黄土高原羊圈沟小流域土地利用时空变化的土壤有机碳效应

土地利用变化是影响土壤有机碳储量和分布变化的重要驱动因素,为进一步探讨土地利用变化对土壤有机碳的影响,根据土壤样点数据、土地利用类型图,分析了黄土丘陵沟壑区羊圈沟小流域2006—2011年土地利用变化及其对表层土壤有机碳密度和储量的影响,主要结论如下:(1)小流域土地利用发生较大变化,主要集中在乔木林地和灌木林地面积的增加,分别为39.697、46.404 hm2;以及草地面积的减少,为64.030 hm2;(2)土地利用方式的变化会导致土壤有机碳密度及储量的变化,其中转变用地类型的土壤有机碳储量增加587.25 kg,以荒草地转出类型增加的土壤表层有机碳储量最多,为441.64 kg;灌木林地转出类型减少的土壤表层有机碳储量最多,为-21.01 kg。草地-灌木林地、草地-乔木林地、坡耕地-草地、坡耕地-灌木林地、坡耕地-乔木林地、坡耕地-坝地、梯田-草地、梯田-灌木林地、梯田-乔木林地、梯田-坝地、坝地-草地、坝地-灌木林地、坝地-乔木林地等转换用地类型的表层土壤碳密度增加值高于保持用地类型碳密度的增加值,说明这些地类的转换有利于表层土壤有机碳储量的增加,即有利于表层土壤碳汇的形成;而其他地类转换造成了表层土壤的碳排放,应该引起足够的重视;(3)土壤固碳应着眼于长期效应,频繁的土地利用类型转化可能会降低土壤碳截流效果,黄土丘陵区植被重建的长期利用和保持更有利于土壤有机碳的积累。     

不同尺度下土壤粒径分布特征及其影响因子——以黄土丘陵沟壑区为例

土地利用方式和环境因子是影响土壤粒径的重要因素,尺度不同其影响效应差异明显。研究不同尺度表层土壤粒径与土地利用、环境因子的关系对评价黄土丘陵沟壑区土壤物理性质具有积极意义。选择黄土丘陵沟壑区安塞集水区和沐浴小流域作为研究区,探讨两个尺度上表层土壤粒径含量、分布特征及其与土地利用类型和环境因子的关系。研究结果表明:(1)研究区域内表层土壤颗粒主要为砂粒和粉粒,在小流域和集水区尺度上,各粒径百分含量属于中等变异,D值为弱变异,但随着研究区由沐浴小流域变化到安塞集水区,粒径和D值的空间变异性均有所提高;(2)尺度不同,土地利用对土壤粒径的影响效应不同,在沐浴小流域不同土地利用类型的砂粒含量从高到低依次为荒草地农用地林地灌木林地园地,在集水区的变化顺序依次为荒草地灌木林地林地农用地园地,粉粒含量的次序均与砂粒相反,小流域土壤粒径分形维数D依次为灌木林地荒草地林地园地农用地,在安塞集水区为灌木林地荒草地农用地林地园地;(3)在沐浴小流域和安塞集水区,土壤颗粒分形维数与土壤砂粒、黏粒百分含量呈极显著正相关关系,与土壤粉粒百分含量呈极显著负相关关系,且砂质壤土D值高于壤土和粉壤土;(4)在沐浴小流域,植被盖度、相对海拔和坡位相对于土地利用类型、坡向和坡度对土壤粒径影响较大;而在安塞集水区植被盖度、土地利用类型和坡度对土壤粒径影响较大。     

