武陵山石漠化地区人工混交林土壤性质空间异质性

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本研究选取湖南省湘西自治州武陵山石漠化综合治理科研基地1hm2人工混交林永久样地为研究对象,在研究区域内采集垂直剖面下0-15cm、15cm-30cm、30cm-50cm处土壤样品600个。运用经典统计学对研究区域内土壤特性进行描述统计分析、相关分析和主成分分析。采用地统计学中半方差函数模型和克里金空间插值法分析土壤理化性质空间结构和分布格局。本研究结合石漠化背景来深入探讨喀斯特石漠化地区内人工混交林土壤性质及空间异质性,得到以下结果:(1)描述统计分析结果表明:a)土壤理化性质在垂直剖面随着土壤深度的加深,土壤容重逐渐增加,土壤含水量,土壤孔隙度及持水能力在总体上随着土壤深度的增加而下降,土壤pH值随土层深度的改变大体上保持不变,有机质、全氮、全磷含量降低,尤其是土壤有机质的含量随土壤深度的增加急剧减少,土壤中全钾的含量随土壤深度的增加而增加。b)根据各土壤理化性质不同,土壤理化性质变异程度也不同,土壤理化性质变异系数的范围从0.1到0.74。土壤容重、pH值变异程度很弱。土壤含水量、土壤非毛管孔隙度、有机质变异程度比较高,其余为中等程度变异。c)研究样地内人工混交林土壤理化性质与撂荒地相比,主要表现为人工混交林土壤容重大于撂荒地,持水量小于撂荒地,土壤孔隙度差异不大,有机质、全氮、全磷含量小于撂荒地内,全钾含量高于撂荒地。d)不同石漠化程度下的土壤理化性质含量不同。土壤容重、pH值含量大小表现为极重度石漠化>重度石漠化>中度石漠化>轻度石漠化。其余在不同石漠化程度下的土壤理化性质大小顺序均表现为轻度石漠化>中度石漠化>重度石漠化>极重度石漠化。e)不同石漠化程度下的土壤持水量、孔隙度差异不显著。不同石漠化程度下的土壤容重、pH值、有机质和氮素、磷素、钾素主要表现为轻度石漠化与重度、极重度石漠化有显著性差异(P<0.05)。表明石漠化环境土壤受碳酸盐母岩影响明显。(2)相关性分析结果表明:a)土壤容重与土壤含水量、毛管持水量、最大持水量、最小持水量之间存在极显著负相关关系(P<0.01),与毛管孔隙度、总孔隙度之间存在显著负相关(P<0.05)。土壤pH值与土壤全磷含量存在极显著负相关关系(P<0.01),与全钾含量存在极显著正相关(P<0.01)。土壤有机质含量与土壤全氮、全磷含量存在极显著正相关(P<0.01),与全钾含量显著负相关(P<0.05)。b)不同垂直剖面深度下的土壤也具有一定的相关性,总体表现为B层(15cm-30cm)&C 层(30cm-50cm)之间的相关性>A 层(0cm-15cm)&B 层(15cm-30cm)之间的相关性>A层(0cm-15cm)&C层(30cm-50cm)之间的相关性。(3)主成分分析结果表明:对土壤理化性质指标提取了 4个主成分。四个主成分累积方差贡献率为95.557%。土壤有机质、氮素、磷素、钾素、孔隙度主成分权重系数较大,是土壤理化性质的关键因子,很大程度上对土壤结构的形成和稳定、改善土壤土壤养分循环起到了重要的作用。(4)地统计分析结果表明:a)不同垂直剖面深度下土壤理化性质空间变程范围在21.91m-87.59m之间。不同深度土层下土壤容重、土壤含水量、土壤非毛管孔隙度、毛管持水量、最大持水量的空间自相关变程变化幅度较大。b)土壤理化性质最优半方差函数拟合模型主要包括指数模型、球面模型、高斯模型。土壤理化性质基台比Co/Co+C范围为12.99%-89.53%,其中A层(0cm-15cm)pH、全磷、全钾空间依赖程度很高。A层(0cm-15cm)土壤总孔隙度、最大持水量,B层(15cm-30cm)有机质,C层(30cm-50cm)全氮、最小持水量的空间依赖程度较弱。c)运用Arcgis中克里金插值来估计未采样点对应的理化性质数值,绘制出土壤理化性质的空间分布格局图,发现土壤理化性质各指标在空间上分布着大小、形状不同的异质性斑块。石漠化程度是影响土壤理化性质空间分布格局的重要因素。所以土壤理化性质各指标的高值区大多分布在研究区域内石漠化程度较轻的中部、东部。不同深度下的土壤空间分布格局虽具有各自特点,但存在一定程度的一致性。
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