全 文 ：第 25卷第 6期
2005年 6月
生 态 学 报
ACTAECOLOGICASINICA
Vol.25,No.6
Jun.,2005
江西兴国水土流失治理区土壤有机质动态变化
舒建英1,2,张世熔1,2,孙 波1*,赵其国1,刘英华2
(1.中国科学院南京土壤研究所,南京 210008;2.四川农业大学资源环境学院,四川 雅安 625014)
基金项目:中国科学院创新工程资助项目(KZCX2-413;ISSASIP0110)
收稿日期:2004-01-12;修订日期:2004-10-26
作者简介:舒建英(1980～),女,四川省富顺县人,硕士生,主要从事土壤质量时空演化特征研究。E-mail:zsr01@263.net
* 通讯作者 Autherforcorrespondence.
Foundationitem:theInnovationProgramofChineseAcademyofSciences(No.KZCX2-413;ISSASIP0110)
Receiveddate:2004-01-12;Accepteddate:2004-10-26
Biography:SHUJian-Ying,Mastercondidate,mainlyengagedinthespatialandtemporalvariabilityofsoilquality.E-mail:zsr01@263.net
摘要:在 ArcGIS8.1软件系统平台上,用普通克立格和概率克立格等多种方法研究潋水河流域土壤有机质含量的动态变化特
征。结果表明,潋水河流域 106个样点的土壤有机质平均含量增加,由 1981年的 18.16±7.23g/kg增加到 2002年的 19.14±
11.25g/kg;2002年土壤有机质含量为Ⅱ(30.0～40.0g/kg)、Ⅲ(20.0～30.0g/kg)级地的面积扩大,所占流域面积比分别较
1981年增加 11.38%和 28.54%。近 20年来该流域内水田、旱地和林地的土壤有机质平均增加量分别为 2.3g/kg、3.5g/kg和
3.1g/kg,坡度≤2º、2～6º、6～15º、15～25º和>25º的土壤有机质平均增加量分别为 1.8g/kg、2.6g/kg、3.3g/kg、3.6g/kg和
4.0g/kg。结合概率克立格法和加权平均法探讨了<10.0g/kg含量水平下区域土壤有机质的概率分布特征,其几何平均概率由
1981年的 0.2008下降到 2002年的 0.1503。
关键词:有机质;时空变化;普通克立格;概率克立格
文章编号:1000-0933(2005)06-1240-07 中图分类号:S153.6,S154.1 文献标识码:A
Dynamicanalysisofsoilorganicmattercontentsinsoilandwaterconservation
regionofXingguoCounty,JiangxiProvince
SHUJian-Ying1,2,ZHANGShi-Rong1,2,SUNBo1*,ZHAOQi-Guo1,LIUYing-Hua2 (1.NanjingInstituteof
Soil,ChineseAcademyofScience,Nanjing210008,China;2.CollegeofResourcesandEnvironmentofSichuanAgriculturalUniversity,
Sichuan,Yaan625014,China).ActaEcologicaSinica,2005,25(6):1240～1246.
