伊河流域中下游地区土壤质量特征及评价

发布时间：2020-07-06 07:33

【摘要】：伊河流域位于我国生态过渡带和生态环境脆弱带,土地利用类型、耕作方式、施肥灌溉等因素影响着土壤性质和土壤质量的变化。迄今在伊河流域地区对土壤属性和质量评价方面所作的工作甚少。本研究以伊河流域中下游地区为研究对象,采用资料收集与野外调查,野外试验与室内分析相结合的方法,系统测定了土壤质量物理和化学指标,分析了它们的统计和空间分布特征;建立了研究区土壤质量的评价指标体系及评价模型,并采用模糊数学综合评价法分析了土壤质量整体状况;进而预测了土壤质量空间分布,并对土壤质量空间分异规律进行了探讨,为伊河流域农业可持续发展提供了重要的指导思想和科学依据。获得的主要研究结论如下:1.土壤质量物理指标特征:研究区土壤粒径主要分布在0.01~0.05 mm范围,以粗粉粒为主,各粒径的含量均值表现为:粗粉粒粗粘粒细粉粒细砂粒粗砂粒细粘粒;0~20 cm和20~40 cm土层的土壤粒径组成和含量变化不大;从空间变化来看,中游和下游的土壤均属于壤土,从中游到下游粒径总体趋势由细变粗,粘粒含量减少,粉粒、砂粒含量增大。由各粒级的变异系数可知,在空间上粗粉粒的含量趋于稳定,细粘粒和粗砂粒具有强变异性。土壤容重均值介于1.23~1.43 g.cm~(-3)之间。从土壤紧实度来看,中游0~20 cm土层的土壤处于适合松紧状态,中游20~40 cm土层和下游两个土层的土壤均处于紧实状态;在不同区域、不同土层的土壤容重变异系数都在10%左右,说明研究区内土壤容重相对稳定。土壤含水量的均值在水平(中游和下游)和垂直(0~20 cm和20~40 cm)方向上变化都不明显,均在20%左右,说明土壤水分处于较适宜水平。总的来说研究区土壤的物理性质适宜农作物的生长。2.土壤质量化学指标特征:研究区土壤中有机质含量处于中上水平,全氮含量极缺乏,无机氮含量缺乏,全磷和速效磷含量丰富,全钾含量极丰富;微量元素铁、锰、锌含量的均值均未超过国家规定的标准,硼、铜含量属于富集状态。0~20 cm和20~40cm土层土壤各化学指标含量相比较可知,除了无机氮、硼和pH值表现为深层高于表层,其余指标都是表层高于深层。在0~20 cm土层上,中游的有机质、活性有机质、全氮、无机氮和微量元素含量均值均高于下游;在20~40 cm土层上,大部分化学指标在中游和下游的含量均值变化不大。研究区速效磷表现为强变异性,pH值表现为弱变异性,其它指标在两个土层上均表现为中等程度的变异,相比较来说碳氮磷这些大量元素的变异程度要大于硼铜铁锰锌这些微量元素。总的来说,研究区碳、磷和钾较适宜作物的生长,氮素比较亏缺,从0~20 cm和20~40 cm土层上土壤质量各指标在区域上的分布特征来看,空间变异复杂,表层养分含量高于深层,大部分中游养分含量高于下游。3.综合土壤物理和化学指标对土壤质量进行评价,首先确定评价的最小数据集(MSD),0~20 cm土层的MSD为:粘粒含量、容重、含水量、总有机质、全氮、无机氮、全磷、速效磷、全钾、铁;20~40 cm土层的MSD为:粘粒含量、容重、含水量、总有机质、活性有机质、全氮、全磷、速效磷、pH值、铜、铁。确定各指标隶属度函数:有机质、活性有机质、全氮、无机氮、全磷、速效磷和全钾7个评价指标的隶属度函数采用S型隶属度函数;粘粒含量、容重、含水量、pH值、硼、铜、铁、锰、锌这几个评价指标采用抛物线型函数,进而计算各指标隶属度值。运用主成分分析法确定各参评指标权重,最后采用模糊数学法综合量化后的土壤单因素理化指标,得出土壤质量综合指数(IFI)。通过对研究区土壤质量综合指数分析可知,0~20 cm土层的IFI大部分处于中等和偏高水平,只有极少数的IFI处于偏低和高质量水平;20~40 cm土层的IFI一般处于中等水平,三分之一处于偏低水平,极少数属于低水平和偏高水平。中游的土壤质量高于下游,且IFI在中游的变异程度低于下游。4.通过分析研究区IFI的全局趋势效应可知,IFI在两个土层上的趋势效应均为二阶;从半方差函数的拟合结果来看,IFI在0~20 cm土层上符合线性模型,在20~40 cm土层上符合高斯模型。IFI在空间上的变异规律为:块金系数0~20 cm土层(60.82%)20~40 cm土层(39.84%),两个土层的IFI都具有中等程度的空间相关性,且表层IFI受随机因素的影响强于深层。由插值图可知,IFI在0~20 cm土层上整体呈西南、中部和东侧北边高的分布趋势,20~40 cm的整体分布特点与0~20 cm相似。土壤质量在地形、植被和人类耕作方式与施肥的综合作用下呈现出有规律的空间变异性。
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S151.9
【图文】：