黄土高原丘陵沟壑小流域土壤水分垂直分布变异特征及影响因子

以地统计学的半变异函数为分析工具,分析了黄土高原丘陵沟壑区小流域土壤水分在垂直方向的空间变异特征以及土地利用类型和地形等因子对其的影响.结果表明:1)球状模型可以很好地拟合土壤水分在垂直方向的半变异函数曲线,其存在强烈或中等程度的空间自相关,变程范围从2～5 m不等;2)果园对土壤水分含量的影响主要表现在1～2 m深度,5月份含量最高,且分布均匀,8月份由于气温和叶面蒸腾作用,水分含量最低.坡耕地和梯田的水分含量都较高,垂直变化不明显,梯田的土壤水分含量最低月份是9月,比坡耕地晚1个月,这是因为所种作物的主要生长季节为9月份,这期间消耗水分较多而造成的.林地由于根系发达,对土壤水分垂直方向的变化的影响比较大,变化为先增大、再减小、最后再增大且分布趋于平缓.灌木林的土壤水分含量整体较低,主要变化深度范围集中在0～2 m;草地的土壤水分含量较高,垂直变化的深度范围集中在1 m以内;3)坡度、坡向地形因子和土壤水分的垂直方向变异特征没有呈现明显的相关性.     

黄土丘陵沟壑区小流域土壤水分空间变异

采用经典统计学和地统计学相结合的方法探讨了黄土丘陵沟壑区小流域土壤水分(0~300 cm)水平和垂直方向的空间变异特征,以及土地利用和地形因子对其影响规律。结果表明:(1)土壤水分的垂直变化表现为先降低后增加;变异系数为11.22%~21.05%,具有中等程度变异,土壤水分平均值与变异系数之间呈显著负相关。(2)梯田的层状分布和微地形的存在削弱了土壤水分在水平方向上的空间相关性;水平方向变程范围在19~102m,增加采样密度能增加土壤水分的空间结构信息;(3)土壤水分在垂直方向上存在强烈或中等程度的空间自相关;垂直方向的变程的范围为0.67~2.64 m;(4)不同环境因子基台值的变化格局与平均土壤含水量相反,水分的增加对基台值有一定的平滑效应;不同土地利用类型对土壤水分垂直变异影响程度依次为荒草地林地退耕地耕地,而坡位则表现为梁沟谷。     

黄土高原小流域土壤养分空间变异特征及预测

在黄土高原小流域尺度上,地形和土地利用是影响土壤属性变异的重要因素.在横山县朱家沟小流域采集111个表层土样,比较不同土地利用及景观位置土壤养分变异及分布特征,分析土壤养分与地形因素的关系并利用相关环境信息进行空间预测.结果表明,不同土地利用类型土壤养分存在显著性差异.有机质和全氮含量表现为坝地最高,灌木地最低,而全磷含量以梯田最高.在不同景观位置,沟平地有机质和全氮含量显著高于其他景观位置,而全磷差异不显著.土壤有机质与复合地形指数CTI、汇流动力SPI、沉积物运移指数STI显著负相关,全氮与沉积物运移指数STI显著负相关,而全磷只与坡度β显著负相关.多元线性逐步回归模型预测土壤有机质和全氮较好,而全磷预测结果较差;回归-克里格预测有效地减小了残差,与实测值较为接近,预测精度高于回归预测.     

元阳梯田水源区土壤水分动态变化规律研究

近几年云南大部分地区受旱情困扰, 但元阳梯田却未受影响, 这与梯田水源区土壤水分运移特征息息相关。为探究该区土壤水分运移特征, 选取乔木林地、灌木地和坡耕地三个标准径流小区, 测定并分析不同坡位(上部、中部、下部)及不同深度(10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、60 cm、100 cm)的土壤容积含水率。结果表明: 土壤水分变异系数随土层深度的增加而减小; 乔木林地、灌木地、坡耕地三种土地利用类型对土壤水分的影响表现为: 雨季差异不显著而旱季差异显著; 乔木林地和坡耕地的储水量以60 cm 为界分为两层, 而灌木地则明显分为10 cm(6 mm-12 mm)、20-60 cm(49 mm-110 mm)、100 cm(169 mm-210 mm)三层, 且土壤储水量与土壤深度的相关度最高; 土地利用类型与土层深度的交互作用对土壤含水率的影响较大; 越往深层, 林地的保水效果越好。因此, 元阳梯田水源区的森林不仅能为梯田提供长流水, 而且在提高土壤水分利用率、维持梯田可持续发展上具有十分显著的作用。     

