影响土地利用/土地覆盖变化对选定的土壤理化性质在Shenkolla分水岭,中南部埃塞俄比亚

文摘

从自然生态系统土地利用变化管理农业生态系统是土壤肥力下降的主要原因之一。严重的土壤侵蚀引起的农业扩张和管理不善恶化在耕地土壤养分耗竭外场(农作物土地)。本研究进行了检查土地利用和土地覆盖变化的影响(陆/ LC)在选定的土壤理化性质Shenkolla分水岭。共有40个表土样品收集在0-20厘米深度从四个土地利用/土地覆盖类型(林地、牧场、外场培养和培养自家花园字段)。方差分析(方差分析)应用于确定土壤参数土地利用类型之间的差异。治疗手段比较确定使用最少的显著差异(LSD)在0.05水平的意义。结果表明,有意义 差异的四路/ LC类型土壤特性。对于大多数参数评估,最有利的土壤特性观察林地,其次是自家花园字段,而最有利的土壤特性是精耕细作外场中发现的。增加耕地的程度为代价的森林覆盖与管理不善有关促进了土壤质量精耕细作外场的重大损失。减少土地覆盖转换和采用适当的管理实践的土壤在自家花园领域常用的是非常重要的为了提高土壤肥力精耕细作外场。

1。介绍

土壤退化造成的不适合使用土地和弱管理是整个世界的问题吸引了吸引力对可持续农业生产(1]。不适当的农业生产方式和土地覆盖的变化可能会迅速减少土壤质量恶化其理化性质和生物活性2,3]。土地利用变化,如森林和牧场的转换精耕细作农田,减少SOM内容和导致土壤容重增加,聚合稳定性和饱和导水率下降(4]。

农业是埃塞俄比亚经济的支柱,占国内生产总值(gdp)的41%以上,出口的84%,总就业的80% (5]。然而,土壤养分去除有机物质消耗,土壤侵蚀严重威胁农业生产的可持续性在埃塞俄比亚(6,7]。短缺的土地在人口稠密的地区,以满足对粮食生产的需求,导致了大片林地转化为耕地农作物土地(8]。

砍伐森林、过度放牧和连续培养引发水土流失的速度损失130吨/公顷耕地和35吨/公顷平均所有土地利用类的高地地区,估计也有在非洲(最高的国家之一6]。因此,评价不同土地利用类型土壤理化性质是至关重要的为规划者和决策者提供重要的信息设计发展干预措施,确保可持续的土地管理和食品安全研究领域和其他地方在埃塞俄比亚高原。为此,研究调查的影响土地利用/土地覆盖变化对选定Shenkolla流域土壤物理和化学性质,中南部埃塞俄比亚。

2。材料和方法

2.1。研究区域的描述

这项研究是开展Shenkolla分水岭,占地1457公顷,躺在索罗的东部地区Hadiya区南部国家民族和人民的地区。区域的地理位置坐标内7°24′30“7°27′0”N纬度和37°43 30 " -37°46 30′′E经度(图1)。海拔范围从2200到2830米的特点是温柔的倾斜的高浮雕山范围从5到45%。

地质地层主要由第四纪火山组成的酸性父材料(流纹岩、粗面岩、熔结凝灰岩),而玄武岩的形成是次要的9]。Nitisols最主要土壤类型中发现的所有土地使用(林地、牧场、家园花园字段,和培育外场)的分水岭。Nitisols有良好的物理性能,高的持水能力和良好的排水、高潜力的农业用途,而现存的分水岭的农民靠种植多种作物和牲畜吃草。(9]。最常见的地貌环境Nitisols分水岭的切割边斜坡(5 - 10%)。淋溶土中还发现在所有土地利用类强烈倾斜的梯度(10 - 15%)。变性土的区域范围是局限于一个很小的区域的排水不良底部牧场斜坡位置,始成土在林地上,和粘磐土覆盖小面积种植野上的变性土(9]。

