黑土区小流域土壤养分空间分异规律及其主要驱动机制研究

水土流失和不同土地利用方式加大了坡耕地土壤养分空间分异趋势，给区域精准施肥带来了困难，不合理施肥降低了肥料的利用效率和作物产量。当前，大部分研究多是概括地描述表土层（0-20 cm）土壤养分空间分异格局受结构因子和随机因子的影响程度，缺乏研究与作物生长密切相关深土层土壤养分空间分异格局和定量化研究各结构因子的驱动作用，限制了土壤养分空间分异格局形成的模拟、预测。本研究以东北黑土区典型小流域为基本单元，区域内分层采样测定0-60 cm土壤养分，利用修正和验证后的中式USLE模型，分析黑土区流域内土壤侵蚀空间分异格局，结合水土流失和土地利用变化定量地分析土壤养分空间分异特征及主要驱动机制。目的为(1)定量地揭示流域内土壤养分立体空间分布格局；(2)定量地揭示主要因子对土壤养分空间分异格局形成的驱动作用。旨为科学施肥、增加肥料利用效率、提高粮食产量和生态环境保护等提供一定理论依据和技术支撑。

本项目于2012年秋在典型黑土区小流域（海伦河光荣小流域）分层（0-20 cm、20-30 cm、30-40 cm、40-50 cm和50-60 cm）采集土壤样品610个，测定了土壤有机质（SOM）、全氮（TN）、全磷（TP）、全钾（TK）、速效磷（Ca-P、Olsen-P）、速效钾（AK）、Ph等。结合经典统计学和地统计学的分析原理，利用ArcGIS空间分析平台，系统地分析了影响土壤横向和纵向空间分异规律的主要驱动作用。.（1）SOM在0-50 cm土层，TN在30-60 cm土层表现出较强的空间自相关特征，主要受结构因子影响。和次生林相比，SOM和TN通常在耕地0-30 cm处较高，而在30-60 cm处较低。耕地中SOM和TN随深度增加而降低，而林地中SOM和TN是先降低后升高。0-30 cm土层SOM和TN通常在缓坡的坡顶处和部分坡底处较高。但是30-60 cm土层SOM和TN在坡背处较低，在坡底处较高。同时由于侵蚀和沉积的空间分布，0-60 cm碳氮储量都是坡顶和部分坡底处较高，通常坡底处较低。.（2）AP在整个研究区内0-60 cm土层和TP在0-30 cm和40-50 cm土层均表现出较强的空间自相关性。水平方向上，TP在0-60 cm土层均是沿着水道的方向逐渐增加，南朝向坡面坡背处含量明显偏低。南坡的AP高于北坡，通常在南坡0-30 cm土层AP从坡顶向坡底逐渐降低。TP随着土壤深度增加含量降低，而AP最高值在30-40 cm土层处。耕地还林10年后，未能改变受耕地的影响，部分区域P素分布还保留着原来耕地的特征。.（3）除30-40 cm土层，AK主要受结构因子影响，属于强度空间变异水平。垂直方向上，无论是农田还是次生林中AK都是从上到下先减少后增加。水平空间分布上，AK在各土层的分布规律相近，通常从次生林向农田逐渐减少。且在南坡沿坡向向下逐渐降低。同时AK沿着水道的方向逐渐降低。坡度、坡向、海拔高度致使AK在水道两侧分布规律不同。AK与土壤侵蚀和坡度有很好的负相关关系，但是与海拔高度仅仅在40-50 cm土层达到显著正相关关系。.（4）坡向、坡度、侵蚀是影响横向土壤SOM、N、P、K分布格局的主要驱动因子，作物生长、施肥等是影响纵向土壤SOM、N、P、K分布格局的主要驱动因子。分别建立了基于地形因子的土壤SOM、N、P、K预报模型。