高寒草地土壤理化性质特征及质量评价

高寒草地土壤理化性质特征及质量评价
杨冲1,2,王文颖2,刘攀1,周华坤3,毛旭锋1
(1.青海师范大学地理科学学院,青海西宁 810008;2.青海师范大学生命科学学院,青海西宁 810008;
3.中国科学院西北高原生物研究所,青海西宁 810008)
  摘要:
以黄河源区4类高寒草地为研究对象,测定了0~20cm土层土壤理化性质,并运用主成分分析法对土壤质量进行评价,结果表明:1)
土壤容重和pH值表现均为高寒草原>人工草地>高寒草甸>沼泽草甸;土壤含水量、有机碳、全碳、氨氮、全氮含量均表现为沼泽草甸>高寒草甸>人工草地>高寒草原;土壤硝氮含量表现为人工草地>沼泽草甸>高寒草原>高寒草甸;土壤速效磷和全磷含量均表现为沼泽草甸>高寒草甸>人工草地>高寒草原;土壤速效钾和全钾含量均表现为人工草地>高寒草原
>高寒草甸>沼泽草甸;2)土壤有机碳含量与全碳、氨氮、全氮、速效磷、全磷含量之间呈极显著
正相关关系(犘<0.01),土壤全碳含量与氨氮、全氮、速效磷、全磷含量之间呈极显著正相关关系(犘<0.01)
,土壤碳氮磷元素呈强相关关系,三者之间高度耦合;3)在0~10、10~20以及0~20cm土层,
土壤质量高低排序均为沼泽草甸>高寒草甸>人工草地>高寒草原,各草地0~10cm土层土壤质量均高于10~20
和0~20cm土层,0~20cm土层土壤质量高于10~20cm土层。
  关键词:黄河源区;高寒草地;土壤理化性质;土壤质量;主成分分析  中图分类号:S812;S158  文献标志码:A  文章编号:1009 5500(2022)01 0001 12  犇犗犐:1
0.13817/j.cnki.cyycp.
2022.01.00
1  收稿日期:
2021 10 09;修回日期:2021 10 24  基金项目:
国家自然科学基金(41761107);青海省2021年度第一批中央引导地方科技发展专项资金(2021ZY002)
  作者简介:杨冲(
1983 ),男,河南邓州人,博士研究生,主要从事青藏高原生态环境保护研究。E mail:vvvonion@163.com王文颖为通信作者。E mail:wangwy
0106@163.com  土壤作为一种重要的自然资源,
是植物生长、发育的物质基础,能够控制和调节植物生长的生态过程,是陆地生态系统的重要组成部分,也是人类赖以生存的物质基础,其质量状况直接关系到人类的健康和社会经济的可持续性发展[
1-4]。土壤质量是土壤的固有属性,指一种特定类型的土壤在自然或有管理的生态系统边界内发挥作用的能力,是土壤维持生态系统生物生产力、保护环境质量和促进动植物健康能力的综合衡量指标,能反映自然因素和人类活动对土壤的影
响[5-8]。土壤的形成、分布、人为干扰以及其所处的综
合自然环境等因素均能导致土壤质量的时空分异格
局[9-10]。目前,
土壤质量评价的相关研究已经取得了丰硕成果,
但仍没有一个普适的、统一的评价标准[11],不同的研究区域、不同的评价目的和对土壤不同功能的侧重决定了评价指标的差异,不同的评价方法也会对土壤质量评价结果产生显著影响[12]。常用的土壤
质量评价方法包括土壤质量卡片及监测系统[13]、
土壤质量指数法[14]、主成分分析法[15]、模糊关联法[16]、动
态土壤质量模型[17]、
管理评估法[18]等。土壤质量受多个因素影响,且各个因素之间存在一定的相关性,致使反映土壤质量状况的若干指标之间存在信息重叠[19]。主成分分析就是把多个指标化为少数几个综合指标的一种统计分析方法,将多个影响土壤质量的因素进行降维分析,提取主成分,弱化变量之间的自相关引起的误差,被广泛应用在土壤质量的评价研究中[20]。黄河源区是青藏高原的重要组成部分,是黄河上