Abstract:Soilorganicmatter(SOM)isofprimaryimportanceformaintainingsoilproductivity,andanimportantindicatorof
soilquality.Ithelpstopreventerosionanddesertificationandisadrivingvariableinenvironmentchangessinceitactsasthe
sourceandsinkofcarbondioxide.Inthispaper,thetemporal-spatialvariabilityofSOM contentswasanalyzedintheLianshui
Basin(XingguoCounty,JiangxiProvince,China)overanareaof579km2from 1981ato2002a.Itnotonlycanhelpusto
understandthedynamicsofSOM duringsoilandwaterconservation,butalsoprovideatheoreticalbasisofsoilandwater
conservation,ecosystem restorationandecosystem rebuildingforsouthernhilregioninChina.TheSOM contentsin1981
camefrom themapofSOM contentsinthesecondnationalsoilsurvey.Accordingtothenaturalenvironmentandsocial
economydifferences,thesamplingpointschemein2002wasdevisedbycombininggridsamplingpointswithahierarchical
samplingmethod.106spotsweresampledandtheirpositionswerelocatedbyGPS(GlobalPositionSystem).Thetopsoil
samplesofthreerandomsitesinthesamefield(0～30cm)weremixedtogetherforthechemicalanalysis.TheSOM contentsin
2002wereanalyzedbytheWalkley-BlackwetcombustionwhiletheSOM contentsin1981werelookedupinthemapofSOM
contentsin1981whichwasprovidedbyagriculturalbureauofXingguoCounty.Spatialanalyseswereperformedbythe
softwareArcGIS8.1suchassemivariance,ordinarykriging(OK)andprobabilitykriging(PK).Conventionalanalytical
resultsindicatedthatthetopsoilorganicmattercontentwas19.14±11.25g/kgin2002,comparingto18.16±7.23g/kgin
1981.Thecoefficientofvariationchangedfrom 39.4% in1981to58.8% in2002,whichwasattributedtothechangesin
managementssuchasthequalityandquantityofappliedmanure.Theresultsindicatedthatthespatialrandom
===================================================================
variabilityof
SOM contentsbecamemoreapparentafter21years.TrenddistributionmapsofSOM contentsbygeostatisticsofArcGIS
reflectedthegoldentrendofSOM contentsontheeast-westandnorth-south.TheresultsshowedthatSOM contentsonthe
east-westandnorth-southbothapproximatelypresentedlinearandincreasedgradualyfromsouthwesttonortheastin1981;
SOM contentsin2002almostpresentedparabola,thesouthwestandnortheastwerebothhigherthanthecenter.Theresults
indicatedthatSOM contentsinthesouthwestandnortheastincreasedgeneralywhilethecenterkeptconstant.Theratioof
nuggettosilofSOM spatialvariabilityinthetopsoilin1981was0.22,indicatingthattherandomvariabilitywassmalor
structuralvariabilitywasapparent.Buttherangeisonly1.55kmin1981.However,thepercentageofrandomvariabilityin
thespatialvariabilityofSOM gotto0.74,andtherangeincreasedto6.23kmin2002.Itshowedthatlandmanagementshad
obviouslyimpactedonthespatialheterogeneitydegreeofSOM duringtheclosinghilsidestofacilitateafforestationandforest
rehabilitationinthebasin.SpatialanalysesthatwerethroughoverlappingthegridlayersoftwoagesindicatedthatSOM
contentsoflocalregionsvariedgreatlyintheLianshuiBasin.SOM contentsof74.8% ofthebasinareaincreasedandtheother
decreased.Aftertheapplicationofclosinghilsidestofacilitateafforestationintherecent20years,thewoodlandbecame
dense,andtheaccumulationofSOM contentsincreasedapparently.Atthesametime,theapplicationofforestrehabilitationin
partsteepsloplandresultedinthereductionofdrylandandtheexpansionofwoodland,forestcoveragerose.Hence,SOM
contentsof74.8% ofthebasinareaincreasedwhichweremainlydistributedinthewestandalongthenorthborderofthe
basin.Bycontrast,SOM contentsin25.2% ofthebasinareadecreasedwhichstretchedfromthesouthoutskirtofGulonggang
TowntothegrooveofGulonggangsynclineduetothedistributionofgranitethatresultedinthesparsevegetationandsoiland
waterloss.BasedontheaccessingcriteriaofSOM contents,thepercentageofgradeⅡ (30.0～40.0g/kg),Ⅲ (20.0～30.0
g/kg),Ⅳ (10.0～20.0g/kg)andV (<10.0g/kg)were0.1%,42.01%,57.87% and0.02% in1981,comparingto
11.48%,70.55%,17.94% and0.03% in2002,respectively--achangeof11.38%,28.54%,-39.93% and0.01%,
correspondingly.TheresultsindicatedthatthegradeofSOM contentsgeneralyimprovedwhichreflectedthattheapplication
ofsoilandwaterconservationmeasureshadattainedsomeachievements.Differentlandusetypeshavedifferenteffectson
SOM contents.IntheLianshuiBasin,therearemainlythreekindsoflandusetypes.Paddyfield,drylandandwoodland
occupied21.60%,0.22% and74.28% ofthebasinarea,theaverageincreaseofSOM ofthatwere2.3g/kg,3.5g/kgand
3.1g/kg,respectively.SlopeisoneofthemostimportantfactorsthatinfluenceSOM contents.AverageincreaseofSOM
generalyincreasedwithslope(1.8g/kg,2.6g/kg,3.3g/kg,3.6g/kgand4.0g/kgfor≤2º,2º～6º,6º～15º,15º～25ºand>
25ºslopeinterval,respectively)duetothemeasurementssuchasforestrehabilitation,closinghilsidestofacilitate
afforestation,etc.Inaddition,thepaperalsousedprobabilitykrigingandgeometricmeanprobabilitytoanalyzethespatial
probabilitydistributionofSOM<10.0g/kg.Theresultsindicatedthatthepercentageofprobabilitygradeswhichwere0.00～
0.10,0.10～0.20,0.20～0.40,0.40～1.00changedfrom 33.14%,25.73%,31.39% and9.74% in1981to46.17%,
30.74%,18.11% and4.98% in2002,respectively.ThegeometricmeanprobabilityofSOM<10.0g/kgdecreasedfrom
0.2008in1981to0.1503in2002inthewholebasin.TheresultsreflectedthattheprobabilityofSOM<10.0g/kganddeficit
gradeofSOM contentsfel.