土地利用和环境因子对表层土壤有机碳影响的尺度效应——以陕北黄土丘陵沟壑区为例

土壤表层有机碳对土地利用和环境因子的变化非常敏感,并具有尺度变异特征。研究不同尺度上表层土壤有机碳的空间分布及其与土地利用与环境因子的关系对于评价黄土丘陵沟壑区表层土壤有机碳状况具有重要意义。选择黄土丘陵沟壑区安塞集水区和集水区内典型小流域——沐浴小流域作为研究区,探讨两个尺度上,表层土壤有机碳的分布特征及其与土地利用、环境因子的关系。结果表明:(1)土地利用方式对有机碳的影响在不同尺度上差异明显,对于不同利用方式下的有机碳含量,沐浴小流域从高到低依次是荒草地林地灌木林地耕地,安塞集水区则依次为林地灌木林地耕地荒草地;(2)对于不同利用方式下的土壤有机碳密度,沐浴小流域从高到低依次是荒草地林地耕地灌木林地,安塞集水区则是林地耕地荒草地灌木林地;(3)在沐浴小流域和安塞集水区两个尺度上,坡向、坡度和植被盖度均与有机碳含量和有机碳密度正相关,而相对海拔、土地利用与有机碳密度负相关;(4)在小流域尺度上,海拔高度、坡位、土地利用与有机碳含量负相关,坡位与有机碳密度负相关,但是在集水区尺度上,相关性则与此相反。     

元阳梯田区不同土地利用类型表层土壤抗蚀性研究

为了研究云南元阳梯田区土壤的侵蚀特性, 得到适合该地区的土壤侵蚀评价指标, 采用常规方法对元阳梯田区有林地、灌木林地、荒草地和坡耕地 0-10 cm 土壤层的团聚状况、根系含量、有机质含量、 3-2 mm 的土壤结构稳定度、土块分散程度等进行测定。结果表明 : 元阳梯田区 0-10 cm 层的土壤均具有良好的团聚状况, 3-2 mm 的土壤结构稳定度均在 80%以上; 4 种土地利用类型以荒草地的抗蚀性最好, 灌木林地次之, 再次为有林地, 坡耕地最差;>3 mm 的土壤团聚体含量、 3-2 mm 的土壤结构水稳度、 <0.05 mm 的土壤分散率、土壤的团聚状况、植物根系含量 5个指标可以较全面地反映出元阳梯田区土壤的抗性能。     

北方农牧交错带土地利用类型对土壤养分分布的影响

对北方农牧交错带多伦县5种土地利用类型进行118个土壤样点分析表明,农田土壤养分含量最低,草地含量处中等,林地含量最高.分别对4种不同土地利用类型在4种＞15.坡的小流域进行布点采样,研究不同土地利用结构对土壤有机质、速效磷、速效氮和全氮的影响.结果表明,在垂直方向上,由坡底到坡中到坡顶,对应的耕地-草地-林地土壤养分要比对应草地-林地-耕地这一土地利用类型中土壤营养元素含量高出1倍左右,说明此种土地利用类型具有较好的土壤养分保持能力,从而优化出最适合当地的土地利用类型,为改善生态环境、提高当地经济效益提供科学依据.     

