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不同土地利用类型下典型草原土壤质量评价研究——以宁夏黄土丘陵区为例

期刊:Ecological IndicatorsDOI:https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2020.106743

类型a

周瑶(Yao Zhou)、马红斌(Hongbin Ma)等人在《Ecological Indicators》期刊上发表了他们的研究,该研究隶属于宁夏大学农学院和西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地。

土壤质量是土地生态系统功能的关键组成部分,对于全球生物圈的可持续发展具有重要意义。在中国黄土丘陵区,由于自然和人为因素的影响,生态环境恶化,植被遭到严重破坏。为了阻止坡面径流并促进植被恢复,自2003年起逐渐采用了一些地面扰动恢复方法,如围栏、等高沟槽以及鱼鳞坑。这些措施不仅改变了坡地的径流,也改变了草地的土壤性质。本研究旨在通过评估不同土地利用类型的土壤质量指数(SQI),探讨其对典型草原土壤质量的影响,并为解决可持续草地发展问题提供科学依据。

研究包括了四个主要步骤:首先,选择位于中国宁夏回族自治区固原市东北约45公里处的研究区域,选取放牧草地(GG)、围封草地(FG)、等高沟槽草地(CG)和鱼鳞坑草地(FPG)作为研究对象;其次,测量了18个指标,涵盖了物理、化学和生物特性;再次,使用主成分分析(PCA)来选择最小数据集(MDS)和修订后的最小数据集(RMDs);最后,应用线性和非线性评分方法计算SQI值,并比较不同方法的有效性。

研究中涉及的主要实验对象是上述四种草地类型,每种类型采集了40个土壤样本。处理过程包括现场调查植被生长状况、测定土壤理化性质、酶活性等多项指标。研究人员采用了多种标准实验技术,例如钾二铬酸盐法测定有机质含量、自动凯氏定氮法测定总氮等。数据分析过程中,运用了一维方差分析(ANOVA)、皮尔逊相关分析及主成分分析等统计学方法。

研究结果表明,在所有土壤物理属性中,除毛管孔隙度外,其余均有显著差异。化学指标中有五个,生物指标中有七个在不同土地利用类型之间存在显著差异。PCA结果显示,第一主成分解释了TDS总变异的98.18%,其中蔗糖酶活性(SA)、平均重量直径(MWD)和磷酸酶活性(PPA)被选入MDS。RMDs则包含了六个指标:田间持水量(FWC)、几何平均直径(GMD)、全氮(TN)、速效钾(AK)、SA和过氧化氢酶活性(CA)。线性评分方法得到的SQI值比非线性评分方法更高,且线性评分-修订最小数据集(SQI-LRM)被认为是最适合计算SQI的方法,因为它具有最高的F值和变异系数(CV)。四种土地利用类型的SQI排名为FG > GG > CG > FPG。

本研究表明,围封是最有利于退化草地土壤质量恢复的措施,这对于研究区退化草地的生态建设具有重要的指导意义。此外,研究还强调了综合考虑物理、化学和生物特性的必要性,以确保土壤质量评估的准确性。

这项研究的重要发现包括确认围封对提高土壤质量的效果最佳,同时提出了一个有效的模型用于无偏见地评估不同类型草地下的土壤质量。研究方法上的亮点在于结合了PCA与线性和非线性评分方法,从而提高了SQI计算的敏感性和准确性。

除了核心结论外,本文还提供了关于如何根据当地条件实施具体恢复措施的实际建议,比如考虑到坡度、降雨量和土壤侵蚀等因素,因地制宜地采取围封、鱼鳞坑或等高沟槽等措施。这些建议对于实际操作层面同样具有参考价值。

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