Keywords:organicmatter;temporalandspatialvariability;ordinarykriging;probabilitykriging
土壤有机质是表征土壤肥力和土壤质量的一个重要指标,它也是陆地生态系统中碳循环的重要源与汇[1～5]。近年来,它被
许多研究者用于评价不同土地利用条件下的土壤肥力变化[6,7]。同时,由于土壤有机质与未知碳汇的关系密切,也常被作为反映
土壤对全球气候变化响应的重要指标而引起广泛关注[8,9],甚至被认为是环境变化的驱动变量之一[10～12]。因此,采用合理有效
的措施,保持和提高土壤有机质含量,是提高陆地生态系统生产力和保持系统稳定性的重要途径[13]。尽管有机质是陆地生态系
统中的重要组成分,在土壤肥力演化和生态重建过程中均发挥着关键作用,但是现有的研究多集中于森林重建前后土壤有机质
的变异或耕地有机质的定位监测方面,而鲜见特定流域内因采取封山育林等水土保持措施导致区域土壤有机质动态变化的研
究报道。
潋水河流域位于江西省兴国县境内,为我国南方丘陵的典型分布地区。该流域地质构造较为复杂,平坝、低丘、中丘及高丘
地貌皆有分布,土壤、植被和社会经济条件复杂多样。流域内水土流失严重,导致自然生态平衡失调,耕地面积不断减少,土壤有
机质含量下降,土壤肥力衰退。自从兴国县 1983年被列为全国 8个水土流失治理重点县以来,中国科学院南京土壤研究所和当
地政府等单位长期将潋水河流域作为中国南方丘陵水土流失治理与生态环境重建的试验区,在退耕还林、植树造林和天然林保
14216期 舒建英 等:江西兴国水土流失治理区土壤有机质动态变化
护等方面开展了大量的研究,实行人为干预重建植被,加速植被群落的顺向演替;通过封禁,靠系统自身能力恢复,建立起地带
性森林生态系统等措施。近 20a后,水土流失面积由 1899.07km2减少到 1166.7km2,森林覆盖率从 28.8%提高到 56.5%,区域
生态环境明显改善。因此,研究该流域土壤有机质的动态变化不仅可以弄清其在水土流失治理前后的变化特征,而且也为中国
南方丘陵区水土流失治理和生态恢复与重建提供理论依据。
1 研究区域概况与研究方法
1.1 研究区域概况
潋水河流域位于江西省兴国县的东北部,地理位置位于东经 115º3050"至 115º5212",北纬 26º1804"至 26º3648",流域面积
579.3km2。区内水系发达,呈树枝状。地形为东北高西南低,流域最大高差 965m。流域内各地貌分布面积比例为低丘 21%,中
丘27%,高丘和低山 42%,河谷平原 10%。气候类型为中亚热带季风湿润气候,年均降雨量 1500mm,多集中在 4～6月份,年均
气温为 18.9℃,1月份平均气温 7.2℃,7月份平均气温 29.3℃。植被主要为常绿阔叶林和针叶林,针叶林以马尾松林为主。土
壤母质主要是花岗岩残坡积物和第四系近代河流冲积物,局部有千枚岩残坡积物分布。其土壤主要以水稻土、棕红壤为主,局部
有红壤、石灰岩土分布。在 20世纪 80年代以前,该流域水土流失严重,是中国土壤侵蚀最剧烈的地区之一。但近 20a来,国家投
入大量资金进行流域生态环境重建和水土流失治理。
1.2 土壤样品的采集及分析
