甘南州草地土壤有机碳、全氮空间分布特征及影响因素分析

发布时间：2020-05-19 15:53

【摘要】：作为评价草地土壤质量、草地健康状况的指标,土壤有机碳、全氮对草地土壤肥力和草地生产力有直接的影响。为揭示甘南州牧区草地土壤有机碳、全氮空间分布特征及影响因素,本文基于地面实测数据,采用经典统计与地统计相结合的方法,研究区域内有机碳、全氮含量在水平与垂直分布方向上的变化,采用普通相关分析、地理探测器等方法从地形因子、土壤理化性质、植被条件和气候因素等方面探讨不同影响因素对有机碳、全氮空间分布的影响。研究结果如下:(1)草地土壤有机碳、全氮的分布普遍存在表面聚集现象,且随土层深度的增加逐渐降低。0-10cm深度土壤有机碳、全氮含量在8.71-112.10 g·kg~(-1)和0.73-8.46 g·kg~(-1)之间,平均含量分别为48.41 g·kg~(-1)和4.04 g·kg~(-1);10-20cm深度土壤有机碳、全氮含量在5.28-59.23 g·kg~(-1)和0.55-9.62 g·kg~(-1)之间,平均含量分别为32.55 g·kg~(-1)和3.02 g·kg~(-1);20-30cm深度土壤有机碳、全氮含量在4.75-54.06 g·kg~(-1)和0.41-6.84 g·kg~(-1)之间,平均含量分别为25.07 g·kg~(-1)和2.39 g·kg~(-1);30-40cm深度土壤有机碳、全氮含量1.98-61.36 g·kg~(-1)和0.19-5.76 g·kg~(-1)之间,平均含量分别为21.77 g·kg~(-1)和2.06 g·kg~(-1)。(2)有机碳、全氮空间分布特征表现为:0-10cm深度有机碳含量由“西南向东北、由西向东”大致呈减少的趋势;10-20cm深度有机碳含量高值(40-50g·kg~(-1))主要集中在碌曲县南部和玛曲县中部地区;20-40cm深度有机碳含量高值(30-40 g·kg~(-1))主要集中在碌曲县南部及其与玛曲县的交界处。0-10cm深度全氮含量西南高东北低,高值(4.0 g·kg~(-1))主要分布在玛曲县以及夏河县的西南部,低值(2.0g·kg~(-1)与2.0-4.0 g·kg~(-1))分布在合作市、夏河县东部以及碌曲县;10-20cm深度全氮含量主要在2.0-4.0 g·kg~(-1)间,高值(4.0-6.0 g·kg~(-1))分布在玛曲县的西北部,低值(1.5-2.0 g·kg~(-1))分布在合作市;20-30cm深度全氮高值(4.0-6.0 g·kg~(-1))分布在玛曲县西南部,低值(1.5-2.0 g·kg~(-1))主要在合作市、碌曲县北部;30-40cm深度全氮含量在空间分布上大体呈“南高北低”的分布格局,低值(1.5 g·kg~(-1)与1.5-2.0 g·kg~(-1))分布在合作市、夏河县、碌曲县北部、玛曲县中部地区。甘南州牧区草地土壤有机碳、全氮含量整体上处于一、二级高水平。(3)草地土壤有机碳、全氮空间分布与各影响因素的关系:首先,与地形因子的关系:随海拔增加,有机碳含量在0-30cm深度逐渐增加,30-40cm深度先降低后增加;全氮含量在0-40cm深度先增加后降低。随坡度增加,有机碳含量在0-30cm深度先降低后增加再降低,30-40cm深度先增加后降低;全氮含量在0-20cm深度逐渐减小,20-40cm深度先增加后降低。随坡向变化(阴坡-半阴坡-半阳坡-阳坡),有机碳、全氮含量在各土层深度皆呈先增加后降低趋势。其次,与土壤理化性质的关系:土壤类型中,泥炭土、黑钙土的有机碳、全氮含量高于其他土壤类型。随全磷含量增加,有机碳含量在0-20cm和30-40cm深度逐渐增加,在20-30cm深度先增加后减少;全氮含量在0-10cm深度先降低后增加,在10-40cm深度逐渐增加。随土壤含水量增加,有机碳含量在各土层深度逐渐增加;全氮含量在0-30cm深度逐渐增加,30-40cm深度先增加后降低。再次,与植被条件的关系:随增强型植被指数增加,有机碳含量在0-10cm深度逐渐增加,10-40cm深度先增加后减少;全氮含量在0-30cm深度逐渐增加,30-40cm深度先增加后降低再增加。不同植被类型下,沼泽化草甸在0-10cm深度有机碳和全氮含量最高,在其他土层深度较低。最后,与气候因素的关系:随年平均气温增加,有机碳含量在0-10cm深度先降低后增加,10-40cm深度先增加后降低再增加;全氮含量在0-10cm深度先降低后增加,10-20cm深度大致呈直线增加趋势,20-40cm先降低后增加再降低。随年累积降水量增加,各土层深度的有机碳含量逐渐增加;全氮含量在0-10cm深度逐渐增加,10-40cm深度先降低后增加。(4)土壤有机碳、全氮含量与影响因素的相关性分析表明,0-40cm深度的有机碳、全氮含量与全磷含量、土壤含水量、土壤类型存在显著关系,说明土壤含水量、全磷、土壤类型等是影响土壤有机碳、全氮含量空间分布的关键因素。由各影响因素对有机碳、全氮的解释力来看:土壤含水量、全磷、土壤类型和海拔是影响0-20cm深度有机碳的主要因素,土壤含水量、土壤类型、全磷和年平均气温是影响20-40cm深度有机碳的主要因素;而0-10cm深度土壤含水量、全磷、海拔是影响全氮含量的主要因素;10-20cm深度海拔、全磷是影响全氮含量的主要因素;20-30cm深度,全磷是影响全氮含量的主要因素;30-40cm深度土壤含水量和增强型植被指数是影响全氮含量的主要因素。从各因子的交互作用可以看出,影响因素两两之间交互作用大于单个影响因素对有机碳、全氮含量空间分布的影响,且交互类型多数为非线性增强。
【图文】：

