青藏高原东北缘不同土地利用类型土壤质量综合评价

土壤质量评价是合理利用土壤资源的重要前提。通过采集青藏高原东北缘甘肃省天祝县境内林地(n=9)、草地(n=18)和耕地(n=38)土壤样品,并测定土壤容重、田间持水量和有机质等13项土壤理化性质指标,采用主成分分析和相关性分析构建最小数据集(MDS),建立土壤质量评价指标体系,对3个不同土地利用类型的土壤质量进行综合评价。结果表明: 林地的总孔隙度、毛管孔隙度、田间持水量、毛管持水量、饱和含水量、有机质、全氮和速效钾含量显著高于草地和耕地。林地土壤质量评价指标体系包括田间持水量、有机质、全氮、速效氮和速效钾,土壤质量指数(SQI)介于0.329～0.678,平均值为0.481;草地土壤质量评价指标体系包括田间持水量和速效氮,SQI介于0.302～0.703,平均值为0.469;耕地土壤质量评价指标体系包括毛管持水量、非毛管孔隙度、速效氮、速效磷和速效钾,SQI介于0.337～0.616,平均值为0.462。影响林地、草地和耕地土壤质量的最大障碍指标分别为速效钾、田间持水量和毛管持水量。基于MDS的土壤质量指数能够实现研究区不同土地利用类型土壤质量的准确评价,土壤质量整体上表现为林地>草地>耕地,评价结果对该区域土壤可持续管理具有重要参考价值。     

贵州喀斯特山区不同海拔花椒人工林土壤质量评价

阐明贵州喀斯特山区花椒人工林的土壤养分含量及其质量综合指数至关重要。以不同海拔样地的土壤为研究对象,采用土壤农业化学、环境矿物学技术对矿质元素等进行分析。结果表明:不同样地土壤的pH值呈显著差异,随海拔增加表现为升高—降低的变化趋势;最低海拔(594m,HJ1)与最高海拔(884m,HJ5)样地的土壤有机碳、总氮、速效氮总体显著高于中间3个海拔样地(660m、705m、778m,HJ2—HJ4),总磷与速效磷的变化则相反;除大量元素外,矿质元素在不同海拔花椒林地之间变化规律不明显,其中总硫、铅、镉、硒等元素表现为最高海拔样地急剧升高的趋势;氮、磷与其他矿质元素之间表现出一定的显著性相关,表明其关系密切;土壤质量综合指数为HJ5(2.16)HJ3(0.43)HJ4(0.19)HJ1(-0.21)HJ2(-2.60),表明高海拔花椒林地表层土壤质量总体优于低海拔,揭示了土壤养分随海拔变化表现出分异规律。土壤管理上应同时施用有机肥和矿质元素肥料,提高土壤养分供给能力和利用效率。以上结论可为贵州喀斯特山区花椒林养分管理和可持续经营工作提供借鉴和参考。     

宁夏黄土丘陵区典型人工林土壤健康评价

探究人工林土壤健康状况及其障碍因素对防治土壤退化,维持人工林稳定性具有重要意义。以宁夏黄土丘陵区5种典型林分类型(山杏(Prunus sibirica)纯林、柠条(Caragana korshinskii)纯林、沙棘(Hippophae rhamnoides)纯林、山杏×柠条混交林、山杏×沙棘混交林)为研究对象,分析了不同林分土壤理化及生物学性质。基于主成分分析筛选出最小数据集,通过土壤健康指数和障碍因素诊断对宁夏黄土丘陵区典型人工林土壤健康状况进行评价。结果表明:不同林分类型土壤特性指标间存在显著差异(P<0.05),含水量、总孔隙度、有机碳、全钾、速效钾、β-1, 4-葡萄糖苷酶、微生物生物量碳、细菌Chao1指数等指标在山杏×沙棘混交林和山杏纯林表现最佳,容重、速效磷、细菌Shannon指数、真菌Chao1和Simpson指数在柠条纯林表现较好;基于最小数据集得出总孔隙度、有机碳、速效钾、pH、微生物生物量氮、真菌Chao1指数是影响的不同人工林土壤健康的关键因素;5种典型林分土壤健康指数介于0.48-0.59,综合排名为山杏×沙棘混交林>山杏×柠条混交林>沙棘纯林>山杏纯林>柠条纯林;林地土壤健康障碍度介于10%-20%的中度障碍指标有土壤含水量、容重和pH,其他指标均为轻度障碍(＜10%),土壤含水量是影响林地土壤健康的最大障碍因素。宁夏黄土丘陵区典型人工林中以山杏×沙棘和山杏×柠条混交林土壤健康状况最佳,土壤水分是影响人工林土壤健康的关键因子,研究结果可为今后该地区土壤健康评价模型构建与土壤管理及林分结构优化管理提供参考。     