2002年土壤样点的设计参照 1981年的样点分布图并根据研究区的自然环境及社会经济差异进行了不同精度的网格采样
和分层抽样样点方案设计,在野外结合实际情况运用GPS进行调整、定位,共采取了 106个土样(图 1)。每个样点待测土样由同
一地块 3个随机位点 0～30cm的表层土样混合而成。
图 1 土壤样点分布图
Fig.1 Distributionmapofsamplepoints
2002年土壤有机质含量的测定方法与第 2次土壤普查时的
测定方法相同,均为重铬酸钾容量法中的外加热法[14]。1981年
土壤有机质含量数据由兴国土壤普查绘制的土壤有机质含量图
查得原始数据后换算而成。
1.3 GIS与地统计学分析
假设区域化变量满足二阶平稳和本征假设,其变异函数的
计算可用下式表示:
r(h)= 12N(h)Σ
N(h)
i=1
[Z(xi)- Z(xi+ h)]2 (1)
式中,r(h)为变异函数;h为样点的空间间隔距离;N(h)为间隔
距离为 h的样点数;Z(xi)和 Z(xi+h)分别是区域化变量 Z(x)
在空间位置xi和xi+h处的实测值。在ArcGIS8.1平台上,利用
地统计学 Geostatistical模块获得土壤有机质含量的变异函数和
等值线图[15]。
概率克立格法(probabilitykriging)是在一定风险条件下可
以给出未知点达到某一水平值的概率及空间分布的方法。本文
用该法评估潋水河流域土壤有机质含量<10g/kg的风险概率。
不同土地利用类型和不同坡度对土壤有机质含量变化的影响用 ArcGIS8.1空间分析中的迭置分析、网格计算、带状统计
等方法计算。
2 结果与分析
2.1 土壤有机质含量的常规统计
1981年和 2002年样品统计分析结果表明(表 1),该流域土壤有机质平均含量总体呈增长趋势,由 1981年的 18.16±
7.23g/kg增加到 19.14±11.25g/kg。1981年的土壤有机质含量的变异系数为 39.4%,明显小于 2002年 58.8%,这主要是土地
利用管理的制度不同所致。21a前该流域主要采取以村或组为单位的土地利用管理模式,其均一性程度必定高于目前以家庭联
产承包责任制。
2.2 有机质含量的动态变化总体特征
图 2为潋水河流域 1981年和 2002年土壤有机质含量的趋势分布图,图中 X轴表示正东方向,Y轴表示正北方向,Z轴表
示各样点的有机质含量。该图左后投影面上的浅色线表示东-西向的全局性的趋势效应变化情况,右后投影面上深色线表示的
是南-北向全局性的趋势效应变化情况。图 2a表明 1981年流域内土壤有机质含量从南向北和从西向东总体上呈线性增加,或
2421 生 态 学 报 25卷
者由西南部向东北部逐渐增加。图 2b表明 2002年流域内土壤有机质含量分布呈抛物线,西南部和东北部土壤有机质含量较
高,中部较低。对比分析表明,近 20a来,东北部、西南部土壤有机质含量普遍增高,中部维持不变,局部地区土壤有机质含量下降。
表 1 土壤有机质统计特征值
Table1 StatisticalcharactersofSOM
年份
Year
样本数
SamplingNo.
最小值(g/kg)
Min.
最大值
Max.(g/kg)
均值
Mean(g/kg)
变异系数(%)
C.V.
