“一江两河”地区耕地土壤质量分异及其对利用方式的响应
文献类型：学位论文
| 作者 | 宫殿清 |
| 答辩日期 | 2025-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 张镱锂 ; 王兆锋 |
| 关键词 | 土地利用 土壤质量 空间分异 影响因素 青藏高原 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 青藏高原作为全球气候变化的敏感区，其耕地土壤质量的变化对区域农业生产力及生态系统稳定性具有重要影响。近年来，青藏高原耕地利用强度提升导致土壤酸化、盐渍化、养分失衡及重金属累积等问题凸显。然而，典型农业区土壤质量的关键限制因素尚未形成统一认识，自然因子与生产管理方式的交互作用对土壤质量变化的影响机制亦缺乏系统研究。因此，明确区域尺度下耕地土壤质量的空间分异特征，量化其变化程度，并解析其影响因素及优化利用策略，对推动区域农业可持续发展具有重要意义。 本研究以青藏高原最大的农业区一江两河地区作为研究区，基于1482 个土壤理化样品和1398 个容重样品，测定24 项理化指标，并收集研究区气候、地形、土壤类型、植被及农业生产管理数据。采用多元统计分析和地统计学方法、系统评估耕地土壤质量，识别关键限制指标。通过“空间代替时间”的研究方法，量化大田耕地与设施大棚土壤质量的相对变化程度，并探讨自然因子与生产管理因子对土壤质量变化的交互影响。最后，基于路径分析和正定矩阵因子等模型，提出了针对性的优化管理策略。主要研究结论如下： 一江两河地区耕地土壤质量存在差异，设施大棚土壤质量最优，土壤质量指数为0.67，大田耕地次之（0.66），自然地最低（0.64）。相应地，设施大棚土壤物理和肥力性质均优于大田耕地和自然地。设施大棚土壤容重和含水量适宜，养分含量丰富，有机质、全量氮、磷、钾的平均含量分别为 25.56±11.43、1.83±0.89、1.08±0.4 和31.86 g·kg⁻¹。相比之下，大田耕地和自然地的养分含量相对不足，有机质和氮素缺乏。土壤重金属含量总体低于风险阈值，但部分设施大棚的铜、锌、砷和镉含量高于西藏背景值，存在局部超标现象。空间分布上，东部地区优于西部，北部优于南部；拉萨市整体土壤质量明显优于日喀则市和山南市。垂直方向上，大田耕地和设施大棚的土壤质量指数随深度增加而降低，0~10 厘米更优。海拔梯度上，海拔4600 米以下区域，自然地土壤质量随海拔升高呈增加趋势，大田耕地和设施大棚则呈先增加后趋于平稳的趋势。 区域尺度上，大田耕地土壤质量则受有机质缺乏的中度限制（限制度12.86%）；其主要受土壤理化特性中的全氮、碱解氮和碳氮比等因子的影响，以及环境因子中施肥量、海拔、植被指数的正向显著影响；土壤pH 值则与有机质含量呈负相关。自然地转换为大田耕地后，其土壤整体质量变化缓慢，但整体得到改善；主要表现为土壤质地趋于细化，养分含量有所增加，但伴随碱化和盐分积累的现象。其中，土壤容重和砂粒分别降低16%和30%，而黏粒、粉粒、pH、全磷、有效磷、电导率、水溶性盐和总砷分别增加174%、137%、13%、95%、267%、187%、217%和98%。空间上，低海拔的区域的土壤质量改善更加明显，但碱化现象加剧。阳坡则表现出土壤质地的改善，但伴随着水溶性盐分的增加和总砷的富集。其变化的空间分异主要归因于农业水肥管理和地形改造的共同作用。其中，地形因子中海拔、坡度与施肥的交互作用促进了土壤质地优化与容重的降低。水肥管理中的施肥量增加提升了磷素含量，并提升了土壤整体质量。土壤pH升高和盐分累积分别受到灌溉距离与气温、坡向与降水、施肥量的交互影响；而且施肥量与降水的交互作用加剧了砷的富集。 设施大棚主要受高盐分（限制度 14.19%）限制，高水肥投入与设施封闭环境是导致土壤水溶性盐高的关键。土壤含水量和施肥量对水溶性盐有显著的正向影响，土壤pH 值则与水溶性盐含量呈负相关，证实盐分累积在酸性土壤条件下更明显。相较于大田耕地，设施大棚土壤质量变化剧烈，整体表现为养分累积，并伴随着酸化、盐分和总镉积累的问题。土壤pH 显著降低18%，而全氮、全磷、有效磷、速效钾、电导率、水溶性盐和总镉分别增加61%、67%、353%、108%、152%、189%和63%。空间上，这些变化具有明显的聚集特征，并非随机分布。高海拔区域养分改善不明显，但总镉富集较为突出，土壤整体质量显著下降；阴坡土壤养分增幅高，并伴随pH 值的显著下降、盐分累积和总镉的增加。这些指标变化的空间分异受种植因子、肥料因子和地形因子影响，因子之间的交互作用提升21.11%~40.65%的解释力。具体而言，种植年限与肥料类型的交互作用显著增强了对速效养分积累和pH 值下降的解释力。海拔和肥料类型、种植年限对速效钾增长和总镉富集的影响最为显著；坡向与施肥量的交互效应则对盐分累积的影响最大。 为实现一江两河地区耕地土壤质量的可持续改善，需优化耕地管理模式并加强土壤的定期监测。建议增加大田耕地有机肥投入，优化氮肥施用策略，并优先改良海拔较低的土壤，以提升土壤有机质水平。针对设施大棚，建议控制施肥量至0.41 kg·m⁻²以下，减少高磷肥的使用，并在高海拔区域加强钾肥补充，以缓解土壤酸化、盐分累积和缺钾问题。同时，加强土壤质量监测，尤其是种植年限超过9 年的设施大棚，可采取石灰等措施调控pH 值。此外，针对土壤重金属富集风险，应优先控制大田耕地的汞元素和设施大棚的镉元素，以降低生态环境风险。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 172 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/217310]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 宫殿清. “一江两河”地区耕地土壤质量分异及其对利用方式的响应[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2025. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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