水土流失治理措施对小流域土壤有机碳和全氮的影响

明确综合治理条件下小流域土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)和全氮(Total nitrogen,TN)的空间分布特征及其影响因素,对科学评价水土流失区土壤固碳潜力具有重要意义。以黄土高原丘陵沟壑区典型小流域(砖窑沟流域)为对象,基于流域内3种典型地貌类型(梁峁坡、沟坡、沟谷)和3种典型水土流失治理措施(水平梯田、林地和草地措施,坡耕地为对照),采集土壤样品737个,研究地貌类型和水土流失治理措施对小流域SOC和TN变化的影响。结果表明,同一地貌类型上,水平梯田、林地和草地措施的SOC和TN(0—10 cm土层)含量均显著高于坡耕地(P<0.1)。梁峁坡上,水平梯田、林地和草地措施条件下的SOC和TN含量较坡耕地依次提高了18%和24%、70%和59%、25%和21%;沟坡上,林地和草地措施的SOC和TN较坡耕地依次提高了76%和54%、25%和27%。同一治理措施在不同地貌类型间对0—10 cm土层SOC和TN的影响存在显著差异(P<0.1)。水平梯田条件下,沟谷的SOC和TN含量比峁坡提高了46%和43%;林地措施条件下,沟坡的SOC和TN含量比峁坡提高了18%和6%;草地措施条件下,沟坡的SOC和TN含量比峁坡提高了14%和18%。0—100 cm土层的SOC或TN在不同地貌类型或不同治理措施间的差异与土壤水分含量(Soil moisture,SM)的变化趋势基本一致,并且SOC或TN与SM呈指数关系y=aebx(y为SOC或TN,x为SM)。     

苏北沿海土地利用变化对土壤易氧化碳含量的影响

土壤易氧化碳(readily oxidizable carbon, ROC)作为指示土壤有机碳(SOC)早期变化的敏感指标,对研究人类干扰及全球变化背景下的土壤有机碳库稳定性及其动态具有重要的指示意义.为深入了解土地利用变化对土壤易氧化碳含量的影响,本文对苏北沿海地区草地、农田、杨-农复合经营及杨树纯林4种不同土地利用方式的土壤ROC含量及其相关因子进行了测定.结果表明： 苏北沿海地区不同土地利用类型的ROC含量表现为草地＜农田＜杨-农复合系统＜杨树林,不同土地利用方式间ROC含量在0~10 cm土层差异最为显著;ROC及ROC/SOC随着土层深度的增加而递减,且不同土层之间差异显著;4种土地利用方式ROC的季节变化趋势一致,其值均为夏季最大,冬季次之,春季最小;ROC与土壤pH值、土壤容重呈极显著负相关,与SOC、土壤水溶性有机碳(WSOC)、全N、土壤C/N、Mg呈显著或极显著正相关,而与土壤湿度、全P的相关性不显著.土地利用方式的变化显著影响了土壤易氧化碳的空间分布特征,土壤容重、pH值、全N和SOC是ROC在不同土地利用方式间产生差异的主要-原因.     

基于地形梯度特征的福州市景观格局演变

地形是土地景观格局变化的重要因素.为揭示不同地形梯度下景观格局的时空特征和变化规律,以1995、2005和2015年3期福州市遥感影像和数字高程模型(DEM)数据为基础,运用地形位指数、土地利用分布指数、地学信息图谱分析和景观指数等方法,探讨景观格局的地形梯度效应以及形成原因.结果表明: 研究期间,研究区林地主要位于中低、中高和高等级地形位,农地、水体、建设用地和未利用土地主要集中位于低等级地形位.1995—2015年,福州市林地、农地和未利用土地面积减少,建设用地和水体面积增加.景观类型变化以稳定型为主,主要分布于中低、中高及高等级地形梯度区域;景观格局在地形梯度上变化差异明显,低地形位区域景观类型主要转向建设用地,而在中低及中高地形位区域,主要发生农地与林地的交替转变.研究区景观格局破碎化、景观异质性和景观多样性等属性逐年上升,随着地形梯度升高而降低.     

Prediction of soil property distribution in paddy soil landscapes using terrain data and satellite information as indicators

