关中农田土壤钙素状况及其退化特征研究

发布时间：2017-04-27 04:05

  本文关键词：关中农田土壤钙素状况及其退化特征研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：陕西关中地区拥有优越的自然生态条件,地形平坦,土层深厚,土体疏松,雨热丰沛,适于多种作物生长。自古以来这里就是粮、棉、油、果、菜等农作物主产区域。然而,自从实施土地承包制以来30余年时间里,农业产业结构调整和集约化经营水平的不断提升,关中农田土地利用模式与强度、施肥、耕作以及轮作为主要内容的土壤管理措施发生了深刻变化,农家肥不再使用,传统的“黄土搬家”式施肥“复钙”措施不再实施,播前土壤深翻松土被无翻动的浅旋耕所替代,耕作“复钙”效应不再呈现,土壤表层钙素平衡机制被破坏。相反,土壤中生物呼吸集聚的大量CO2加速了土壤脱钙,化学肥料中氮素反硝化、施用磷肥携入的游离酸等加速了土壤石灰反应,促进了土壤脱钙过程。在农田土壤质量一系列退化过程中,其中土壤钙素的退化日趋明显。虽然至今似乎未能直接呈现出土壤缺钙症,但是,石灰性农田土壤钙素的递减趋势是不可否认的事实,需要提前预警和给予更大关注。基于关中农田土壤管理实际,结合该地区土壤的发育与演化历史,决定在有限空间水平范围内,以村庄为中心,选取无人为扰动的农田作为研究对象,选定了气候、母质、地质地貌以及土地利用类型一致的田块,以似乎不够敏感的土壤钙素为质量指标,从时空尺度探求人为农业管理措施和强度利用措施对土壤钙素演化的驱动机制,探求石灰性土壤“隐性退化”规律,为缓解或阻控高强度集约化农业措施对土壤质量的影响,警示人们高度关注现代农业技术措施对土壤健康的作用和影响。研究结果如下1.土壤有机质是人为生产活动和土壤管理水平的指示剂,间接驱动着土壤钙素变化。在仅间隔600m的水平空间尺度里,研究发现0-20cm土层有机质的平均含量变化在19.42~26.20 g·kg-1,变异系数为0.12;20-40cm土层有机质平均含量变化10.49~18.53g·kg-1,变异系数为0.20。关中地区0-20cm、20-40cm土层中有机质含量均有明显的距离村庄愈远越低的空间变化趋势,尤其在距村庄0-200m的范围内表现较为明显,而在200-600m的范围的变化较为平缓。土壤有机质含量的空间变化特征是土壤管理空间差异性的证据,说明这里是探索人为活动对土壤碳酸钙含量影响的好素材。2.0-20cm土层中碳酸钙含量介于69.44g·kg-1~101.59g·kg-1之间,平均含量为77.97g·kg-1;20-40cm土层碳酸钙含量介于77.39g·kg-1~109.12g·kg-1之间,平均含量为89.99g·kg-1。在农田不同距离处土壤碳酸钙含量的水平分布特征明显。以村庄为中心,距村庄不同距离处土壤碳酸钙的含量呈现着在波动中逐渐递增的态势,在距村庄0-400m范围内0-40cm土层土壤碳酸钙含量变化不很明显,但在400-600m处明显增大。这与有机质含量的水平分布趋势相反。0-40cm虽属于不同历史时期黄土的堆积物,在各水平距离处土壤碳酸钙含量均有表层0-20cm高于20-40cm特征。0-40cm土壤剖面碳酸钙的含量在距村庄50m处均低于距村庄500m处,也远低于1982年普查时土壤剖面同层碳酸钙的含量,在40cm以下土壤碳酸钙含量明显增加。在水平距离50m处0-100cm剖面上土壤钙的总贮量明显高于500m处。这些都是土壤碳酸钙受人为活动驱动,在垂直尺度上淋溶与淀积过程的有力证据。3.关中农田0~20 cm土壤交换性钙含量变幅为3.19~4.04 g·kg-1,平均值为3.74g·kg-1,变异系数为7.19%,属弱变异程度;20-40 cm土壤交换性钙含量变幅为3.06~3.74g·kg-1,平均值为3.44 g·kg-1,变异系数为6.98%,也属弱变异程度。在剖面尺度上0-20 cm土层中交换性钙含量总是高于20-40 cm土层,与施肥部位、植物根系空间分布以及水分状况等有直接关系。4.关中农田0-20 cm土壤水溶性钙含量变幅为0.14~0.25 g·kg-1,平均值为0.21g·kg-1,变异系数为16.04%,属于中等变异程度;20-40 cm土壤水溶性钙的含量变幅为0.13~0.22 g·kg-1,平均值为0.18 g·kg-1,变异系数为17.77%,也属于中等变异程度。0-20 cm土层水溶性钙含量略高于20-40 cm土层。随距村庄距离越远,土壤水溶性钙含量呈现下降趋势。水溶性钙既是植物直接吸收利用的钙,也是易淋失的钙素。5.土壤胶体钙饱和度是土壤健康的质量指标之一,健康土壤的钙饱和度一般不低于60~65%,园艺土壤的钙饱和度应该在80%以上,关中农田0-40cm土壤钙饱和度变化在66.93~78.88%,空间尺度内有明显变异,但暂时仍处于健康的土壤状态范围。也有部分土壤快接近健康土壤阈值的低值边界,需要警示其变化态势。6.