与采样GIS 软件设计采样点分布-地形复合图，在研究区地形点均匀的分布在研究区域。于 2016-2018 年 4-9 月对察和土壤样品采集，选取样地时选择有代表性、地势区，最终完成 70 个样地共 280 个土壤样品的采集0-10cm、10-20cm、20-30cm 和 30-40cm）的样品。样地布设 3 个样方，设 3 次重复，将同一土层深度的，记录样地的基本信息，利用便携式手持 GPS 定位壤样品带回实验室，捡掉草根、碎石以及其他杂质 0.15mm、0.25mm 的土筛，用于土壤理化性质的测

.3.1 气象数据数据主要来源于中国气象数据网（http://data.cma.cn/）的中国数据（V3.0）。采用分布在甘南州牧区及其周围的恰卜恰、西兰、靖远、兴海、贵南、同仁、榆中、临夏、临洮、华家岭、、六盘山、果洛、达日、河南、久治、玛曲、若尔盖、合作、、班玛、色达、马尔康、红原、松潘、绵阳、麦积、略阳、广 个气象站点（图 2-2）的日平均气温和日降水量数据，并利用IS10.2 软件对日数据进行处理，，最终得到甘南州牧区的年平均降水量数据。本文选取 2010-2017 年的气象数据，用以研究年平水量与草地土壤有机碳、全氮的关系。由于部分月份数据缺失性，故利用相邻年份同月数据采用线性插值法进行填补。对甘气象站点 2010-2017 年的年平均气温和年降水量累积处理，并软件 Anusplin 进行空间插值。利用 ArcGIS10.2 中的工具提取点的年平均气温和年累积降水量。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S812.2

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本文编号：2671124