西安黃土臺塬土壤微形態(tài)特征與土地利用關(guān)系研究.pdf

1、本文通過研究不同土地利用方式下土壤微形態(tài)的特征，探明土壤微形態(tài)與土地利用方式的關(guān)系，準(zhǔn)確解讀微形態(tài)對土地利用變化的指示意義。為土地利用及變化的研究提供了新的思路和開辟了一種新的研究途徑，為防治土地生態(tài)問題和提高土壤生態(tài)功能提供重要的理論依據(jù)，具有重要的科學(xué)意義和現(xiàn)實(shí)意義。 本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金研究項(xiàng)目，選擇西安黃土臺塬為研究對象，基于3S技術(shù)和Leica顯微數(shù)字圖像處理系統(tǒng)深入的分析了土地利用變化對土壤微形態(tài)的影響問題。通過

2、對研究區(qū)域野外實(shí)地考察確定采樣地點(diǎn)，使所選的土壤剖面具有較強(qiáng)的代表性。應(yīng)用LeicaQwinStandardv2.6圖像處理系統(tǒng)，定量化分析了土壤微形態(tài)特征與土地利用變化的關(guān)系，獲得了重要的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。并且所獲得的微形態(tài)特征數(shù)據(jù)能夠與土壤其它理化性質(zhì)相互解釋。 本論文共分為六章，第一章綜述了土地利用/土地覆蓋變化及土壤微形態(tài)研究現(xiàn)狀。第二章闡述了研究區(qū)域選擇的原則、研究區(qū)域自然概況、考察路線、研究剖面選擇和樣品采集、處理分析。第三

3、章是土壤微形態(tài)特征研究方法。第四章主要是土壤微形態(tài)與土壤理化性質(zhì)關(guān)系分析。第五章涉及土壤微形態(tài)對土地利用的響應(yīng)分析。第六章對全文進(jìn)行了總結(jié)與討論。 在研究中獲得的主要結(jié)論：(1)大量實(shí)踐表明，在土壤微形態(tài)數(shù)據(jù)定量分析時不同放大倍數(shù)下的數(shù)字圖像對于數(shù)值分析有很大的影響，其中10×10倍鏡下所拍的圖像最適合LeicaQwinStandardv2.6圖像處理系統(tǒng)做定量化統(tǒng)計分析。 (2)分析土壤微形態(tài)特征各指標(biāo)與土壤其他性質(zhì)的

4、關(guān)系，結(jié)果如下：微形態(tài)指標(biāo)中孔隙平均長度與土壤容重的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.270(檢驗(yàn)0.05)，孔隙最大長度與土壤容重之間的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.312(檢驗(yàn)0.05)，表明土壤容重與土壤孔隙長度關(guān)系密切；并且，孔隙總數(shù)與土壤容重之間的相關(guān)系數(shù)達(dá)到-0.325(檢驗(yàn)0.05)。同時，微形態(tài)指標(biāo)與土壤含水量相關(guān)性分析結(jié)果表明：土壤含水量與孔隙形狀有關(guān)，并且與孔隙度存在正相關(guān)。由此得出，耕作土壤微結(jié)構(gòu)為海綿狀不僅有助于透氣透水而且有助于土壤持水性能增

5、強(qiáng)；并且，耕作土壤粘化過程增強(qiáng)也會提高土壤持水性能。微形態(tài)指標(biāo)與土壤磁化率相關(guān)分析的結(jié)果表明粗顆粒的數(shù)量和形狀是與礦物風(fēng)化強(qiáng)弱程度有關(guān)的。本研究中各剖面土壤的低頻和高頻磁化率值均高于成土母質(zhì)馬蘭黃土，表明各土地類型下馬蘭黃土都發(fā)生明顯生物風(fēng)化成壤過程。而且，不同土地利用類型導(dǎo)致的植被變化影響各土壤發(fā)生層有機(jī)碳含量的變化，耕作較短時期的土壤，其有機(jī)碳明顯偏低，這與有機(jī)質(zhì)的累積量有關(guān)。土壤質(zhì)地的研究表明土壤膠粒與粘粒含量的變化規(guī)律基本吻合；