Sustainable land management and land use planning require reliable information about the spatial distribution of the physical and chemical soil properties affecting both landscape processes and services. Although many studies have been conducted to identify the spatial patterns of soil property distribution on various scales and in various landscapes, only little is known about the relationships underlying the spatial distribution of soil properties in intensively used, finely structured paddy soil landscapes in the southeastern part of China. In order to provide adequate soil information for the modelling of landscape processes, such as soil water movement, nutrient leaching, soil erosion and plant growth, this study investigates to what extent cheap and readily available ancillary information derived from digital elevation models and remote sensing data can be used to support soil mapping and to indicate soil characteristics on the landscape scale. This article focuses on the spatial prediction of the total carbon and nitrogen content and of physical soil properties such as topsoil silt, sand and clay content, topsoil depth and plough pan thickness. Correlation analyses indicate that, on the one side, the distribution of C, N and silt contents is quite closely related to the NDVI of vegetated surfaces and that, on the other side, it corresponds significantly to terrain attributes such as relative elevation, elevation above nearest drainage channel and topographical wetness index. Geostatistical analyses furthermore reflect a moderately structured spatial correlation of these soil variables. The combined use of the above mentioned terrain variables and the NDVI in a multiple linear regression accounted for 29% (silt) to 41% (total C) of the variance of these soil properties. In order to select the best prediction method to accurately map soil property distribution, we compared the performance of different regionalization techniques, such as multi-linear regression, simple kriging, inverse distance to a power, ordinary kriging and regression kriging. Except for the prediction of topsoil clay content, in all cases regression kriging model “C” performed best. Compared to simple kriging, the spatial prediction was improved by up to 14% (total C), 13% (total N) and 10% (silt). Since the autocorrelation lengths of these spatially well correlated soil variables range between three and five times the soil sampling density, we consider regression kriging model “C” to be a suitable method for reducing the soil sampling density. It should help to save time and costs when doing soil mapping on the landscape scale, even in intensively used paddy soil landscapes.     

Implications of land-cover types for soil erosion on semiarid mountain slopes: Towards sustainable land use in problematic landscapes

The impact of land-cover types on soil erosion and runoff, as well as on physico-chemical soil properties, was monitored. The study area, an agroforestry landscape was located in Sierra Nevada Mountains in south-eastern Spain. Eight land-cover types were investigated: farmland planted with olive, almond, and cereals; forest with P. halepensis and P. sylvestris; shrubland; grassland; and abandoned farmland. The erosion plots replicated twice were located on hillslopes, where erosion and runoff were measured after 22 storm events. Forest dominated by Pinus stands exhibited significantly the lowest amounts of erosion and runoff, contrasting with abandoned farmland. Olive had higher erosion than did almond, cereals, or grasslands, but with the highest runoff rate under almond groves. The erosion and runoff response to shrubland showed an intermediate situation between forest and farmland–grassland uses. Under forest and shrubland, better soil properties were determined, especially higher organic C and total N, and lower soil-bulk density. Erosion was highly dependent on runoff, bulk density, soil organic C, and the degree of soil surface covered. Thus, the alteration in land cover is essential to an understanding of productivity of soil undergoing erosion, as sustainable planning can mitigate soil-degradation processes in the overall agroforestry landscape.     

松嫩平原沙土区不同植被类型对土壤相关指标的影响

松嫩平原沙土区严重退化,不同植被对土壤影响的数据有助生态恢复,但相关数据匮乏严重。本研究以松嫩平原核心区新店林场的农田、草地、杨树林、落叶松林、樟子松林和榆树林等6种植被为研究对象,采集三层（0~20、20~40和40~60 cm）土样,测定土壤理化指标（容重、土壤含水量、土壤pH、土壤电导率、有机碳、碱解氮、全氮、速效磷、全磷、速效钾、全钾）及根系密度、根系含水量。结果如下：6种植被在整个土壤剖面上显著影响了13个指标中的8个指标（根系密度、容重、土壤含水量、土壤pH、土壤电导率、全氮、根系含水量、有机碳）,其中根系密度植被间差异在不同土层显著不同(交互作用,P<0.05),而其它7个指标在不同土层的种间差异基本一致（交互作用,P>0.05）。与林地和农田相比,草地具有最大的根系生物量,达到农田的1.8倍,是4种林分平均值的1.4倍。容重、土壤含水量、pH、土壤电导率值均草地最高,林地最小。土壤有机碳的累积受根系密度和容重影响明显,土壤氮除了受上述两个因素影响外,还受土壤含水量的影响。上述结果说明草地对于表层土壤生物固着明显,而人工造林能够改善土壤物理性质、降低盐碱但增加耗水,这些结果对于西部沙土区通过植被恢复来实现土壤修复提供数据支撑。     