游主要的产流区、izo
水源涵养区和水源补给区,提供了约三分之一的黄河干流水量[21-22],是我国重要的生态安
全屏障。黄河源区植被主要以草地为主,高寒草原、高寒草甸和沼泽草甸是黄河源区3种主要的天然草地类型,占该区可利用草地面积的80%以上[23],人工草地作为黄河源区草地恢复的一项重要措施,有助于提高植被生产力、改善土壤理化性质,提高土壤质量,同时对畜牧业的发展和草地生态的恢复有重要作用,已成为研究高寒草地生态问题的重要组成部分[24-25]。为了保护黄河源区的生态环境以及草地资源,需要了解黄河源区主要草地生态系统的土壤理化性质特征并评价其土壤质量的状况,进而才能制定科学合理的高寒草地利用、保护、恢复措施。本试验以黄河源区不同类型高寒草地为研究对象,在总结和参考前人研究的基础上,选择12个土壤指标(土壤含水量、pH、容重、有机碳、全碳、氨氮、硝氮、全氮、速效磷、全磷、速效钾、全钾)对土壤理化性质特征
进行研究,运用主成分分析方法对土壤质量进行评价,以期能够客观、全面地反映该区土壤状况的真实面貌,为黄河源区高寒草地的合理
利用、人工草地的建植与改良以及畜牧业的可持续发展提供理论依据。
1 材料和方法1.1 研究区域概况
研究地点位于青海省果洛藏族自治州(图1)
,地处黄河源区,地理坐标E97°54′~101°50′,N32°31′~35°40′,境内平均海拔4200m,是“中华水塔”的重要组成部分。一年只有冷暖两季,没有四季之分,冷季持续时间长达7~8个月,全年无绝对无霜期,年平均气温-4℃~2℃,年降水量235.0~974.6mm,属高寒半湿润和半干旱气候区。
境内植被类型主要以高寒图1 研究区示意图犉犻犵.1 犛犮犺犲犿犪狋犻犮犱犻犪犵狉犪犿狅犳狋犺犲狊狋狌犱狔犪
狉犲犪草原、
高寒草甸、高寒灌丛和藏嵩草沼泽草甸为主,局部地区有少量林地、
耕地和人工草地分布,畜牧业为当地主要生产方式,
医用压片机放牧家畜主要为藏绵羊和牦牛。1.
2 样地设置本研究中,共设置高寒草原(G1)、高寒草甸(G2)、沼泽草甸(
G3)、人工草地(G4)等4种不同类型的高寒草地(表1)。其中人工草地是高寒草甸极度退化
后,人工翻耕种植垂穗披碱草的草地。播种时用磷酸二胺
和羊板粪作基肥,磷酸二胺施用量150~300kg
/hm2,后期无施肥措施。人工草地建植后第1年到第2年的返青期绝对禁牧,之后作为冬季牧场。每个草地类型包括3个1
0m×10m的重复样地,重复样地彼此间尽可能使它们有相近的地形、植被和土壤类型(样地之间空间距离1~3km,避免假重复),共计12个样地。G1
草地在禁牧区(禁牧年限为7年),无放牧。G2、G3、G4草地为冬季牧场。G1草地在玛多县,G2,G3,G4草地在玛沁县。
表1 样地信息犜犪犫犾犲1 犇犲狋犪犻犾狊狅犳狊犪犿狆犾犻狀犵犾
狅犮犪狋犻狅狀狊编号
草地名称
海拔/m
东经北纬落高度/cm落盖度/%
优势种
G1
高寒草原422798°14′
34°52′
8.5
67
紫花针茅(犛狋犻狆犪狆狌狉狆狌
大型设备包装箱
狉犲犪)、垂穗披碱草(犈犾狔犿狌狊狀狌狋犪狀狊)G2
高寒草甸3946100°23′34°21′9.694矮嵩草(犓狅犫狉犲狊犻犪犺狌犿犻犫犾犻狊)
热再生G3
沼泽草甸3730100°13′34°28′25.293藏嵩草(犓.狋犻犫犲狋犻犮犪)
、华扁穗草(犅犾狔狊犿狌狊狊犻狀狅犮狅犿狆狉犲狊狊狌狊)G4人工草地(5龄)
3953100°29′34°21′25.491
垂穗披碱草、洽草(犓.犾犻狋狏犻狀狅狑犻犻)
1.3 样品采集与处理
2017年8月中旬,在每个类型样地采用随机步程法设置3个样方,对每个样方用全球定位系统(GPS)进行定位,在样方上用土钻采集土壤样品,测定深度为20cm,每10cm为1层,