通过定位观察得出,土壤碳酸钙含量和水溶性钙含量在周年内有明显的季节变化过程。在小麦生育季节里剖面上土壤碳酸钙含量的空间梯度表现明显、呈现着碳酸钙的向深层淋溶与淀积趋势。夏玉米生长期间土壤剖面碳酸钙淋溶淀积层位置相对较浅。在小麦生长期内随生育期延长,0-100cm剖面内土壤水溶性钙、碳酸钙明显递增,时间梯度差明显,在玉米生育期内0-30cm土层水溶钙含量则明显递减。验证了深根系小麦在生育期间有利于将移动到深层土壤中的钙离子再移送回表层,供给下季浅根系作物吸收利用的所谓“植物离子泵”的存在。深浅根系作物轮作有助于平衡钙素营养。综上所述,通过对石灰性农田土壤碳酸钙、交换性钙、水溶性钙的时空变化研究,显示了现代农业生产技术体系内,人为生产活动明显地加速了农田土壤碳酸钙的淋溶与淀积。部分田块土壤钙饱和度接近优质土壤阈值的下限。尽管目前情况下,土壤水溶性钙含量和交换性钙含量还不足以威胁作物生产,但是,农田以碳酸钙的递减为特征的隐性退化过程已经极为明显,必须警示人们高度关注现代农业技术措施对土壤健康的作用和影响。
【关键词】：关中农田 土壤退化 碳酸钙 交换性钙 水溶性钙
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S158
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 文献综述13-19
• 1.1 立题背景13-14
• 1.2 研究意义14-16
• 1.2.1 探求土壤钙素退化是关中农田可持续发展的迫切需要15-16
• 1.2.2 土壤钙素退化是探求现在人为利用管理措施下土地退化的重要内容16
• 1.2.3 探求土壤钙素退化状况是土壤学科发展的重要研究内容16
• 1.3 国内外研究进展16-18
• 1.3.1 土壤中碳酸钙的研究进展16-17
• 1.3.2 土壤中活性钙的研究进展17
• 1.3.3 土壤中钙的迁移转化机理17-18
• 1.4 目前研究工作中存在的主要问题和亟待解决研究的工作18-19
• 第二章 试验材料与研究方法19-24
• 2.1 研究区概况19
• 2.2 研究地区的土壤类型19-20
• 2.3 样品采集20-21
• 2.3.1 农田土壤钙的空间分布特征研究试验20-21
• 2.3.2 农田土壤钙素年动态变化过程试验21
• 2.4 研究内容21-22
• 2.4.1 农田土壤基本特性的空间变异规律探索21-22
• 2.4.2 农田土壤钙素的空间分布规律研究22
• 2.4.3 农田土壤钙素的年动态变化状况22
• 2.5 技术路线22-23
• 2.6 土壤性质与钙素指标及其测定方法23
• 2.7 数据计算与统计分析方法23-24
• 第三章 关中农田土壤有机质含量及酸碱性的变异性24-29
• 3.1 农田土壤有机质含量的空间变异性分析24-27
• 3.2 农田土壤pH值变化趋势27-28
• 3.3 本章小结28-29
• 第四章 关中农田土壤碳酸钙含量及空间分布规律29-35
• 4.1 关中农田土壤碳酸钙含量及其退化趋势分析30-33
• 4.1.1 关中农田土壤碳酸钙含量状况分析30-31
• 4.1.2 关中农田土壤碳酸钙含量的水平空间变异特征与分析31-32
• 4.1.3 土壤剖面碳酸钙的变异趋势分析32-33
• 4.2 本章小结33-35
• 第五章 关中农田土壤活性钙含量及空间分布规律35-42
• 5.1 关中农田土壤交换性钙含量及变异特征分析36-38
• 5.1.1 关中农田土壤交换性钙含量分析36
• 5.1.2 关中农田土壤交换性钙水平变异趋势36-37
• 5.1.3 土壤交换性钙的垂直变异特征37-38
• 5.2 关中农田土壤水溶性钙含量及变异特征分析38-41
• 5.2.1 关中农田土壤水溶性钙含量分析38
• 5.2.2 关中农田土壤水溶性钙含量的水平变异特征38-40
• 5.2.3 关中农田土壤水溶性钙含量的垂直变异特征40-41
• 5.3 本章小结41-42
• 第六章 关中农田土壤钙饱和度及钙素储量与钙素退化研究42-47
• 6.1 关中农田土壤阳离子交换量（CEC）变异性分析42-43
• 6.2 土壤钙饱和度的变异性分析43-44
• 6.3 土壤钙素储量分析44-45
• 6.4 本章小结45-47
• 第七章 关中农田土壤钙素的年动态变化研究47-52
• 7.1 关中农田土壤碳酸钙的年动态变化研究47-49
• 7.2 关中农田土壤水溶性钙的年动态变化研究49-51
• 7.3 本章小结51-52
• 第八章 结论与展望52-54
• 8.1 主要结论52
• 8.2 主要创新点52-53
• 8.3 展望53-54
• 参考文献54-58
• 致谢58-59
• 作者简介59

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