气候特点是一般是不温不火submoist midhighland长期平均降水量约1107毫米双峰模式有(Belg)光雨季(3月到5月)和(默赫)沉重的雨季从6月到9月。研究区域的年平均气温是17.2°C(图2)。long-maturing作物如玉米和高粱种植Belg降雨和扩展他们的增长时期到主雨季时小麦和画眉草种植。在正常气候条件下,种植农作物是可能的在Belg雨季(光)和默赫(沉重的雨季)。

2.2。土地利用类型和管理模式

混合农畜系统是社区生计的主要来源在研究区域。系统以其高人口密度每平方公里(200 - 350人)和严重的土地短缺(平均持有的0.5公顷的家庭8人)以及精耕细作。森林和牧场集体所有和管理,而个体可耕种土地。

畜牧业是基于免费公共牧场上放牧。自由放牧是一种古老的传统的系统,可以让用户随意放牧牲畜的公共土地。特别是在种植季节,所有的牲畜都局限于稀缺的牧场为5 - 6个月都受到巨大的放牧压力。大群大小小牧场和糟糕的牧场的牧场管理增加了压力研究区域(9]。因此,动物不能得到足够饲料保持健康状况良好;同样,自然植被没有机会在任何时候恢复。没有重播效果,最美味的草和豆科植物消失了,和裸露的补丁,加速土壤侵蚀和严重的空间解剖歌唱和沟渠。

在研究区,农业种植(种植外场和家园花园字段)开始大约四十年前。可耕种的土地是由精耕细作外场(农作物土地)和管理良好的家园花园字段。家园园林领域覆盖着主食作物如enset (象腿ventricosum)和树木,如鳄梨(Persea美国),巴豆macrostachyus,刺桐属spp的灌木丛,一些蔬菜和香料形成一个多层的家庭花园(10]。遥远的栽培外场种植谷物,小麦(小麦),玉米(玉米),大麦(大麦芽)、高粱(高粱二色的)和画眉草(Eragrostis微软),形成costaples enset (象腿ventricosum)。

土壤肥力管理显然是栽培外场和家园花园字段之间的分化。挖掘和整合的农家肥料在自家花园领域截然不同的犁耕复杂系统,精耕细作外场(9]。宅地花园领域得到广泛的应用有机肥料(堆肥,堆肥,家庭垃圾和树叶)。土壤肥力的家园花园字段维护通过应用大约9吨平均每年每公顷的农家肥料,在作物栽培外场处理剂量低于规定数额的矿物肥料,平均50公斤尿素和65公斤/公顷DAP(磷酸氢二铵:18% N和P的46%₂O₅)[11]。作物残留消除另一个问题是导致土壤肥力下降种植外场。因此,培养外场在很大程度上是耗尽土壤肥力字段是丰富但家园花园。

不同的土地使用和管理实践表明,有不同程度的水侵蚀的研究领域。野外观测表明存在轻微的水侵蚀森林土地和宅基地花园字段和加速水侵蚀的牧场和培育外场在研究网站。这说明土壤栽培的易感性外场和牧场水侵蚀。

2.3。土壤采样和分析

从四种土地利用类型(即。,forest land, grazing land, cultivated outfields, and cultivated homestead garden fields), ten replicates of disturbed and undisturbed soil samples were collected, following line transects which were laid along the contour of the sampled area. To avoid the border effect, the line transect was located at a distance of 5 m from the edges. On each line transect, ten sampling points were located at a distance of 25 meters apart at a depth of 0–20 cm. Soil samples were collected during December 2017 to January 2017 after the crop harvest. The approximate length and width of sampled area were 280 m × 30 m, 260 m × 20 m, 285 m × 30 m, and 270 m × 25 m for the forest land, grazing land, cultivated outfields, and cultivated homestead garden fields, respectively. Undisturbed soil samples were taken by a steel core sampler of 100 cm³在十复制从每个土地利用体积体积密度和保水能力的决心。扰动土样本收集使用一个从每个土地利用俄歇十复制。总共40(4×10复制)治疗扰动土样和40(4×10复制)治疗原状核心样本收集。扰动土样品放置在聚乙烯袋和原状土样在钢铁岩心取样器被贴上所描述的土壤调查现场和实验室方法手册(12),然后为随后的实验室测试。