重复3次,将3次重复分层混和为一个混合样,然后将土样分层分别用自封袋封装
带回实验室,用孔径2mm土筛剔除植物根系和石砾等杂物,将筛分出来的土样风干后过1mm和0.15mm土筛进一步分样,然后进行土壤理化性质测定。另在该样方做土壤剖面,用铝土盒和容积100cm3环刀在每层中间取样,每个样方3个重复,做好标记用自封袋封装带回实验室,分别用于测定土壤含水量和容重。
1.4 分析方法
土壤含水量和容重用烘干法测定,土壤pH用酸度计法测定,土壤全氮、全碳、有机碳(酸熏处理)通过ElementarVarioELⅢ元素分析仪测定,土壤氨氮、硝氮、速效磷、全磷通过CleverChemAnna全自动间断化学分析仪测定,土壤速效钾、全钾通过岛津A6300原子吸收仪测定。
1.5 数据处理及评价方法
数据记录用Excel2007完成,作图用ArcGIS完成,数据统计分析及评价用SPSS21完成,用平均值和标准差表示测定结果,用方差分析(ANOVA,LSD)、独立样本犜检验来比较不同处理间差异显著性。主成分分析方法[26]:(1)KMO和Bartlett球形度检验,判定选取指标是否可以进行主成分分析。(2)用标准化法消除不同指标间由于量纲不同而造成的数量级上的差异。(3)提取特征值大于1,累计方差贡献率大于90%的主成分。(4)主成分特征向量与相应指标的乘积求和,求得主成分方程。(5)将标准化后的值代入各主成分方程得到各主成分得分,主成分得分与相应的主成分贡献率的乘积求和为综合得分。
2 结果与分析
2.1 不同类型高寒草地土壤理化性质特征的变化2.1.1 土壤容重、pH和含水量变化 在0~10cm土层,不同草地类型土壤容重为0.78~1.35g/cm3,具体表现为G1>G
4>G2>G3,G2草地与其他草地之间差异显著(犘<0.05),G3草地与其他草地之间差异显著(犘<0.05);土壤pH值在各草地为5.6~7.8,具体表现为G1>G4>G2>G3,各草地之间均差异显著(犘<0.05);土壤含水量在各草地的变化为7.6%~87.6%,具体表现为G3>G2>G4>G1,各草地之间均差异显著(犘<0.05)。
在10~20cm土层,不同草地类型土壤容重0.93~1.57g/cm3,具体表现为G1>G2>G4>G3,G1草地与其他草地之间差异显著(犘<0.05),G3草地与其他草地之间差异显著(犘<0.05);土壤pH值在各草地为5.8~7.9,具体表现为G1>G4>G2>G3,G1草地与其他草地之间差异显著(犘<0.05),G4草地与其他草地之间差异显著(犘<0.05);土壤含水量在各草地为9.6%~77.7%,具体表现为G3>G2>G4>G1,G2草地与其他草地之间差异显著(犘<0.05),G3草地与其他草地之间差异显著(犘<0.05)。
在0~20cm土层,土壤容重在各草地为0.86~1.46g/cm3,具体表现为G1>G4>G2>G3,G1草地与其他草地之间差异显著(犘<0.05),G3草地与其他草地之间差异显著(犘<0.05);土壤pH值在各草地为5.7~7.85,具体表现为G1>G4>G2>G3,各草地之间均差异显著(犘<0.05);土壤含水量在各草地为8.6%~82.65%,具体表现为G3>G2>G4>G1,各草地之间均差异显著(犘<0.05)。
在同一草地的不同土壤深度,土壤容重随土壤深度的增加呈增大趋势,其中在G1、G2草地,10~20cm土层的土壤容重显著高于0~10cm土层(犘<0.05);土壤pH值随土壤深度的增加呈增大趋势,但在各草地不同土壤深度均差异不显著;土壤含水量在G1草地随土壤深度的增加呈增大趋势,在其他草地随土壤深度的增加呈减小趋势,其中在G2草地0~10cm土层的土壤含水量显著高于10~20cm土层(犘<0.05),其他草地差异不显著(图2)
