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在过去的五十年时间里,农业大开发使得我国黑龙江省三江平原各国营农场经历了巨大的土地利用变化。由农业开发带来的土壤养分流失和土壤质量的退化则可能会影响该地区农业开发的产出和区域生态环境,故研究区域土壤性质的演变规律十分必要和重要。 本研究基于地理信息系统,遥感技术和土壤农化技术获得了三江平原典型农场八五九农场四个不同年份的土地利用数据库和不同土地利用的土壤性质数库。一方面基于土地利用数据库对研究区域的土地利用变化及景规格局变化进行分析;另一方面,基于土壤数据库,并运用了数学统计方法,揭示了该区域土地利用变化给土壤性质带来的变化规律,并最后提出相关的区域土地资源利用建议,论文主要的研究结果如下: (1)在遥感解译和地理信息系统分析的基础上,对研究区域1979年,1992年,1999年和2009年四个年份的土地利用变化特征进行分析后,结果显示其湿地和林地的面积从1979年的825.5km2和1257.6km2分别下降至2009年的352.2km2和165.9km2,同时水田和旱田面积在1979年到2009年之间分别从0km2和224.0km2迅速增加到435.2km2和352.2km2。土地利用转移矩阵的结果显示,旱地开垦为水田,林地开垦为旱地,湿地开垦为旱地,湿地开垦为水田是该区域的四种最主璎的农业开垦方式。 (2)景观分析结果表明该地区的湿地,水田和旱地呈现逐步破碎化的趋势,湿地的景观优势度逐步被农田特别是水田所取代。农田的扩张是在以居民点为中心的“点扩张”,以渠系和道路为路径的“线扩张”和以灌区为整体的“面扩张”相结合的扩张模式,从农场西南向东北依次进行的。国家的整体农业政策,农场基础设施投入使得该农场的农业不断发展。 (3)在土壤养分的研究中,持久性湿地和持久性林地的土壤碳素,氮素均大于田中的含量。所有开垦方式均能导致土壤氮素和碳素的下降。其中,旱地开垦为水田,林地开垦为旱地均不能导致土壤养分指标的显著性差异。湿地开垦为旱地后有机质和总氮含量分别减小了55.8%和59.6%,湿地开垦为水田后有机质和总氮分别减小了63.6%和67.6%。施肥导致湿地和林地开垦为旱地后有效磷的显著增加,湿地开垦为农田后土壤总钾的显著增加。由于部分农田中的总钾和有效钾的养分分级仅处于较丰富的级别,故应补充农田中的钾肥量。 (4)在土壤重金属含量研究中,林地开垦为旱地,旱地开垦为水阳过程中各项重金属指标之间均无显著差异;然而持久性湿地向旱地和水田的转变后则造成了土壤镍、锌元素的显著降低,铅元素的显著增加。虽然所有的土地利用中的重金属含量都小于其环境污染阈值,但是砷和铅在农田系统中整体输入大于输出,有富集的趋势。 (5)基于土壤养分和土壤重金属的指标,本文对七种不同土地利用类型进行聚类分析,并对表征四种土地开垦的四组土地利用进行独立T检验均值分析得出,四种土地开垦方式对土壤性质造成的显著性差异从大到小依次为:湿地开垦为水田>湿地开垦为旱地>旱地开垦为水田>林地开垦为旱地。运用主成分分析法(PCA)识别了影响土壤质量三大主成分:土壤母质成分,重金属成分和施肥成分,并选取总氮,有机质,有效磷和土壤铅含量作为表征土壤质量指数的指标,得出了该地区土壤质量指数由大到小分别是:持久性湿地>湿地改旱地>持久性旱地>林地改旱地>持久性林地>旱地改水田>湿地改水田。结果表明农场从湿地向旱地,继而从旱地向水田的持续开垦将导致了土壤质量的降低,林地向旱地的转变可能会导致土壤质量的提高。 (6)该研究建议该农场应控制湿地开垦为农田的速度并禁止在湿地保护区开垦土地。湿地直接开垦为水田可能将会导致土壤质量和土壤养分的过快减小。相对于湿地开垦为农田,旱地改水田或者林地改农田可能是更为环境友好的开垦方式。农田土壤中可加大钾肥的施用量,虽然区域土壤重金属处于未污染状态,但是土地开垦则带来了农阳中铅和砷的显著增加,今后需注意这两种重金属在农业土壤中的分析。土壤性质对农业开发的响应机制有待今后更为长期持续的观测与研究。