基于最小数据集的青藏高原南北部不同土地利用方式土壤质量评价

为了评估青藏高原南北部林地、草地和农地的土壤质量状况,明确3种土地利用方式下生产力水平的关键影响因子,在青藏高原南部和北部采集了101个(0～30 cm)土壤样品测定土壤理化性质,通过主成分分析选择3个指标作为最小数据集(MDS),综合评估青藏高原南北部土壤质量。结果表明：3种土地利用方式下土壤理化特性在青藏高原南、北部差异显著。北部土壤有机质(SOM)、全氮(TN)、速效磷(AP)、速效钾(AK)含量均高于南部,且南北部的林地SOM、TN含量均显著高于农地和草地。土壤铵态氮(NH₄⁺-N)含量表现为农地>林地>草地,且在南部差异显著,而南北部硝态氮(NO₃^--N)含量均表现为林地最高。农地的土壤容重(BD)和电导率(EC)显著高于草地和林地,且北部农地和草地的BD和EC高于南部。南部草地pH显著高于林地和农地,北部林地pH最高。北部土壤质量选取指标为SOM、AP和pH,林地、草地和农地的土壤质量指数依次为0.56、0.53和0.47;南部选取指标为SOM、全磷(TP)和NH_4...     

不同人工林生态系统林地土壤质量评价

利用定位研究方法,综合比较了第2代连栽杉木纯林、杉木与阔叶树混交林以及阔叶纯林3种人工林生态系统对林地土壤质量的影响.结果表明,与连栽杉木纯林相比,在杉阔混交和阔叶树轮栽两种经营模式下,土壤养分含量增加,物理性状改善,土壤生物活性提高.利用土壤质量评价体系在对土壤功能评价的基础上,直观评价了3种经营模式的土壤质量状况.在研究区内,杉木与阔叶树混交以及阔叶树轮栽的水分有效性、养分有效性和根系适宜性以及最终的土壤质量指数均处于中等水平,而连栽杉木林的水分有效性、养分有效性和根系适宜性较差,土壤质量指数处于较低水平.总有机C、阳离子交换量和微生物生物量C与其它土壤理化性质和生物学性质之间明显相关,可将其作为研究区土壤质量的指示指标;土壤微生物生物量C、N、P与土壤总有机C、土壤全N、土壤全P含量之间也存在较好的相关性.     

青海省海北州典型高寒草甸土壤质量评价

以青海省海北州的典型高寒草甸(金露梅灌丛草甸、矮嵩草草甸、高山嵩草草甸)为研究对象,以7种土壤微生物活性指标和10种土壤理化性质指标组成的土壤生物肥力性质为评价指标,对不同利用方式下草甸的土壤质量进行主成分分析(PCA).结果表明：高寒草甸土壤综合质量可用3个主成分（PC）来表征,其中PC₁上有13个指标的载荷较高,PC₂上有3个指标的载荷较高, PC₃上只有全磷的载荷较高.结合Norm值的方法,筛选出微生物生物量碳、脲酶、碱性磷酸酶、蛋白酶、有机碳、全氮、有效氮、有效磷、有效钾、容重和阳离子交换量(CEC)等11项指标,建立了海北高寒草甸土壤综合质量评价的最小数据集(MDS).通过主成分和对应的权重系数分析, 对3种草甸的土壤综合质量进行排序,0～10 cm层为矮嵩草草甸＞金露梅灌丛＞高山嵩草草甸;10～20 cm层为金露梅灌丛＞高山嵩草草甸＞矮嵩草草甸.     

不同人工林生态系统林地土壤质量评价

利用定位研究方法,综合比较了第2代连栽杉木纯林、杉木与阔叶树混交林以及阔叶纯林3种人工林生态系统对林地土壤质量的影响．结果表明,与连栽杉木纯林相比,在杉阔混交和阔叶树轮栽两种经营模式下,土壤养分含量增加,物理性状改善,土壤生物活性提高．利用土壤质量评价体系在对土壤功能评价的基础上,直观评价了3种经营模式的土壤质量状况．在研究区内,杉木与阔叶树混交以及阔叶树轮栽的水分有效性、养分有效性和根系适宜性以及最终的土壤质量指数均处于中等水平,而连栽杉木林的水分有效性、养分有效性和根系适宜性较差,土壤质量指数处于较低水平．总有机C、阳离子交换量和微生物生物量C与其它土壤理化性质和生物学性质之间明显相关,可将其作为研究区土壤质量的指示指标;土壤微生物生物量C、N、P与土壤总有机C、土壤全N、土壤全P含量之间也存在较好的相关性。     