图2 土壤容重、狆犎和含水量
犉犻犵.2 犛狅犻犾犫狌犾犽犱犲狀狊犻狋狔,狆犎犪狀犱狑犪狋犲狉犮狅狀狋犲狀狋犻狀狊狅犻犾
2.1.2 土壤有机碳、全碳含量变化 在0~10cm土层,土壤有机碳含量在各草地为12.06~161.53g/kg,在10~20cm土层,土壤有机碳含量在各草地为8~131.76g/kg,在0~20cm土层,土壤有机碳含量在各草地为10.03~146.65g/kg,具体表现均为G3>G2>G4>G1,其中G1与G4草地之间差异不显著,G2与其他草地之间差异显著(犘<0.05),G3与其他草地之间差异显著(犘<0.05)。在同一草地的不同土壤深度,土壤有机碳和全碳含量随着土壤深度的增加有减少的趋势,各草地0~10cm土层和10~20cm土层的土壤有机碳、全碳含量均差异不显著(图3)
图3 土壤有机碳、全碳含量
犉犻犵.3 犆狅狀狋犲狀狋狊狅犳狅狉犵犪狀犻犮犮犪狉犫狅狀犪狀犱狋狅狋犪犾犮犪狉犫狅狀犻狀狊狅犻犾
2.1.3 土壤氨氮、硝氮和全氮含量变化 在0~10
cm土层,土壤氨氮含量在各草地为5.32~50.10
mg/kg,具体表现为G3>G2>G4>G1,G1草地与其
他草地之间差异均显著(犘<0.05),G4草地与其他草
地之间差异均显著(犘<0.05);土壤硝氮含量在各草
地为5.31~15.71mg/kg,具体表现为G4>G3>G1
>G2,G2与G3草地之间差异显著(犘<0.05),G4与
其他草地之间差异均显著(犘<0.05);土壤全氮含量
在各草地为1.38~11.51g/kg,具体表现为G3>G2
>G4>G1,G1与G2草地之间差异显著(犘<0.05);
G3与其他草地之间均差异显著(犘<0.05)(图4)。
在10~20cm土层,土壤氨氮含量在各草地为
3.33~41.55mg/kg,具体表现为G3>G2>G4>G1,
G1草地与其他草地之间差异均显著(犘<0.05),G4
草地与其他草地之间差异均显著(犘<0.05);土壤硝
氮含量在各草地为3.42~13.22mg/kg,具体表现为
G4>G3>G1>G2,G2与G3间差异显著(犘<0.05),
G4与其他草地之间差异均显著(犘<0.05);土壤全氮含
量在各草地为1.33~8.58g/kg,具体表现为G3>G2>
G4>G1,G1与G2草地之间差异显著(犘<0.05);G3与
其他草地之间均差异显著(犘<0.05)(图4)。
在0~20cm土层,土壤氨氮含量在各草地为4.33
~45.74mg/kg,具体表现为G3>G2>G4>G1,G1草
地与其他草地之间差异均显著(犘<0.05),G4草地与其
他草地之间差异均显著(犘<0.05);土壤硝氮含量在各
草地为4.37~14.47mg/kg,具体表现为G4>G3>G1
>G2,G2与G3草地之间差异显著(犘<0.05),G4与其
他草地之间均差异显著(犘<0.05);土壤全氮含量在各
草地为1.36~10.05g/kg,具体表现为G3>G2>G4>
G1,各草地之间均差异显著(犘<0.05)
图4 土壤氨氮、硝氮、全氮含量
犉犻犵.4 犆狅狀狋犲狀狋狊狅犳犪犿犿狅狀犻犪狀犻狋狉狅犵犲狀,狀犻狋狉犪狋犲狀犻狋狉狅犵犲狀犪狀犱狋狅狋犪犾狀犻狋狉狅犵犲狀犻狀狊狅犻犾
  在同一草地的不同土壤深度,
土壤氨氮、硝氮和全氮含量随着土壤深度的增加均有减少的趋势,其中G1草地土壤氨氮含量在0~10cm土层和10~20cm土层之间差异显著(犘<0.05);G2草地土壤全氮含量在0~10cm土层和10~20cm土层之间差异显著(犘<0.05);G3草地土壤氨氮和硝氮含量在0~10cm土层和10~20cm土层之间差异显著(犘<0.05)。2.1.4 土壤速效磷、全磷含量变化 在0~10cm土层,土壤速效磷含量在各草地为4.73~11.25mg/
