典型滩涂围垦区土壤理化性质和磷形态演变

发布时间：2017-04-09 11:00

  本文关键词：典型滩涂围垦区土壤理化性质和磷形态演变，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：我国人口众多,土地资源短缺,为缓解人地矛盾,大面积的潮滩被围垦为农田。作为植物必须的营养元素,土壤中磷的含量及形态对于土壤肥力有重要作用,而目前缺乏针对围垦土壤磷形态的系统研究,在百年尺度之上研究磷形态演化的研究还是空白。本文以江苏省大丰市沿海滩涂及围垦区为典型研究区,采用以空间换时间的思路,结合历史资料整理和遥感解译手段将研究区按围垦利用年限划分为五种类型,由老至新分别为：围垦90年左右E区、围垦60年左右的D区、围垦30年左右的C区、围垦10年左右的B区和潮间带未围垦区(A区)。研究区南北长约56km,东西宽19～38 km,面积约为1600 km2。共采集表层土壤和沉积物样品(0～20 cm)241个(其中潮滩沉积物60个),剖面(0～200 cm)土壤和沉积物采样点20个。采样点均匀分布于各个分区,保证每个分区表层土壤或沉积物数量大于40个,剖面采样点4个。根据土地利用方式样品又可分为农田土壤、鱼塘沉积物、潮滩沉积物和荒地土壤4类。测定了pH、含盐量、粒度、有机碳、无机碳、常量元素含量等土壤理化性质,并且针对围垦区土壤和沉积物的富钙特征,首次将SEDEX法引入土壤的磷形态分析中,此方法将钙结合态磷分为自生钙磷和原生碎屑磷灰石磷。以潮滩沉积物作为对照,研究了围垦后土壤理化性质及磷形态含量的变化及其随围垦时间的演变,对比分析了不同土地利用方式、不同作物下土壤理化性质及磷形态的差异,并且通过相关分析、通径分析、因子分析等统计方法揭示了磷形态间的相互转化及其与土壤理化性质的关系。主要的研究结论如下：1)潮滩沉积物受水动力条件的影响很大,粒度及元素含量在光滩、泥草滩和近岸滩呈现明显的分异。潮滩沉积物围垦后,粒度组成有明显变化。主要表现在随围垦时间增加砂粒含量呈指数形式逐渐减少,粉砂含量呈指数形式逐渐增加,粘粒含量变化较小。2)潮滩沉积物围垦后pH及含盐量均有显著的下降,pH均值从8.74下降到8.42,含盐量均值从7.57 gkg-1下降到1.88 g kg-1。pH随围垦年限增加呈指数形式降低,超过30年后pH趋于稳定。含盐量随围垦时间增加呈有理函数形式逐渐降低。盐分离子组成上以Na+及C1-为主,随着围垦时间的增加,Na+、Cl离子的相对含量逐渐减少,Ca2+、Mg2+、SO42-离子相对含量增加。pH及含盐量在剖面上大多表现为随深度增加而增加,说明了盐分的淋溶过程未完全。3)潮滩沉积物中以碳酸盐碳为主,随着围垦利用时间的增加碳酸盐碳含量逐渐减少,而有机碳含量逐渐增多。TOC随围垦时间呈指数形式增加,超过60年后趋于稳定,碳酸盐碳随围垦时间呈线性减少。在土壤剖面上,有机碳呈现表层富集现象,而碳酸盐碳表层含量偏低,这是植物土壤小循环及土壤淋溶淀积过程共同导致的。4)因子分析表明,研究区土壤和沉积物围垦过程中主要受粒度效应、生物富集作用、脱钙作用及脱盐作用的影响。各因子得分的空间分布趋势主要沿海陆梯度递变,但同时也受到土地利用方式及人为施肥的影响。5)潮滩沉积物中TP含量与黄河沉积物磷含量较为接近,说明了母质受古黄河影响较大。围垦后TP含量显著大于潮滩沉积物含量,并且随着围垦时间逐渐增加。TP在空间上表现为有沿海向内陆递增,但也受到土地利用方式的影响,TP在水田土壤中的含量小于旱地土壤,高值区出现在施肥较多的蔬菜地集中区。