典型黑土坡面农田有机质和全氮的时空分布研究

发布时间：2020-06-07 17:20

【摘要】：东北黑土区是我国重要的粮食基地,黑土侵蚀已严重制约了坡耕地的可持续利用。近年来,对东北黑土侵蚀特征、过程和机理的研究较多,受限于难以设置对照田块或长时间的序列数据,田块尺度水土流失和水土保持措施对土壤理化性状尤其是土壤有机质含量(SOM)的影响少有报道。本论文通过对典型黑土区1°~7°坡耕地中的13个顺坡垄作坡面进行两个时段SOM的测定,量化了坡耕地顺坡垄作SOM下降速率;通过对一块1.4 hm~2典型坡耕地等高改垄前后的系统调查测定,研究了坡面等高改垄前后SOM的变化,揭示坡耕地等高改垄后对土壤碳的恢复作用。结论如下:(1)定量揭示了传统顺坡耕作下坡耕地SOM、TN的变化速率。与2004年相比,2016年顺坡耕作坡面土壤SOM、TN含量整体呈下降趋势,降幅分别为6.72%和25.34%,12年间土壤SOM、TN年均下降率分别为0.56%和2.11%;而C/N整体呈增加趋势,增幅达27.96%,年增长率为2.27%。不同地形因子(坡型、坡长、坡度和坡位)对土壤SOM和TN降幅影响不同。其中,(1)坡型:土壤SOM和TN在凸型坡的降幅最大,凹型坡次之,直线型坡最小。(2)坡长:SOM降幅在0~500 m范围内随坡长增加无明显规律,而TN降幅和C/N增幅在100~500 m范围内随坡长增加而递减。(3)坡度:SOM和TN在2°~5°降幅最大,5°~7°次之,1°~2°最小。(4)坡位:SOM在坡中降幅最大,坡下次之,坡上最小,而TN在坡下降幅最大,坡上次之,坡中最小。(2)本研究确定该区域~(137)Cs背景值为1513.5 Bq·m~(-2),顺坡垄作坡面以侵蚀为主,平均侵蚀速率为2482 t·km~(-2)·a~(-1),其中坡上(2600 t·km~(-2)·a~(-1))和坡中(2958 t·km~(-2)·a~(-1))侵蚀为主,坡下以沉积(-569 t·km~(-2)·a~(-1))为主,且侵蚀严重的坡中部SOM降幅最大。(3)等高改垄水土保持措施提高了严重侵蚀坡耕地黑土SOM含量,而TN含量继续降低。等高改垄10年土壤SOM含量增加了2.61 g·kg~(-1),增加了8.4%,年均增长率为0.70%,以沉积最为严重的坡脚西侧增加最多(25.1%),而空间上土壤SOM含量变化仅有中上部西侧小区降低(3.7%)。等高改垄10a土壤TN含量减少了0.04 g·kg~(-1),降低了2.8%,年均下降速率为0.23%,除坡耕地坡脚部分区域TN含量有所增加外(18.2%),其他区域均未升反降,以坡中上部降低最多(26.6%)。(4)地统计学分析较经典统计学分析能够更好地揭示坡耕地水土保持作用。与经典统计学分析相比,地统计学分析不但量化改垄前后土壤性状的变化,还可定量揭示水土保持措施对土壤性状空间异质性的作用,绘制土壤性状空间分布图,可直观看出改垄前后空间变化,从空间上揭示水土保持作用。上述结果表明,对于严重侵蚀的坡耕地,改顺坡垄为等高垄作,可弱化性状空间相关性,对土壤有机质具有恢复作用,但会造成氮素亏缺,为了保证粮食产量应适当增加化肥氮素的施用量。
【图文】：

坡面,位置,海伦市

图 2-1 采样坡面和试验坡耕地位置Fig.2-1 Sampling slope and test slope farmland location选择黑龙江省绥化市海伦市前进乡为研究区主要是考虑：1）该地区位于典型黑土区，研究该地区土壤有机质的变化，对于揭示东北典型黑土区的土壤退化与保护有一定的代表意义。2）野外踏查发现，该地区地形起伏不定，侵蚀沟分布较普遍，黑土层厚度差异明显，是东北黑土区急需治理的地区之一。3）野外调查发现该区域内耕地坡下部位淤泥较多，部分坡上部位有“破皮黄”现象发生，是研究坡面侵蚀的典型区。4）海伦市水土保持观测研究站位于该地区，该站长期致力于水土流失的监测，方便对该研究的结果进行鉴定。（1）研究坡面位于黑龙江省绥化市海伦市前进乡谷家店界内，位于东经 126°50.845′~126°50.855′，，北纬 47°21.919′~ 47°23.933′范围内，坡长范围为 60 m ~ 400 m，坡度跨度为 1° ~7°（图 2-1）。气候类型属于温带大陆性季风气候，多年平均气温 1.5 ℃，无霜期 148 d，多年平均降水量 530 mm，其中 7 ~ 9 月的降雨量约占全年降水量的 70%[21]。该区域海拔在 180~ 230 m 之间，地形以丘陵漫岗为主，地势平缓，坡长达数百米，乃至上千米。成土母质为黄土状亚粘土。土壤以黑土为主[15]，该区是雨养旱作农业区，耕层深度多为 0 ~ 20 cm。自1963 年开垦至今主要耕作措施包括耕翻、横向打垄和玉米连作。（2）等高改垄试验坡耕地位于黑龙江省海伦市前进乡光荣村，位于北纬 47°20.493′ ～47°20.630′，东经 126°50.354′ ～ 126°50.405′，南北长 305 m，东西跨度 78.5 m，总面积 1.42hm2，西侧为分水岭，东侧为已治理完成的侵蚀沟，地势呈西北部略高，向东南方向倾斜，

高程差,等高线,地形,水土流失

（相邻等高线高程差 0.ridge direction of the expers is 0.2 m. The direction odirection)能代表典型黑土区土壤类137Cs 标准取样点的存在型等相关信息。本研究年 6 月对前进乡境内进行并于光荣小流域内一块坡层厚度及目测的水土流失蚀-沉积的调查，并测定土度，确定用于137Cs 测定
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S153.6

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