分析土壤样本的田间持水量(FC)、永久萎蔫点(PWP),持水能力(通车),聚合稳定性和纹理在埃塞俄比亚水利建筑设计和监督企业实验室程序后土壤肥力的实验室。分析土壤样品的体积密度(BD),粒子密度(PD),总孔隙度(TP),土壤pH值、有机碳(OC)、总氮、磷(美联社),阳离子交换量(CEC),可交换的基地,和一些微量元素在南方国家民族和人民地区农业,土壤肥力实验室。这些土壤实验室检查标准的ES ISO 10390: 2014和ES ISO 11263: 2015。

原状土样被风干,地面,经过2毫米筛对物理和化学参数和分析。中概述的比重计法(13)是用来确定土壤粒度分布。根据美国农业部土壤结构名称确定结构三角形中描述(14]。土壤容重(BD)估计原状土样品使用钢岩心取样器收集,和中概述的程序15)是用来确定BD和粒子密度(PD)。总孔隙度(TP)估计的体积密度(BD)和粒子密度(PD)中概述(16]。土壤的持水能力(w / w, %)在田间持水量(FC)和永久萎蔫点(PWP)测定土壤水势的1/3和15条,使用压板装置[17]。植物可以储水工务计划(风能网)是通过减去从FC18]。土壤团聚体稳定性测试是由湿式筛分法(中概述19]。它涉及突然下沉风干聚集在水(土壤总量受到前两预处理湿筛分:(1)立即沉浸在水中(浸泡)或(2)毛细管rewetted一夜之间在4°C湿使用0.5 mm筛筛分紧随其后。报告的数据总量的百分比保留后湿筛分(6]。土壤pH值测量水(pH-H₂O)使用酸度计1:2.5:土壤水比例(20.]。

有机碳(OC)的含量(%)决定的方法(21]。总氮(TN)(%)确定使用凯氏消化方法[22,可用磷(美联社)(毫克/公斤)是由从土壤中提取使用碳酸钠在pH = 8.5 (23]。阳离子交换量(CEC) (cmol + /公斤)确定土壤的土壤pH值7位移后使用1 N醋酸铵法中,此后,估计titrimetrically蒸馏的流离失所的钠(铵24]。可交换的基地(Ca^{2 +}、镁^{2 +},Na⁺和K⁺)测定土壤浸出后与醋酸铵(25]。大量的钙^{2 +}和毫克^{2 +}在分析了渗滤液(AAS)原子吸收分光光度计,和K⁺和钠⁺分析了火焰光度计。可推断出的微量元素(铁、铜、锌和锰)被diethylenetriaminepentaacetic酸提取(二乙三胺五醋酸)中描述26]。这些微量元素的数量由一个原子吸收分光光度计测定在各自的波长。

2.4。统计分析

方差分析(方差分析)应用于确定土壤参数在土地利用类型的变化。治疗手段比较确定使用最少的显著差异(LSD)在0.05水平的意义(27]。分析数据,使用SPSS软件(Windows 16.0版本)。

3所示。结果与讨论

3.1。土壤质地、容重和孔隙度

土壤颗粒大小的平均值noncultivated土地(森林和牧场)与平均值相比nonforested土地(栽培外场,家园花园字段和牧场)。沙子nonforested土地的平均值(39.3%)高于均值的沙子noncultivated土地(35%),而均值的粘土noncultivated土地(22.5%)高于均值的粘土nonforested土地(17.6%)。这表明noncultivated土地对土壤质量的积极影响。但是,没有区别的平均值淤泥在nonforested noncultivated土地和土地(表1)。