基于土壤特征和土地利用变化的土壤质量评价最小数据集确定

进行土壤质量评价前,必须先从大量土壤理化、生物学参数中严格选取对土壤质量敏感的评价参数最小数据集(MDS)。考虑到目前经济转型期我国剧烈的土地利用变化对各种土壤过程的深刻影响,通过以下3步选取土壤质量评价MDS:通过主成分分析(PCA)计算各土壤参数在所有特征值≥1的主成分上的综合荷载;通过多变量方差分析定量了土地利用变化对各土壤参数的贡献;通过均值多重比较确定了土地利用年限对土壤性质的定量影响。最后经过线性变换、分组、相关分析检验等过程,得到一个能最大限度的代表所有候选土壤参数而又尽可能少的损失这些候选参数所包含的土壤质量信息的最小数据集。该土壤质量评价MDS因子选取方法能很好地整合土地利用变化的综合定量影响,同时具有很好的灵活性、可扩展性并能外推到其它地区。通过将该方法分别应用在1985年及2004年采样分析的两套数据各12个土壤候选参数集上,得到了各包含6个因子的MDS及其在20a尺度上的变化规律,发现MDS因子略有不同,但变化不大。     

福建冷浸田土壤质量评价因子的最小数据集

江南山区中低产冷浸田分布广泛,其改良利用对促进粮食增产意义重大.本研究通过比较福建省17对典型冷浸田与同一微地貌单元内非冷浸田表层土壤的41项物理、化学与生物指标,系统分析了冷浸田与非冷浸田之间各指标差异及其产生的原因,并利用主成分分析等方法构建冷浸田土壤质量评价因子最小数据集.结果表明:与非冷浸田相比,冷浸田土壤总有机质高31.7％,表征活性有机质的微生物生物量C降低37.8％;Fe2+高177.0％,速效磷、钾分别降低52.3％和22.8％;过氧化氢酶和转化酶分别高58.3％和22.1％,磷酸酶、硝酸还原酶分别降低47.8％和66.6％,微生物区系数量降低29.8％～46.0％;物理性砂粒含量高8.0％,浸水容重降低25.8％.冷浸田与非冷浸田之间表土有28项属性指标呈现显著差异.用因子分析方法从28项有显著差异的指标中归纳出累计贡献率达78.5％并能分别反映土壤生化、活性有机N、还原性障碍、物理与化学养分特征的5个主成分,结合相关分析模型和专家经验法建立了包括C/N、细菌、微生物生物量N、还原性物质总量、物理性砂粒、全磷6项因子的冷浸田土壤质量评价因子最小数据集.     

主成分分析在三七连作土壤质量综合评价中的应用

三七(Panax notoginseng)的连作障碍效应严重,但其连作土壤质量研究尚属空白.本研究采用主成分分析结合聚类分析的方法对三七连作土壤质量进行综合评价,结果发现:微生物多样性指数、土壤真菌数量与比例及土壤P和K含量是决定土壤质量的关键因素.土壤质量综合评价指数(f值)可以较好地反映实际土壤质量,并能够在一定程度上反应三七植株的生长状况,是较为理想的土壤质量评价指标.     

坡面土地利用方式与景观位置对土壤质量的影响

坡面土地利用与植被的斑块化镶嵌是人类干扰山区景观异质性的特点,在卧龙湿润高山地区,森林砍伐、植被破坏,农业坡耕地与人工林种植是居民区附近土地利用多样化的原因,从样带与生态系统类型尺度上探究土地利用与坡面景观位置对土壤水分与养分的影响,利用定量化的方法,揭示坡面上土壤质量与土地利用类型,景观位置之间的关系。选取了四种典型的土地利用类型（灌丛,撂荒地,坡耕和人工林）与4个坡面位置（上坡,中坡,下坡和坡脚）,通过样带采样研究它们之间土壤养分的差异。利用主成分分析（PCA）等多元统计方法来定量化比较不同土地利用与坡位下的土壤质量。结果表明,灌丛有着较高的土壤质量指数（QI）。而人工林与农田的QI值较低。这表明灌丛在坡面上有着“肥力岛屿”效应。不同坡位条件下土壤质量指数（PI）表明,与中坡位和下坡位相比,上坡位与坡脚处土壤质量要高。结果说明坡面土壤质量的变化是土地利用方式变化与景观位置分异综合作用的结果。     

