寻乌县土壤pH时空变异特征及其对土地利用变化的响应

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土壤酸碱性是土壤诸多理化性质的综合反映,土壤酸碱性的变化对土壤养分保持与供给、农作物生长和农产品质量有重要影响。土壤pH是反映土壤酸碱状况的指标,在不同土地利用类型下,独特的自然环境和人为活动使得土壤pH具有明显差异。探究土地利用变化下土壤pH时空变异及其影响因素的规律,是了解土壤酸碱性变化趋势,进而制定针对性调控措施的基础。本研究以寻乌县为研究区,基于1984年第二次土壤普查的595个土壤样点和2018年采集的580个采样点,首先,一方面应用普通克里格方法(Ordinary kriging,OK)探究了寻乌县土壤pH在35年间的时空变异特征;另一方面,利用随机森林方法(Random Forest,RF)对寻乌县1984年、1995年、2006年和2018年的土地利用类型进行了监督分类,明确了35年间土地利用类型的变化状况;之后应用地理加权回归模型(Geographically Weighted Regression,GWR)探究了海拔、坡度、距河流距离、距道路距离和氮肥施用量对土壤pH时空变异影响作用的空间非平稳性;最后,基于土壤pH时空变异状况、土地利用变化状况以及土壤pH变化影响因素作用的空间差异,分析了土壤pH时空变异对土地利用变化的响应,并厘清了土地利用变化过程中土壤pH时空变异影响因素的差异。研究得出主要结论如下:(1)寻乌县1984年土壤样点pH在4.30~6.70之间,平均值为5.35,变异系数为6.54%;2018年土壤样点pH在4.32~5.83之间,平均值为5.05,变异系数为4.95%。半方差分析结果表明1984年土壤样点pH空间变异的最优拟合模型为线性模型,拟合系数为0.787,块金效应为85.83%,变程为36.73 km;2018年土壤样点pH空间变异的最优拟合模型为指数模型,拟合系数达0.876,块金效应为31.67%,变程为7.90km。普通克里格插值结果显示1984年土壤pH的高低值区分布均较为连片,高值区主要分布于东南部的丹溪乡、中部的文峰乡和长宁镇、北部的三标乡和水源乡,低值区则主要分布于西部的晨光镇和桂竹帽镇;2018年土壤pH的高值区零散地分布于北部的澄江镇、东部的项山乡、东南部的丹溪乡和西部的桂竹帽镇,低值区则主要分布于中部的文峰乡、留车镇。35年间寻乌县土壤pH变化范围在-0.91~0.32之间,平均下降了0.30个单位,全县91.72%的土壤呈酸化趋势,酸化最为明显的区域主要分布于三标乡、文峰乡、吉潭镇、南桥镇、龙延乡和丹溪乡,而桂竹帽镇、晨光镇和澄江镇则有碱化趋势。(2)1984年寻乌县耕地、园地、林地和其他用地面积分别为315.94 km~2、11.71km~2、1961.03 km~2和63.89 km~2,2018年四种土地利用类型的面积则分别为143.02 km~2、298.19 km~2、1805.08 km~2和106.28 km~2。35年间园地及其他地类面积呈上升趋势,面积净增长分别为286.48 km~2和42.39 km~2,增长率分别为2447%和66%;耕地及林地面积则呈下降趋势,面积净减少分别为172.92 km~2和155.95 km~2,减少率分别为55%和8%。35年间主要的土地利用类型变化是耕地及林地向园地和其他地类转变,其中2018年的园地有70%来自于林地,27%来自于耕地,其他地类则有35%来自于林地、28%来自于耕地。(3)35年间,在耕地、园地、林地和其他地类4种土地利用类型相互转化的16种转化方式中,15种转化方式下土壤pH均有所下降,其中不转化林地的土壤pH下降最为严重,为0.41个单位。耕地向园地转化过程中土壤pH则有所上升,为0.32个单位。土壤pH的时空变化受到海拔、坡度、距河流距离、距道路距离变化和氮肥施用量变化的影响,地理加权回归结果显示五个影响因子的平均回归系数分别为0.02、0.02、0.16、0.26和-0.20,其中距河流距离与距道路距离变化有明显的正向作用,氮肥施用量变化则主要发挥着负向影响。在不同的土地利用类型转化方式中,距道路距离变化在12种土地利用类型转化方式下的土壤pH变化中起主导作用,氮肥施用量变化则在3种转化方式下起主导作用,而坡度则仅在其他地类向耕地转化过程中发挥主导作用。(4)依据寻乌县土壤pH时空变异特征及其对土地利用变化的响应,研究提出,从合理减施氮肥,增施有机肥;适当施用土壤酸性改良剂;推广休耕轮作,合理套作;加强稀土矿区生态修复;这四个角度进行寻乌县土壤的酸碱性调控,以保障土壤的生产与生态功能。
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