概况,嵩县,红黏土,伊河

还有部分紫色土、红黏土和粗骨土；中游地区以红黏土和粗骨在褐土、红黏土、紫色土和两合土；下游地区以褐土为主，还有小面积区合土和淤土。1.2 社会经济状况政区划上来看，伊河流域中下游主要涉及包括嵩县、伊川县、洛阳市洛龙县区，宜阳县、汝阳县和登封市的部分面积也位于研究区内。嵩县、伊川伊河流域中下游的大部分区域，嵩县总人口数 59.62 万，全年生产总值 1川县总人口数 77.86 万，生产总值 281.02 亿元；偃师市总人口 62.2 万人区生产总值380.62亿元，可以看出伊河流域从中游到下游人均GDP越来越区经济发展差异显著，下游经济水平要高于中游，这是因为下游地势平坦越，交通便利是经济发展的关键性因素。

采样点,样点,尼龙筛,详细记录

究方法样品采集与测定采集 2016 年 10~11 月进行野外调查，在考虑土地利用类型、土壤类式、道路交通的可达性等综合因素的前提下，按照 6*6 km 网格 40 cm，间隔 20 cm，共计 93 个样点 182 个样品，样点分布为：，果园 6 个，人工林 7 个，草地 2 个，农田 66 个。采样时使用 Gem)定位，同时详细记录样点的地理位置、土壤情况，土地利用类境状况等。土壤样品带回实验室经自然风干、去除植物根系和小分别过 100 目、120 目的尼龙筛，编号后装于封口袋中保存备用图（图 2-2）。

土壤质量,综合指数,趋势分析,全局

首先由 ArcGIS 地理统计分析模块中探索数据的正态 QQPlot 图可知，两个土层上落在 45°的正态参考线上，且两土层上 IFI 的 K-S 检验值分别为 0.92 和 0.46， 0.05，说明两个土层上的 IFI 在整个区域范围内均呈正态分布。再利用 ArcGIS 地统计模块分析研究区 IFI 的空间分布是否具有趋势效应，如图轴表示东西方向，指向正东方向；Y 轴表示南北方向，指向正北方向；Z 轴表数据值的大小；这些空间数据点被投影到东西方向和南北方向，投影的点可以拟条曲线，进而可以用该曲线模拟空间数据在特定方向上的趋势。在0~20cm土层上质量综合指数从西向东逐渐减小，具有 1 阶趋势效应，从南向北先减小后增加，形，具有 2 阶趋势效应；在 20~40cm 土层上，土壤质量综合指数从西向东基本，具有 0 阶趋势效应，从南向北先减小后增大，具有 2 阶趋势效应。为了减小误差就低阶或简单效应的原则,该区域两个土层的土壤质量综合指数在内插时的趋势数均取为 1 阶。

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