植被恢复对西南喀斯特地区土壤气候韧性的提升作用

土壤质量提升是生态系统应对气候变化能力增强的关键。为探究气候变化背景下不同植被恢复方式对喀斯特地区土壤质量的影响,基于黔桂喀斯特地区气候梯度样带84个样方土壤物理、化学和生物性质综合分析,分别以耕地和次生林作为退化和顶级恢复对照,探讨了自然恢复(灌木林)和人工恢复(人工林)的土壤质量提升效应及其对气候变化的响应。结果表明:(1)植被恢复不仅显著提高了土壤细菌、真菌、放线菌等微生物丰度以及有机碳、全氮、速效氮等养分含量,也对土壤质地有一定改善;(2)自然恢复和人工恢复均提高了土壤质量,两种恢复方式之间土壤质量指数无显著差异,但与次生林依然存在差距。灌木林和人工林的土壤质量仅约为次生林土壤质量的62%-66%;(3)耕地土壤质量随年均温和年平均降雨量的增加而下降,次生林的土壤质量随年平均降雨量的增加而上升,植被恢复对土壤质量的提升率与年均温和年平均降雨量呈正相关关系。阐明了在一定范围的气候变化下进行植被恢复可以显著提升喀斯特地区土壤的气候韧性,揭示了喀斯特地区植被恢复对土壤质量的提升主要是由于提高了土壤碳氮养分含量及改善了土壤微生物群落结构,这为全球气候变化背景下喀斯特退化土地生态恢复和管理提供了理论依据。     

南药立体经营模式土壤质量综合评价

为筛选优化的南药立体经营模式,本试验选用适宜南方种植的4种药用植物,采用随机区组设计,在已有的杉木林下,构建4种林药立体经营模式,分别是杉木（Cunninghamia lanceolata）+梅叶冬青（Ilex asprella）+艾纳香模式（Blumea balsamifera）（简称SMA）、杉木+梅叶冬青+广金钱草（Desmodium styracifolium）模式（简称SMG）,杉木+梅叶冬青+草珊瑚（Sarcandra glabra）模式（简称SMC）,杉木+梅叶冬青模式（SM））,以杉木纯林（简称CK）为对照,分析不同模式内0~20和20~40 cm土层土壤理化性质和土壤酶活性变化,并运用主成分分析法综合评价模式对林地土壤质量的影响。结果表明（1）与对照（纯林）相比,4种林药模式下的土壤容重均显著下降,且随土层深度的增加而增加。0~20 cm土层各模式土壤容重降幅分别为：模式SMA13.4%、模式SMG 14.1%、模式SMC 20.8%和模式SM 22.3%、;20~40 cm土层的土壤容重各处理降幅为7.0%~15.5%。各模式土壤质量含水量、田间持水量、毛管持水量、毛管孔隙度和总孔隙度均显著提高（P<0.05）,且随土层深度的增加而减小,0~20 cm土层,均是以模式SM最大,分别比对照提高54.9%、100.1%、88.6%、44.9%和36.8%;20~40 cm土层,均以模式SMG最大,分别是对照的61.5%、67.6%、69.7%、43.4%和44.0%。（2）0~20 cm土层pH呈下降趋势,降幅0.7%~6.2%,20~40 cm土层中各处理pH差异较大,但均未达到显著水平。除全钾外,其余土壤养分含量各模式均随着土层深度的增加而降低。0~20 cm土层中,有机质、全氮、全磷、速效氮磷钾、交换性钙和镁以及阳离子交换量均以模式SMC含量最高,分别比对照提高79.7%、69.5%、30.3%、91.4%、279.4%、166.1%、91.6%、677.0%和70.3%。全钾含量以模式SMG最高,比对照增加了26.9%。（3）各处理土壤酶活性均随着土层深度的增加而降低。在0~20 cm土层中,与对照相比,各模式土壤的脲酶、蔗糖酶、多酚氧化酶和酸性磷酸活性差异显著（P<0.05）,其中脲酶和多酚氧化酶活性以模式SMC活性最高,分别是对照的1.7倍和1.6倍,蔗糖酶活性各模式皆低于对照,降幅59.3%~69.4%;酸性磷酸酶活性模式SMA最高,比对照提高78.7%。20~40 cm土层中,各模式及对照间仅酸性磷酸酶活性差异达到显著水平。（4）南药立体经营模式对土壤质量影响的综合排序为,模式SMC（2.811）>模式SMG（1.293）>模式SMA（0.111）>模式SM（-1.544）>CK（-2.671）。     

