程在变大,说明表层有机质含量的分布比底层复杂。普通克里格插值结果表明,30年来三江源地区土壤有机质的含量变化存在地区差异,中部和东部以递减为主,表明土壤在退化;西部、南部和北部的部分地区以增加为主,表明土壤无明显退化。 对土壤全氮的分析结果表明,进行特异值处理后,两期的土壤全氮的均值都表现出从表层到底层下降的趋势。从同一土层对比来看:2010年的土壤全氮的含量平均值及变异系数比1980年低。经对数转换后两期数据符合正态分布,经过半方差函数模型的拟合得出,两期同一层次上的块金效应2010年都比1980年小,表示三江源地区各分层上全氮的空间分布的自相关性在加强,结构性因素对土壤全氮的空间分布起着越来越重要的作用。两期数据的同一层次0~10cm的全氮含量的变程在变小,10~30cm和30~50cm全氮含量的变程在变大,说明表层全氮含量的分布比底层复杂。普通克里格插值结果表明,30年来三江源地区土壤全氮的含量变化存在地区差异,南部、中部、东部以递减为主,表明土壤在退化;西部的部分地区以增加为主,表明土壤无明显退化。 对土壤全磷的分析结果表明:进行特异值处理后,两期的土壤全磷的均值都表现出从表层到底层下降的趋势。从同一层次对比看出:2010年全磷的含量均比1980年低;0~10cm层全磷含量的变异系数增大,10~30cm、30~50cm层全磷含量的变异系数都减小。经对数转换后两期数据符合正态分布,经过半方差函数模型的拟合得出,两期同一层次上的块金效应2010年都比1980年小,表明全磷的空间自相关性加强,结构性因素对土壤全氮的空间分布起着越来越重要的作用。2010年全磷在三个分层上的变程比1980年小,说明30年来全磷含量在三个分层上分布的均一性减弱,在小范围内的变异加强。普通克里格插值结果表明,30年来三江源地区土壤全磷的含量变化存在地区差异,南部、中部递减的最为明显,表明土壤在退化。 对土壤全钾的分析结果表明:进行特异值处理后,1980年全钾含量的均值在三个分层上先降低后升高,2010年全钾含量在三个分层上先升高后降低。从同一层次对比看出:2010年全钾的含量均比1980年高;2010年的土壤全钾的变异系数均比1980年小。经对数转换后两期数据符合正态分布,经过半方差函数模型的拟合得出,0~10cm的块金效应在增加,10~30cm和30~50cm的块金效应在降低。说明表层全钾含量的空间分异性越来越受到如施肥、耕作措施、种植制度等各种外在因子的影响和控制。2010年全钾在三个分层上的变程比1980年小,说明30年来全钾含量在三个分层上分布的均一性减弱,在小范围内的变异加强。普通克里格插值结果表明,30年来三江源地区全钾的含量的变化地区差异性明显,中部和南部以递减为主,表明土壤在退化;东部以增加为主,表明土壤无明显退化。


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