6、長期耕作的田地、果園、林地和灌草地的膠粒含量較大。而且，土壤膠粒含量與土壤膠體的出現(xiàn)有因果關(guān)系。 (3)土壤與母質(zhì)馬蘭黃土微形態(tài)的相似性分析，說明人類耕作的土壤隨著耕作時間的延長加速了土壤的發(fā)育。此外，地形等環(huán)境條件也影響土壤的發(fā)育，坡度較大則土壤發(fā)育相對較弱，這應(yīng)該與坡面流水侵蝕導(dǎo)致腐殖質(zhì)和粘土流失有關(guān)。 (4)通過因子分析發(fā)現(xiàn)，10個綜合因子代表了土壤微形態(tài)的絕大多數(shù)信息。包括：粗顆粒的形狀、粗顆粒的最大面積、孔隙度

7、、孔隙的形狀、粗顆粒的數(shù)量、粗顆粒的最小寬度、粗顆粒的磨圓度、孔隙的光滑度、粗顆粒的總數(shù)、粗顆粒的最小面積。根據(jù)10個因子變量的貢獻(xiàn)率，可計算出土壤微形態(tài)的綜合指數(shù)，它定量化的反映了各土壤微形態(tài)的整體差異。 (5)本研究探討了較小空間尺度上土壤環(huán)境受人類活動及非地帶性自然因素的綜合影響情況。通過分析發(fā)現(xiàn)，各影響因素與土壤微形態(tài)的關(guān)系，在不同的土壤層表現(xiàn)不同；但各非地帶性成土因素對土壤微形態(tài)特征影響的總體情況是：土地利用時間＞坡度

8、＞土地利用類型＞高程＞地表覆被＞坡向。就總體情況來看，人類土地利用變化對土壤環(huán)境的影響大于地形等非地帶性自然因素。 (6)通過對各土地利用方式下土壤剖面的微形態(tài)特征觀察和定性描述，總結(jié)了土壤微形態(tài)對土地利用變化的響應(yīng)規(guī)律。即：不同的土地利用方式呈現(xiàn)不同的土壤微結(jié)構(gòu)特征，林地與灌草地的土壤微形態(tài)具有相似性，而田地與園地的微形態(tài)也具有顯著的相似性；同一土壤剖面隨著深度的變化呈現(xiàn)明顯變化；不同利用時間的同一土地利用類型其土壤微形態(tài)特征

9、變化具有規(guī)律性。隨著耕作年限的增長，土壤發(fā)育的總體趨勢是海綿狀微結(jié)構(gòu)發(fā)育增強(qiáng)、土壤粘化程度增強(qiáng)、鐵染現(xiàn)象和團(tuán)聚現(xiàn)象日趨明顯。這是因?yàn)橥寥腊l(fā)育過程是人為熟化的過程。因此，可以確定某些土壤微形態(tài)特征與土地利用方式之間有對應(yīng)關(guān)系：海綿狀微結(jié)構(gòu)是耕作土壤微形態(tài)的突出表現(xiàn)，相應(yīng)的孔隙類型以堆疊孔隙為主；在表層10cm以下出現(xiàn)大的斑晶狀粗顆粒如長石，其來源除沙塵搬運(yùn)物外主要是在人工施肥過程中大量施入?yún)⒓狱S土物質(zhì)的土糞肥的結(jié)果；有CaCO3膠結(jié)的粘土

10、結(jié)核或孔隙包膜出現(xiàn)，或菌絲狀、結(jié)核狀次生方解石出現(xiàn)，表明土壤發(fā)育在半干旱環(huán)境中，若為田地必定是旱作方式。因?yàn)?，本研究區(qū)降水深度基本在25-35cm間，若25-30cm層出現(xiàn)鐵染粘土膠膜，這是黃土高原南部黃土區(qū)森林土壤淋溶淀積層的顯著表征。與林地土壤不同，在耕作層土壤中未見到鐵質(zhì)粘粒膠膜或在孔隙邊緣僅出現(xiàn)少量薄而斷續(xù)狀的鐵質(zhì)粘粒膠膜，正是由于人類耕作活動擾動，影響了淋溶淀積作用的結(jié)果。 本文至少有以下2個創(chuàng)新點(diǎn)：①實(shí)現(xiàn)土壤微形態(tài)特