此外,土壤粒度分析表明,土地利用类型之间有显著差异(表2)。含砂量较高(46%)被记录在土壤栽培外场紧随其后的牧场。然而,粘土的最高价值(26%)被记录在森林土壤。这意味着精耕细作的土壤增加砂(粒子)微粒被水冲走,风蚀,而林地不受损失。这表明土壤固有的属性,如粒子分布可以影响长期密集耕作的土壤。然而,当前的发现报告(不同意28它被发现,土地利用对土壤颗粒系统没有影响。这一发现是在协议(6,29日),强化土地利用和土壤深度显著影响粒度分布创造更多桑迪纹理。

容重和总孔隙度(TP)明显 受土地利用/土地覆盖变化的影响。最有利的属性(低BD和高TP)记录森林土地和宅基地花园字段,而培养外场BD最高(1.62克/厘米³TP)和最低(0.32%),表明土壤压实和润湿性精耕细作外场下问题。润湿性问题的土壤种植外场可以最小化通过集成与适当的土壤肥力管理常规耕作。高体积密度低的土壤孔隙度的指标,这可能会导致穷人运动通过土壤空气和水。随着容重的增加,TP和土壤润湿性降低。压实的增加可能导致破坏水的渗透和再分配土壤包括减少土壤润湿性、孔隙度(9]。减少土壤润湿性的原因(土壤斥水性)是压实,导致高体积密度和土壤颗粒的疏水性表面涂层。这是影响土壤的表面,它与土壤质地相当。

3.2。土壤持水能力和肥性总量

土壤储水工务计划和风能网的显著影响 的土地利用类型,但没有观察到显著差异在土壤含水量在FC(表3)。森林土风能网最高(15.32毫米/米),而家园花园储水在工务计划最高(25.49)。保水能力的最高价值在自家花园工务计划的字段可以归因于高有机质含量的百分比从农场院子肥料的应用程序。土壤肥力的家园花园字段维护通过应用大约9吨平均每年每公顷的农家肥料除了树叶窝。最高的土壤水分保留在FC森林土地使用意味着自然植被枯萎的迹象后作物早已枯萎。兰登(30.)解释说,SOC、纹理、矿物学和土壤形态学影响的内容可用的水含量。同样的,最高的肥性骨料被发现在森林土壤(84.65%)和家园花园字段(82.13%),反映高有机质含量作为聚合剂使土壤侵蚀(表的影响较小3)。精耕细作降解土壤结构聚合所反映精耕细作外场下聚合稳定性下降。长期连续种植后,肥性的数量显著减少的86.22%森林土壤栽培外场的63.5%。这个结果是同意的研究报告4]。的损失可能是土壤有机物聚合容易互相分离,最后细粒子运输被水侵蚀。

3.3。土壤反应(pH), OC, TN,美联社

pH值(H₂O)值明显的土壤 受到土地利用类型的影响。最高的平均值最低(7.20)和(5.80)土壤pH值(H₂O)的值被记录在林地和耕地外场,分别(表4)。根据评级提出(30.),土壤pH值在栽培外场中度酸性,但中性在大兴安岭,土地集约利用暗示包括矿物肥料种植外场的应用导致酸化。这一发现与报告一致(9,31日]。

土壤有机碳含量明显 影响土地利用与平均值明显高于林地下(2.24%)和较低的平均值(1.31%)在精耕细作外场(表4)。的差异可以解释为密集耕作的土地,加速氧化有机物加上全部切除的作物残留物,作为动物饲料和家庭能源的来源9]。基于评级(32)的SOC含量土壤栽培外场下被评为低和中等放牧的土地和家园田野和花园被评为高林地(表4)。这个结果与结果一致(33,34),据报道,SOC含量较低的耕地土壤比自然植被下土壤。