东北黑土区小流域农业景观结构与土壤侵蚀的关系

以黑土侵蚀区的拜泉县双阳河流域为案例,提取地形和土壤类型相对接近的30个上游子流域作为分析样本。以遥感、GIS和FRAGSTATS软件为平台获得景观格局指数,运用基于GIS的RUSLE模拟土壤侵蚀,通过相关性分析和多元回归研究景观指数与侵蚀模数的呼应关系。从而探讨土地利用调整和流域综合治理下的景观结构特征对土壤侵蚀的影响,为当地或同类地区土地利用规划和侵蚀治理提供科学参考。结果表明：顺坡垄农田面积百分比、景观聚集度与土壤侵蚀模数显著正相关,灌木林地、草地面积百分比、香农多样性指数与土壤侵蚀模数显著负相关。9个结构因子与土壤侵蚀模数的复相关系数（R=0．931）大于单因子相关系数,多个景观结构因子综合地影响了土壤侵蚀,且达到高度相关。研究区侵蚀强度较轻,但大于东北黑土区土壤容许流失量标准。农田是土壤水蚀的主要景观要素,同时也是水土保持的主战场。增加灌草地斑块、实施农田保护性耕作等将是该流域继续控制土壤侵蚀的有效办法之一。     

黄土丘陵沟壑区景观格局演变特征——以陕西省延安市为例

以陕西省延安市1985年、2000年和2008年三期1∶25万景观单元类型图,1∶5万地形图等生成的数字高程模型(DEM)为数据源,基于ArcGIS 9.3软件,采用多距离空间聚类、景观单元类型转移矩阵、空间数据叠加分析等方法分析了延安市景观格局的演变特征。结果表明:延安市的景观是由林地、灌木、草地和农田等基本景观单元构成的复合景观;研究期间农地面积急剧减少,流失的农地主要转变为林地、草地、灌木和聚落,除农地和裸地外,其他景观单元类型面积均有不同程度的增加;1985—2008年,林地、灌木和草地聚集的最大尺度减小,而农田聚集的最大尺度变大,农田和草地的空间聚集强度明显小于林地和灌木;延安市主要景观单元类型演变主要发生在海拔1100—1500 m之间的区域和坡度范围7—21°之间的区域,但农田向聚落的演变主要发生在海拔较低(900—1300 m)、坡度较缓(7°)的平川缓丘地带。1999年之前,经济的迅速发展是延安市景观格局演变的主要驱动因素;而1999年之后,国家推行的退耕还林(还草)等一系列生态重建措施成为延安市景观格局变化的主要驱动因素。     

黄土高原水蚀风蚀交错区植被地上生物量及其影响因素

采用野外调查的方法,于2009年9月下旬测定了六道沟小流域不同土地利用方式下的地上生物量以及土壤水分含量和养分含量,研究了水蚀风蚀交错区典型小流域植被地上生物量水平及其影响因素.结果表明:六道沟小流域主要植被地上干生物量在177～2207g·m-2;其中,玉米、谷子、弃耕地、人工草地、天然草地和灌木地的地上干生物量分别为2097～2207、518～775、248～578、280～545、177～396和372～680 g·m-2.农田平均土壤含水量(0～100 cm土层)最高,达14.2%,灌木地最低,为10.9%;弃耕地土壤水分含量的变异系数最大,为26.7%,说明弃耕地土壤水分有很强的空间异质性.土壤平均储水量大小顺序为:农田>人工草地>弃耕地>天然草地>灌木地,苜蓿地和柠条地出现土壤干化现象.植被地上干生物量与0～100 cm土层土壤储水量存在显著正相关关系(r=0.639,P<0.05),地上鲜生物量与植被的株高呈极显著正相关,较高植被的地上生物量可以间接控制水蚀风蚀交错区土壤侵蚀.植被地上生物量与土壤水分、养分具有很高的相关性,但与海拔、坡度、坡向、容重等的相关性不显著.