近35年成都平原核心区土壤钾素时空变化特征及影响因素研究

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土壤钾主要来源于矿物风化,其含量及有效性不仅受制于成土母质、土壤类型等自然条件,而且还受到土地利用方式、耕作施肥强度等人为活动强烈影响。成都平原属于典型的农业生产基地,也是城市化发展区域,近35年来,成都平原的土地利用方式、农业生产水平等均发生了较大转变,探索该区域土壤肥力演变特征及其结构性和人为驱动因素,对当地土壤资源持续利用具有重要现实意义。因此,本文以成都平原核心区为研究对象,第二次土壤普查195个典型土壤剖面数据和2016-2017年实地调查采集分析的187个土壤剖面数据为基础,基于地统计学理论和GIS技术,对比分析1980s和2010s两个时期土壤钾素(全钾、速效钾)时空演变特征,量化分析成土母质、土壤类型等结构性因素,农田施肥、秸秆还田与土地利用等人为因素对土壤钾素时空分布及其剖面层化特征的深刻影响。主要研究结果如下:(1)从时空分布来看,近35年成都平原核心区土壤全钾和速效钾含量随时间推移呈增长趋势。2010s表层土壤全钾平均含量为20.17g/kg,较1980s(18.87g/kg)上升了6.89%,1980s和2010s土壤速效钾平均含量分别为45.07mg/kg和53.48mg/kg,上升了18.66%,增幅较为明显的区域在研究区北部,如彭州、新都、郫县等地。2010s土壤全钾高值区(>25g/kg)分布于郫县与新都的交界处,低值区(<5g/kg)分布在大邑等地偏西区域。速效钾高值区(>80mg/kg)主要分布在研究区北部和南部区域,低值区(<30mg/kg)主要分布在西北方向(都江堰、温江和郫县部分区域)。表层土壤全钾和速效钾的块金效应分别提高了13.33%、5.14%,表明人为因素(如土地利用方式、耕作施肥等)对土壤表层全钾和速效钾含量的提升效应愈加明显。(2)从土壤剖面变化来看,相较于1980s,2010s土壤全钾含量在0-60cm土层呈不同程度增加,增幅在6.04-10.43%之间。从1980s和2010s两个时期土壤全钾含量剖面层次相对变化状况来看,高值区范围明显扩大,主要分布于彭州以及都江堰以东地区,温江、邛崃-大邑交界处和双流等部分区域,则呈现递减趋势。空间结构特征参数在0-20cm和20-40cm土层变化明显,土壤全钾含量的块金效应较1980s分别提高了13.33%和9.74%,这表明0-40cm土层全钾含量空间变异来源于人为活动因素影响愈加明显,而在40-100cm土层则主要受结构性因素影响,与1980s比较无甚变化。2010s土壤速效钾含量呈现出表层(0-20cm)与20 cm以下土层间差异达显著水平(P≤0.05),且随着土层深度增加,土壤速效钾含量低值区面积逐步扩大,低值区主要分布在都江堰、温江、双流等区域。(3)从不同成土母质间的差异来看,灰棕冲积物和更新统沉积物发育的土壤全钾含量在不同土层均呈上升趋势,且以更新统沉积物涨幅最大(24.06%-51.50%),而紫色冲积物发育土壤全钾含量下降幅度较大(7.54%-21.82%);灰色冲积物和灰棕冲积物发育而来的土壤速效钾含量呈上升趋势,灰棕冲积物增幅最大,达78.18%,而更新统沉积物和紫色冲积物发育土壤速效钾含量均呈显著下降趋势,降幅分别达28.14%和37.57%。土壤缓效钾平均含量表现为灰色冲积物最高(301.92-498.94 mg/kg),显著高于其他成土母质发育土壤(P<0.05)。从不同土壤类型来看,土壤全钾和速效钾含量均表现为水稻土>新积土,缓效钾为新积土>水稻土。相较于1980s,2010s土壤全钾含量均以潜育型和脱潜型水稻土全钾含量呈显著上升趋势;土壤速效钾含量则以渗育脱潜型水稻土增幅最大(24.52%),新积型水稻土降幅最大(52.08%)。从土属看,相较于1980s,渗育灰潮田和潴育灰潮田全钾含量在不同土层均呈现下降;土壤速效钾以潜育型潮田、渗育型黄泥田和新积灰砂土下降较大,而其它土属均呈现不同程度的增加。土地利用方式对土壤钾素变化产生显著影响。从表层土壤来看,相较传统轮作(稻-麦、稻-油)而言,稻-蔬轮作提高了表层土壤速效钾和缓效钾含量,园林用地则加剧了土壤速效钾和缓效钾的消耗。稻-蔬轮作方式下土壤速效钾含量随土层加深下降最为明显。耕作施肥、秸秆还田是土壤钾素含量空间变化的主要原因。从钾素来源来看,2010s彭州市钾肥投入总量相较1980s增加了12.97倍,温江区钾肥投入量增幅较小;同时,彭州市秸秆还田总量也显著高于其它区域,稻-蔬轮作体系中施肥水平增加,大量的秸秆还田是引起研究区东北方向彭州市域内土壤钾素含量水平显著增加的重要原因,而研究区西南方向的温江区主要以园林用地为主,土地利用强度大,肥料投入水平相对较低,土壤钾素总体表现为持续下降,应引起高度重视。综上,我们应当结合研究区各个区县的成土母质、土壤类型和土地利用方式,根据不同区县钾素养分丰缺变化平衡施用化肥,转变农户“重氮轻磷钾”的观念,引导农民“稳氮、控磷、增钾”,同时,调整土地利用强度,大力提倡秸秆还田,降低农业生产成本,提高肥料利用率,从而改善成都平原核心区钾素持续亏缺的现状。
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