基于主成分分析的土壤肥力综合指数评价

以杨凌为研究区域,选择田块尺度为评价单元,采集27个田块土壤,利用模糊数学中综合指数评价模型进行土壤肥力质量评价。经取样数合理性统计分析,27个样点估计研究区域土壤肥力评价能够满足90%置信水平条件下15%和20%的相对误差取样数的精度需求。运用主成分分析,通过计算变量的Norm值筛选速效钾、碳酸钙、全磷、全氮、土壤有机质、CEC、速效磷、全钾进入土壤肥力评价的最小数据库集(MDS),利用非线性隶属度函数实现评价指标量纲归一化且评价单项肥力指标,利用雷达图直观地反映单因素肥力指标在土壤中的状态以及土壤肥力的整体状况,结果表明,全磷和碳酸钙是影响研究区土壤肥力的限制性因子。研究区域在田块评价尺度上的土壤肥力综合指数范围为0.7~0.8。     

Soil quality regime in relation to land cover and slope position across a highly modified slope landscape

Vegetation and land-use mosaics of shrub land, grassland, farmland and reforested land are characteristic for residential areas of the Wolong nature reserve in Sichuan province, southwest China. The patterns represent a stage in long-term human disturbance and natural secondary succession since deforestation. The aim of this paper was to elucidate the soil-land cover types, soil-slope position relationships on a typical disturbed slope in the humid mountainous region. Soils were taken from four typical land cover types (shrub land, grassland, farmland and reforested land) under four slope positions (upper slope, middle slope, lower slope, foot slope) to study the distribution of soil nutrients and moisture on the transect scales of the slope. To elucidate the influence of land-use and slope position on soil quality, two integrated quantitative indexes were developed to compare soil quality under different land-use types (QI) and under different slope positions (PI). The results showed shrub land had the highest QI value, while the QI of reforested land and farmland had lower values. Foot slopes and upper slopes had higher soil quality levels compared to middle slopes and lower slopes. The results indicated that on the slope scale shrub land had high soil quality levels. The results also suggested that in the area of China where the climate favors secondary succession, leave nature as it is is a better choice than the policy change farmland to forest land.     

放牧对祁连山高寒典型草原土壤质量的影响

土壤质量是维持陆地生态系统稳定性与功能多样性的基础。放牧作为草地资源最广泛的利用方式之一,其对草地土壤质量的影响却缺乏量化标准,且两者之间的作用机理尚不明确。以祁连山高寒草原两个季节性牧场为研究对象,结合生态系统耦合与生态系统多功能性,探究了放牧对高寒草原土壤质量的影响与潜在机制。试验结果表明：基于最小数据集,不同放牧率下土壤质量指数差异显著(P<0.05),冬季牧场和春秋季牧场放牧率分别在2.45头月^-1 hm^-2和0.80头月^-1 hm^-2时土壤质量指数最高。土壤速效磷、有机碳、氮磷比和土壤pH是决定冬季牧场土壤质量的关键因子,而春秋季牧场中则是土壤有机碳、碳氮比和土壤pH;两个季节性牧场土壤质量指数与物种丰富度指数(P<0.05)和香浓维纳多样性指数(P<0.0001)呈显著正相关。高寒草原季节性牧场放牧地植物群落物种多样性与土壤因子耦合度在0.67—0.81之间,平均耦合度为0.74,属于中度协调;随着放牧率的增加,生态系统多功能性指数逐渐减低且与土壤质量指数变化趋势相似,...     

基于主成分分析的古树土壤肥力综合评价

以广州市海珠区登记在册的40株古树为研究对象,调查其生长状况,采集土壤测定pH、EC值、容重、通气度、有机质、全N、全P、全K、水解N、有效P、速效K含量等11项理化指标,采用主成分分析和聚类分析对古树土壤肥力进行综合评价。结果表明:海珠区大多数古树土壤EC值偏低(<0.35 mS·cm^-1),表现为强变异;土壤有机质、全N、水解N、有效P、速效K含量充足,土壤全P和全K分别有65.71%、40.00%样本处于低含量水平。土壤全P和全K隶属度函数值低于其他指标,表明全P和全K是影响古树土壤肥力的限制性因子。主成分分析结果显示古树土壤有机质的权重系数最大(0.111),而且与EC值、全P、速效K呈显著正相关(P<0.05),与全N、水解N、速效P呈极显著正相关(P<0.01),表明有机质含量在古树土壤肥力中起重要的作用,并与土壤养分供应密切相关。古树土壤肥力综合得分为0.483—0.924,聚类分析将古树土壤肥力分为3类,土壤肥力良好(第1类)占比94.29%。综上可知,海珠区古树土壤肥力水平整体良好,土壤肥力偏低的古树需要加强日常养护。