地统计分析表明TP呈现出高度的空间自相关性,具有各向异性的特征,各向异性呈现的方向在160。附近,大体与海岸线平行。TP在剖面上均表现为表层富集(0-20cm),深层含量下降明显且变化较小,但个别点仍出现磷的下渗。随着围垦进行,TOC：TP呈现增加趋势,而C03-C：TP则显著下降,这表明磷的富集伴随着有机质的积累及CaCO3的淋失。同时Ca：P的下降也暗示了围垦过程中稳定钙磷矿物向活性次生钙磷的转化。6) ExP、FeP、CaP、DeP和OP在潮滩沉积物中的平均含量分别为16.3、10.6、58.7、477.8及55.1 mg kg-1,围垦区样品ExP、FeP、CaP、DeP及OP的平均值分别为48.3、82.5、315.9、284.9和117.5 mg kg-1。围垦后ExP、FeP、CaP及OP分别增加了2.0倍、6.8倍、4.4倍及1.1倍,而DeP则减少40%。CaP随围垦时间呈指数形式逐渐增加并在60年后趋于稳定,而DeP呈指数形式逐渐减少。OP随围垦时间逐渐增加,但围垦时间超过60年后有所下降。ExP及FeP总体上也呈现增加的趋势,但受土地利用方式影响较大。在鱼塘沉积物及施肥较多的蔬菜地土壤中ExP和FeP的含量很高,而且旱地土壤的CaP含量相对较高,水田土壤FeP相对较低。潮滩磷形态空间分布受地形及水动力影响,呈现出明显的粒度效应。CaP及OP含量表现为：近岸滩泥草滩光滩,而DeP表现为相反趋势：近岸滩泥草滩≤光滩。空间分布上,ExP、FeP、CaP及OP均呈现由沿海向内陆增加的趋势,DeP呈现由沿海向内陆递减的趋势。在土壤剖面上,ExP及OP呈现出表层富集的现象,而深层含量稳定。DeP出现随深度增加而含量减少的趋势,而CaP、FeP规律性不明显。围垦显著增加了土壤剖面中CaP和OP的含量,而DeP含量减小。7)通径分析表明,围垦过程中TP的增加主要是CaP的增加引起的,而且揭示了FeP向CaP及ExP的转化。因子分析结果表明磷形态受自然成土过程和人类活动共同影响。TP、ExP、FeP主要受人类活动的影响,OP则主要受自然成土过程的影响,而CaP受着自然成土过程和人类活动的共同影响。除DeP与pH及含盐量有正相关性外,其它磷形态与pH及含盐量有负相关性。DeP主要分布于粗颗粒物中,而其它形态磷主要分布于细颗粒物中。除DeP外,其它磷形态与有机质有显著的正相关性,与Cl、Sr及CaCO3有负相关性,说明各磷形态的富集伴随着有机质的富集及脱盐脱钙作用。8)ExP与土壤有效磷含量呈显著正相关,能够指示土壤磷的有效性。自生钙磷的富集和原生磷灰石磷的减少是滨海钙质土壤围垦过程中磷形态演化的主要特征。自生钙磷是由碳酸钙的分解提供的Ca2+,和施肥及其他形态磷的转化提供的磷酸根离子,在碱性条件下形成的。钙结合态磷的细分能够提供更深入的土壤磷形态的信息,基于SEDEX法的长期施肥实验及机理模拟实验将有助于帮助我们理解土壤磷形态之间的转化及磷形态数据的指示意义。
【关键词】：围垦 磷形态 土壤时间序列 滩涂
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S153
【目录】：

• 摘要3-6
• Abstract6-15
• 第一章 绪论15-29
• 1.1 背景及选题15
• 1.2 文献综述15-28
• 1.2.1 围垦后土壤理化性质的演变15-18
• 1.2.2 自然成土过程中磷形态演变18-20
• 1.2.3 土地利用和管理对磷形态的影响20-24
• 1.2.4 磷形态及影响因素24-28
• 1.3 研究内容28-29
• 第二章 研究区及研究方法29-39