偏度
Skewness
峰度
Kurtosis
1981 106 7.0 40.0 18.16 39.4 0.366 2.467
2002 106 2.7 50.9 19.14 58.8 0.527 2.794
图 2 土壤有机质含量的趋势分布图
Fig.2 TrenddistributionmapofSOM contents
在潋水河流域 1981年表层土壤有机质含量空间变异中,块金值与基台值之比为 0.22(表 2),表明其随机变异引起的空间
变异小,而结构性变异明显,其变异函数的变程也较短,仅 1.55km。与此相比,在 2002年土壤有机质含量的空间变异中,随机变
异所占比例大幅提高,达到 0.74,变程扩大为 6.23km。两个年代土壤有机质含量的空间变异中随机变异的差别在一定程度上
反映了实施退耕还林和封山育林措施前后土地管理方式对土壤有机质含量空间异质程度的影响。
表 2 土壤有机质的地统计学参数
Table2 GeostatisticalparametersofSOM
年份
Year
变异函数模型
Semivariance
内插法*
Interpolatedmethod
变程(km)
Range
基台值
C0+C
块金值
C0
块金值/基台值
C0/(C0+C)
预测误差 Predicatederror
平均误差
Meanerror
平均标准差 Mean
standardizederror
1981 球状 Spherical OK 1.55 52.82 11.65 0.22 -0.240 -0.028
2002 球状 Spherical OK 6.23 120.42 89.58 0.74 -0.168 -0.013
*OK 普通克里格法 ordinarykriging
根据 1981年与 2002年各样点表层土壤有机质含量及其变化值的空间分布,采用 ArcGIS8.1中的地统计学组件中的普通
克里格法进行内插获得二者的空间分布等值线图及其动态变化图(图 3)。1981年整个流域内高值区主要集中分布于流域东北
部画眉坳以北的宝华山西坡、兴江乡中部两个小区域;低值区主要分布于流域西南边缘、古龙岗至梅窖镇公路一带。2002年高
值区的范围有所扩大,不仅东北部,西南部的莲塘等地也有所分布;低值区则变得相对集中,主要分布于古龙岗镇南郊。图 3c是
土壤有机质 2002年图形栅格值与其 1981年对应的栅格值之差的空间分析结果。该图表明,21a来全流域土壤有机质含量总体
呈上升趋势,但局部地区土壤有机质含量有所下降。从总体上看,占流域面积 74.8%的土壤表层有机质含量增加,而 25.2%的
土壤有机质含量减少。其中,有机质含量增加的土壤主要分布于区内西半部兴莲乡和樟木乡一带、兴江至陈也以及区域东南缘
部分,因这部分土地实施封山育林措施近 20a后,部分林地的林木从稀疏变得茂密,林下的有机质累积明显增加。此外,封山后
实施了部分陡坡地的退耕还林,土地利用/覆盖发生较大变化,旱地面积减少,林地面积增大,使得森林覆盖率提高。这两种水土
保持措施都为区域土壤有机质含量的增加创造了条件。有机质含量减少的土壤主要分布于区内古龙岗镇南郊至兴江的古龙岗
向斜槽部以及流域东北缘部分,因这部分土地以耕地、裸地和长势极差的稀疏马尾松老头林地为主,其侵蚀情况仍较严重,所以
土壤有机质含量有所减少。
2.3 分级评价
在土壤有机质含量的评价中,不同土地利用方式下土壤有机质的 s型隶属函数曲线的转折点的取值是不同的[16]。但本文
34216期 舒建英 等:江西兴国水土流失治理区土壤有机质动态变化
图 3 21a间土壤有机质含量(g/kg)及其变化的分级图
Fig.3 GradingmapsofSOM contents(g/kg)andtheirchangesduring21years
采用全国第 2次土壤普查有机质分级标准统计,对该流域土壤有机质含量进行评价。评价结果表明(表 3),1981年土壤有机质
含量以Ⅲ、Ⅳ为主,分别为 224.00km2和 308.56km2,各占全流域面积的 42.01%和 57.87%;Ⅱ、Ⅴ级地仅有少量分布,面积分
别为 0.53km2和 0.11km2,各占全流域面积的 0.10% 和 0.02%。2002年表层土壤有机质含量虽然仍以Ⅲ、Ⅳ级为主,但Ⅱ、Ⅲ和