kg,具体表现为G3>G2>G4>G1,G1、G2草地与G3、G4草地之间差异显著(犘<0.05);土壤全磷含量在各草地为0.43~1.72g/kg,具体表现为G3>G2>G4>G1,各草地之间差异显著(犘<0.05)(图5)。在10~20cm土层,土壤速效磷含量在各草地为2.41~6.79mg/kg,具体表现为G3>G2>G4>G1,G3与G4草地之间差异显著(犘<0.05),G1与其他草地之间差异均显著(犘<0.05);土壤全磷含量在各草地为0.45~1.49g/kg,具体表现为G3>G2>G4>
G1,G1、G2草地分别与G3、G4草地之间差异显著
(犘<0.05)
(图5)。在0~20cm土层,土壤速效磷含量在各草地为
3.57~9.02mg/kg,具体表现为G3>G2>G4>G1,
G1与其他草地之间差异均显著(犘<0.05),G4与其
他草地之间差异均显著(犘<0.05)
;土壤全磷含量在各草地的变化为0.44~1.61g/kg,
具体表现为G3>G2>G4>G1,各草地之间差异显著(犘<0.05)
。在同一草地的不同土壤深度,土壤速效磷和全磷含量随着土壤深度的增加均有减少的趋势,其中G1、
G2、G3草地土壤速效磷含量在0~10cm土层和10~
20cm土层之间差异显著(犘<0.05)
;各草地土壤全磷含量在0~1
0cm土层和10~20cm土层之间差异不显著(
图5)
。图5 土壤速效磷、全磷含量
犉犻犵.5 犆狅狀狋犲狀狋狊狅犳犪狏犪犻犾犪犫犾犲狆犺狅狊狆犺狅狉狌狊犪狀犱狋狅狋犪犾狆犺狅狊狆
犺狅狉狌狊犻狀狊狅犻犾2.1.5 土壤速效钾、全钾含量 在0~10cm土层,
土壤速效钾含量在各草地的变化为101.15~216.32
mg/kg,
具体表现为G4>G2>G1>G3,其中G3与其他草地之间差异均显著(犘<0.05);土壤全钾含量在各草地的变化为8.23~17.25g/kg,
具体表现为G4>G1>G2>G3,G2与G4间差异显著(犘<0.05),G3与其他草地间均差异显著(犘<0.05)
(图6)。在10~20cm土层,
土壤速效钾含量在各草地的变化为82.45~154.96mg/kg,
具体表现为G4>G1>G2>G3,G3与G4草地之间差异显著(犘<0.05);土壤全钾含量在各草地的变化为7.24~18.76g/kg,
具体表现为G4>G2>G1>G3,G3与其他草地之间差异均显著(犘<0.05),G4与其他草地之间均差异显著
(犘<0.05)
so.csdn/api/v3/search?p=1&t=all&q=
。在0~20cm土层,土壤速效钾含量在各草地为
91.8~185.64mg/kg,
led点阵书写显示屏土壤全钾含量各草地为7.74~18.01g/kg,
两者变化趋势相同,具体表现为G4>G1>G2>G3,G3与其他草地之间差异均显著(
犘<0.05),G4与其他草地之间差异均显著(犘<0.05)。在同一草地的不同土壤深度,土壤速效钾含量随着土壤深度的增加均有减少的趋势,土壤全钾含量随
着土壤深度的增加变化趋势不明显;
其中G1和G4草地土壤速效钾含量在0~10cm土层和10~20cm土
层之间差异显著(犘<0.05)
;各草地土壤全钾含量在0~10cm土层和10~20cm土层之间差异均不显著(图6)

本文发布于:2024-09-21 19:03:28,感谢您对本站的认可!

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