• 2.1 研究区概况29-34
• 2.1.1 自然地理概况30
• 2.1.2 地质背景30-31
• 2.1.3 土壤概况31-32
• 2.1.4 土地资源利用特征32-34
• 2.2 样品采集及处理34-36
• 2.2.1 采样方案34
• 2.2.2 样品采集与处理34-36
• 2.3 实验方法36-38
• 2.3.1 土壤常规分析36-37
• 2.3.2 磷形态连续提取37-38
• 2.4 统计方法38-39
• 第三章 滩涂围垦前后土壤理化性质的演变39-66
• 3.1 潮滩沉积物组成及分异39-43
• 3.1.1 潮滩沉积物组成的影响因素42-43
• 3.2 土壤和沉积物粒径分布特征43-48
• 3.2.1 土壤和沉积物粒径统计特征43-46
• 3.2.2 土壤和沉积物粒度空间分布46-48
• 3.3 土壤和沉积物pH、盐分的分布特征48-55
• 3.3.1 表层土壤和沉积物pH、盐分的统计特征48-52
• 3.3.2 土壤和沉积物pH及含盐量剖面特征52-53
• 3.3.3 土壤和沉积物pH和含盐量的空间分布53-55
• 3.4 土壤和沉积物碳的分布特征55-60
• 3.4.1 表层土壤和沉积物碳的分布特征55-57
• 3.4.2 土壤和沉积物碳的剖面分布特征57-58
• 3.4.3 土壤和沉积物碳的空间分布特征58-60
• 3.5 围垦区土壤性质演变的影响因素60-65
• 3.6 小结65-66
• 第四章 土壤和沉积物总磷的分布特征66-74
• 4.1 表层土壤和沉积物的TP含量的统计特征66-68
• 4.2 土壤和沉积物TP的空间分布特征68-71
• 4.2.1 表层土壤和沉积物TP的空间分布68-69
• 4.2.2 土壤和沉积物总磷的剖面分布特征69-71
• 4.3 土壤和沉积物C：P及Ca：P的分布特征71-73
• 4.4 小结73-74
• 第五章 土壤和沉积物磷形态分布特征74-89
• 5.1 潮滩沉积物磷形态分布特征及影响因素74-76
• 5.1.1 潮滩沉积物磷形态分布特征74-75
• 5.1.2 潮滩沉积物磷形态的影响因素75-76
• 5.2 围垦后磷形态的演变76-81
• 5.2.1 不同分区磷形态的差异77-80
• 5.2.2 不同土地利用方式下磷形态的差异80
• 5.2.3 耕作方式对土壤磷形态的影响80-81
• 5.3 磷形态的空间分布81-88
• 5.3.1 表层磷形态的空间分布81-84
• 5.3.2 磷形态的剖面分布84-88
• 5.4 小结88-89
• 第六章 磷形态的影响因素与指示意义89-105
• 6.1 磷形态之间的关系89-91
• 6.2 磷形态含量与土壤性质及组成的关系91-97
• 6.2.1 pH及含盐量组成对磷形态的影响92-94
• 6.2.2 粒度效应对磷形态的影响94-95
• 6.2.3 磷形态与土壤元素的相关性95-97
• 6.3 磷形态的演化及其指示意义97-103
• 6.3.1 磷的生物有效性97-98
• 6.3.2 围垦过程中磷的演化98-101
• 6.3.3 自生钙磷的形成及指示意义101-103
• 6.4 小结103-105
• 第七章 结论与展望105-108
• 7.1 结论105-106
• 7.2 创新点106-107
• 7.3 不足与展望107-108
• 参考文献108-117
• 致谢117-118

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本文编号：295083