Ⅴ级地的面积扩大,为 61.21km2、376.17km2和 0.16km2,各占全流域面积的 11.48%、70.55%和 0.03%,较 1981年分别增加
11.38%、28.54%和 0.01%;Ⅳ级地面积减小,为 95.66km2,占 17.94%,比 1981年下降 39.93%。从变化区域来看,封山育林实
行较好的东北部和西南樟木乡一带土壤有机质含量增加明显。
表 3 有机质含量分级统计
Table3 GradingstatisticsofSOM contents
分级标准 Gradingstandard
级别
Grade
土壤有机质
SOM(g/kg)
评级
Grade
占流域面积(%)
% ofthebasinarea
1981 2002
变化率(%)
% of
change
Ⅱ 30～40 上 Good 0.10 11.48 +11.38
Ⅲ 20～30 中上 Mediumtogood42.01 70.55 +28.54
Ⅳ 10～20
中下 Deficientto
medium
57.87 17.94 -39.93
V <10 下 Deficient 0.02 0.03 0.01
2.4 影响因子分析
2.4.1 土地利用类型与有机质含量变化 潋水河流域主要
有水田、旱地和林地 3种土地利用类型,其中林地分布面积最
广,其次是水田,旱地多为零星分布。它们对土壤有机质含量
变化的影响有所不同(图 4)。
(1)水田 水田面积占全流域 21.60%,分布较广,包括淹
育型水稻土、潴育型水稻土、表潜型水稻土和潜育型水稻土 4
个亚类。由于水田受人为因素影响较为直接,人们长期实行较
高的施肥管理水平,增施有机肥、实行秸秆还田等措施使得大
量的作物残体和其它有机物质归还土壤,使得每年进入土壤的有机物料量较大,且该区域水田有机质分解速率较低,因而有利
于土壤有机质的积累和腐殖质的形成[17]。在 21a中水田的土壤有机质含量平均增加 2.3g/kg,这对整个流域土壤有机质含量的
增加贡献较大。
(2)旱地 旱地分布面积占全流域面积的 0.22%,主要为石灰岩土。土壤有机质平均增加量是 3种土地利用类型中最多
的,为 3.5g/kg。这是由于在流域水土流失治理过程中,退耕还林后剩下的旱地都是质量较好的旱地,因而现有旱地土壤有机质
平均含量增加。但由于其分布面积较少,对区域土壤有机质含量变化的贡献也就较小。
(3)林地 林地主要由森林红壤、森林棕红壤和森林黄红壤 3种类型组成。其分布面积占全流域面积的 74.28%,土壤有机
质含量平均增加 3.1g/kg。因此,林地表层土壤有机质含量 21a间增加总量占全流域增加总量的比例远高于其它两种土地利用
类型,是流域内对区域土壤有机质累积增加贡献最大的土地利用类型。其中,东北部的林地土壤有机质含量增长的幅度最大。这
是因为东北部植被覆盖率高,有机质矿化速率慢以及近 20a来长期实行封山育林,水土流失治理已初见成效的结果。但由于潋
水河流域内自然社会经济条件的差异,实施水土流失治理措施和封山育林力度的不同,尽管流域内林地土壤有机质含量总体上
增加,但古龙岗镇南郊等部分小区的土壤有机质含量却减少。由于这部分有机质含量减少的土地分布于花岗岩区,土壤类型以
林地侵蚀花岗岩棕红壤为主,其植被为稀疏的马尾松老头林,长势差。因其水土流失仍较重,中度侵蚀以上的达 48.4%。所以,
它们的土壤有机质含量没有增加,反而有所下降。
2.4.2 坡度与有机质含量变化 坡度是影响土壤有机质含量变化的重要因素之一。坡度对土壤有机质含量的影响主要表现为
影响降雨入渗的时间和降雨径流的速度,从而影响土壤的侵蚀速率和水土流失的速度,进而影响土壤有机质含量的变化。
4421 生 态 学 报 25卷
图 4 不同土地利用类型土壤有机质平均增加量
Fig.4 AverageincreaseofSOM indifferentlandusetypes
为更好地反映出坡度对该流域土壤有机质含量的影响,本
文研究将潋水河流域坡度划分为≤2º、2～6º、6～15º、15～25º和
>25º5个等级(表 4)。由表 4可知,近 20a来土壤有机质含量在
一定坡度范围内随着坡度的增大而增幅变大。这是由于长期以
来,该流域实行封山育林,植被得以恢复,使得较大坡度上的土
壤有机质随水土流失的量大大减少,有机质累积增加。其中,2～
6º和 6～15º两个坡度等级分布面积较大,占流域面积的 58%,其