土壤全氮含量明显 影响土地利用与更高的平均值(0.24%)下的林地和精耕细作外场下最低(0.14%),而放牧的土地和宅基地花园有类似的平均值(表字段4)。土壤的含氮量通常是在低到中等范围作为一个从森林培育外场,家园花园字段和放牧的地区和有机质水平。这一发现与结果一致(35,36),据报道,强化和连续培养OC加速氧化,从而导致减少TN。然而,在森林中总氮的含量较高(0.24)和较低的作物的土地(0.14)(表4)。这个结果符合的结果(37]。在森林和牧场有良好的自然植被的封面,它返回到土壤高增加了SOM内容,进而增加这些土壤的全氮含量。

评估土地利用类型之间没有显著差异在C / N比率,及其平均值9.40表明迅速在潮湿的热带条件下有机质分解的区域,表明提高氮的可用性植物,将有可能将作物残留氮固定的土壤没有不利影响38]。最佳范围的C / N比大约是10:1 - 12:1微生物需要提供氮超过[39]。因此,C / N比的土壤微生物的研究区域低于最优范围的需要。

可用的磷显著 受土地利用/土地覆盖变化的影响最高的平均值(16毫克/公斤)根据林地,紧随其后,在牧场(14.27毫克/公斤),和最低(9.13毫克/公斤)精耕细作下外场(表4)。有趣的是要注意,磷水平较低的耕地外场尽管几十年的弹跳和阻燃剂(磷酸氢二铵:18 - 46%₂O₅)肥料应用程序,这意味着越少的可用性土壤中磷酸盐可能是由于高固定的粘土胶体。基于评级时,可用的磷含量的土壤被评为低栽培下外场和评为中等林地、牧场和家园花园字段(32]。

3.4。阳离子交换容量和交换基地

CEC和可交换的基地的土壤(Mg除外)是高度显著 在土地利用类型多样,是所有参数下更高的森林土地利用和降低种植外场下(表5)。CEC的平均值(31 cmol(+) /公斤),总可交换的基地(24.51 cmol /公斤),和基本饱和(80%)在高范围的土壤的肥力状况良好。这些结果与透水发现协议(39- - - - - -41)也报道高阳离子交换量(CEC)值下的草地和耕地。

3.5。微量元素

土壤通常是高铁和锰,但低铜和锌(表中6),这是与酸性土壤的反应一致。在酸性土壤中,微量营养素水平预计将高除了铜(9]。有一个非常重要的 锰和锌水平的变化之间的土地利用类型;然而,铁和铜显著 受土地利用/土地覆盖变化的影响。宅基地和牧场有所有微量元素的最高水平。这个结果与报告一致(41]。可推断出的铜含量较高在家园土壤(0.68毫克/公斤),紧随其后的是林地土壤(0.58毫克/公斤)(表6)。这可能是由于与有机碳铜的关系。基于铜评级(开发的42),土壤中的铜含量的评级研究区被评为低(不足)在所有的土地利用类型。

4所示。结论

研究的结果表明,土地利用/土地覆盖变化显著影响土壤的物理化学性质。最有利的土壤特性的观察在林地,紧随其后的是自家花园字段和放牧的地区,而最有利的土壤特性在精耕细作外场观测。农业用地的扩张森林覆盖和管理不善的促进了土壤质量的重大损失在精耕细作外场(农田)。因此,减少土地覆盖转换和土壤采用适当的管理是非常重要的为了维持土壤肥力和维持农业生产在研究区和其他类似地区的埃塞俄比亚高原。此外,努力确保土地可持续管理(应用平衡的植物营养素,农家肥料、作物残留物回报,和堆肥)应该采取以提高土壤质量精耕细作外场。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以要求通讯作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者要感谢环境科学中心亚的斯亚贝巴大学提供资金和设施。Wachemo大学的财政支持。慷慨的支持马科斯Dae先生和Dilamo Woldeyohannes在该领域的工作是高度赞赏。

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