土壤有机质平均增加量分别为 2.6g/kg和 3.3g/kg,对全流域土
壤有机质含量的增加贡献较大。坡度≤2º的土壤有机质平均增加
量最少,仅为 1.8g/kg。这是由于该坡度分布区水土流失情况仍
较严重,有机质含量减少的土地多集中于该坡度级,因此有机质
含量增加和减少的土壤都有,所以其土壤有机质平均增加量较
小。>25º等级面积虽小,但由于多分布在该流域山体和丘体的中
上部,封山育林实施较好,所以其土壤有机质含量的增幅较大,
为 4.0g/kg。
表 4 坡度与土壤有机质含量变化
Table4 SlopeandchangeofSOM contents
坡度 Slope(º) ≤2 2～6 6～15 15～25 >25
分布面积 Distributionarea(km2) 150.3 159.6 174.2 71.2 24.0
占流域百分比 % ofthebasinarea(%) 26 28 30 12 4
土壤有机质平均增加量 AverageincreaseofSOM(g/kg) 1.8 2.6 3.3 3.6 4.0
2.5 有机质含量的风险评价
为了弄清该流域内土壤有机质含量<10.0g/kg的分布概率,更好地反映区域土壤有机质含量变化的特征,本文研究应用
地统计学中的概率克立格原理对该流域有机质含量<10.0g/kg的概率分布进行探讨,分别作出了 1981年和 2002年有机质含
图 5 1981年和 2002年土壤有机质含量<10.0g/kg的概率分布图
Fig.5 ProbabilitymapsofSOM contents<10.0g/kgin1981and2002
量<10.0g/kg的概率分布图(图 5)。1981年潋水河流域土壤有机质含量<10.0g/kg的概率以低值分布为主,其中 0.00～0.10
级分布最广,占流域的 33.14%,其次是 0.20～0.40级,占流域的 31.39%,>0.40级的区域集中在中部南面的梅窑一带及中部
古龙岗镇南郊一带,占流域面积的 9.74%。2002年土壤有机质含量<10.0g/kg的概率分布仍以低值为主,其中,0.00～0.10级
别分布仍为最广,占流域的 46.17%,较 1981年所占比例增高,其次是 0.10～0.20级,占流域的 30.74%,仅在中部古龙岗附近
一带有概率为 0.40～0.60级和 0.60～1.00级两个级别分布,总共占流域面积的 4.98%,较 1981年所占流域面积下降
4.76%,概率下降的区域主要是位于中部南面的梅窑一带,而中部古龙岗镇南郊的概率仍为 0.60～1.00级。同时,本文运用加
权平均法计算 1981年和 2002年土壤有机质含量<10.0g/kg的几何平均概率,结果表明 2002年的几何平均概率由 1981年的
0.2008下降到 0.1503,表明流域内土壤有机质含量<10.0g/kg的概率下降,流域内的土壤有机质含量缺乏等级的概率降低。
54216期 舒建英 等:江西兴国水土流失治理区土壤有机质动态变化
但在中部古龙岗镇南郊土壤有机质含量<10.0g/kg概率仍较高,土地利用管理者应引起注意。
3 结论与讨论
(1)江西兴国县潋水河流域在区域气候变化的条件下,近 20a来实施水土保持工程和生态环境重建工程取得明显成效。通
过采取封山育林、退耕还林等水土保持措施,使得土地利用/覆盖发生明显变化,全流域土壤有机质含量总体有所增加。但是,应
当引起关注的是流域内局部区域水土流失仍然严重,占流域面积 25.2%的土壤有机质含量在近 20a中呈下降趋势。
(2)要改善潋水河流域水土流失仍较严重的花岗岩林地的治理效果,可增加林木树种结构的改良措施。本文建议适当引入
优良阔叶树种对马尾松林进行改造,加速纯松林向混交林,乃至常绿阔叶林演替,以快速有效提高当前林业经济效益、生态效益
和社会效益。同时,在中国南方其他类似的水土保持治理区,除考虑一些单项工程和管理等措施外,还应注意治理区域的系统设
计和规划,把各项技术措施与实际情况相结合,做到因地制宜,提高技术措施组合的综合效益。
References:
[1] LiKR.Responsesofcarboncycleinterrestrialecosystemtolandusechangeandnetemissionofgreenhousegas.Beijing:Meteorological
Press,2002.22～28.
[2] UriND.ConservationpracticesinU.S.agricultureandtheirimpactoncarbonsequestration.EnvironmentalMonitoringandAssessment,
2001,70(3):323～344.
[3] SixJ,CalewaertP,LendersS,etal.Measuringandunderstandingcarbonstorageinafforestedsoilsbyphysicalfractionation.Soil
ScienceSocietyofAmericaJournal,2002,66(6):1981～1987.
[4] YangJC,HanXG,HuangJH,etal.Thedynamicsofsoilorganicmatterincroplandrespondingtoagriculturalpractices.Acta
EcologicaSinia,2003,23(4):787～796.
[5] McdonaghJF,ThomsenTB,MagidJ.Soilorganicmatterdeclineandcompositionalchangeassociatedwithcerealcroppinginsouthern
tanzania.LandDegradation&Development,2001,12:13～26.
[6] DingG,NovakJM,AmarasiriwardenaD,etal.soilorganicmattercharacteristicsasaffectedbytilagemanagement.SoilScience
SocietyofAmerica,2002,66:421～429.
[7] PulemanM M,BoumaJ,vanEssenEA,etal.Soilorganicmattercontentasafunctionofdifferentlandusehistory.SoilScience
SocietyofAmericaJournal,2000,64:689～693.
[8] WestTO,PostW M.Soilorganiccarbonsequestrationratesbytilageandcroprotation:aglobaldataanalysis.SoilScienceSocietyof
AmericaJournal,2002,66(6):1930～1946.
[9] MorrisonIK,FosterNW.Fifteen-yearchangeinforestfloororganicandelementcontentandcyclingattheTurkeyLakesWatershed.
Ecosystems,2001,4(6):545～554.
[10] SpacciniR,PiccoloA,HaberhauerG,etal.Transformationoforganicmatterfrommaizeresiduesintolabileandhumicfractionsofthree
Europeansoilsasrevealedby13CdistributionandCPMAS-NMRspectral.EuropeanJournalofSoilScience,2000,51:583～594.
[11] SchimelD,MeliloJ,TianH,etal.ContributionofincreasingCO2andclimatetocarbonstoragebyecosystemsintheUnitedState.
Science,2000,287:2004～2006.
[12] CaspersenJP,PacalaSW,JenkinsJC,etal.Contributionofland-usehistorytocarbonaccumulationinU.S.forests.Science,2000,
290:1148～1150.
[13] LiZP,ZhangTL,ChenBY,etal.SoilorganicmatterdynamicsinacultivationchronosequenceofpaddyfieldsinsubtropicalChina.
ActaPedologicaSinica,2003,40(3):344～352.
[14] InstituteofSoilScience,CAS,Nanjing.Analysisforsoilphysicalandchemicalproperties.Shanghai:ScienceandTechnologyPress,
1983.132～136.
[15] HouJR,YiZN,LiW M,etal.Practicalgeostatistics.Beijing:GeologyPress,1998.27～50.
[16] SuB,ZhangTL,ZhaoQG.ComprehensiveevaluationofsoilfertilityinthehilyandmountainousregionofsoutheasternChina.Acta
PedologicaSinica,1995,32(4):362～369.
[17] LiZP,ChenLL,LinXX.Variabilitycharacterofredsoilhumusandrelationbetweenitandfertilityevolvement.Soil,2002,1:9～
15.
参考文献:
[1] 李克让.土地利用变化和温室气体净排放与陆地生态系统碳循环.北京:气象出版社,2002.22～28.
[4] 杨景成,韩兴国,黄建辉,等.土壤有机质对农田管理措施的动态响应.生态学报,2003,23(4):787～796.
[13] 李忠佩,张桃林,陈碧云,等.红壤稻田土壤有机质的积累过程特征分析.土壤学报,2003,40(3):344～352.
[14] 中国科学院南京土壤研究所.土壤理化分析.上海:上海科技出版社,1983.132～136.
[15] 侯景儒,伊镇南,李维明,等.实用地质统计学.北京:地质出版社,1998.27～50.
[16] 孙波,张桃林,赵其国.我国东南丘陵山区土壤肥力的综合评价.土壤学报,1995,32(4):362～369.
[17] 李忠佩,程励励,林心雄.红壤腐殖质组成变化特点及其与肥力演变的关系.土壤,2002,1:9～15.
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