文摘
土壤景观的特征是决策变得越来越重要对于特有的农业系统和土壤管理。本研究发起的目的是识别景观尺度土壤空间变异使用toposequence模型,以便因地制宜施肥可以实现。根据这一发现,土壤浅深度很深,中度酸性至中等碱性土壤中反应,淡的盐度,粘土砂壤土的纹理。土壤被发现在大多数土壤养分低水平很低,非常低的高水平的基本饱和,和缺乏锌,但有足够的铁,铜和锰。土壤交换复杂主要是由钙和镁的顺序出现在哪里钙>镁> K > Na。CEC值高到非常高的范围。实地调查和土壤分析结果后,五个主要参考土壤组世界土壤资源Base-Leptosols(56%)、淋溶土(8.5%)、冲积土(14.4%)、变性土(13%),和始成土(8.2%)是识别和映射。Leptosols覆盖最大的大陆分水岭和主要发现在峰会上和希尔斜坡。另一方面,淋溶土、冲积土变性土,始成土被发现在中间和脚的斜坡上。根据研究结果,表明地形土壤来源的变化是主要的成土的元素在土壤的形成正在研究的分水岭。 Therefore, having local-scale-specific soil information can assist the site-specific application of soil nutrients and amendments based on spatial variability which is tailored to the soil requirements.
1。介绍
土壤是一种不可再生的来源和构成一个至关重要的组成部分,自然资本的全球股市长期形成的过程。土壤需要100年代到1000年代年形成一个1厘米的土壤侵蚀在相对较短的时间由于使用不当或管理不善很少机会再生(1,2]。因此,土壤科学家强烈建议理解我们脚下的土壤,妥善管理,避免破坏我们的环境和粮食安全的基本构建块。土壤可能是最困难的,被低估的,和小理解矩阵(3,4]。有一个传奇的意大利艺术家达芬奇说的解释我们细致入微的了解土壤资源,即。,“我们知道更多关于天体的运动比脚下的土壤”(5]。
土壤的主要生态功能分为以下三大类:(i)监管和支持功能;(2)提供功能;和(3)信息、文化、休闲、和宗教功能(6- - - - - -8]。土壤是必不可少的支持粮食生产(生产大约95%的人类的食物供应),并提供生态系统服务。但是,像其他栖息地和生态系统,土壤面临越来越大的压力是由于以人类为中心的活动(1)在某种程度上,一个新的地质时代,人类世,提出了9]。因此,土壤资本受到威胁在埃塞俄比亚和其他地方由于人口快速增长,较高的食品需求,土地利用竞争,大量的植被清除,荒漠化,过度使用和管理不善。这些导致它超过其能力来执行,所体现的土地退化(4,10]。目前世界上约30%的土壤退化(11]。世界上所有的表层土在60年内可能成为非生产性如果目前的亏损率继续下去12]。
因此,定义土壤的空间分布及其特性可以改善自然资源管理,预测土壤属性nonsampled网站和改善农业生态与环境研究的抽样设计。鉴于土壤生态系统和人类生存的重要性,必须评估土壤健康,尤其是在大田作物农场,主导农业景观像埃塞俄比亚。为了供养不断增长的人口,减少农业对环境的影响,生态系统服务和农业生产率必须平衡(13]。由于农业土壤危险,特有的农业依赖空间可变性分析和解释14,15]。不同土壤特性的研究还证实,主要地形位置控制的变化类型,特点,和土壤分布16,17]。
本地和区域规划、经济预测、食品安全和环境保护取决于自然资源分布数据。研究还表明,精准农业的管理区域依赖于土壤肥力变化(18]。在过去的几十年里,景观空间格局的监测和评估已扩展为土壤类型和品质的理解是至关重要的对农业生产和其他土地使用决策(19]。因此,土壤特性、分类和映射是至关重要的阶段和构建块在自然资源评估工具理解土壤景观,分类,和获得最大的对环境的理解20.,21]。除了土壤形成组件、土壤特征描述颜色、质地、结构、一致性,空洞,cutans,根,胶结,结节/结核,岩石碎片/石头,动物区系的活动,和每个通用土层的地平线边界(22,23]。
然而,根据世界土壤信息服务(WoSIS),埃塞俄比亚刚刚1712土壤资料(WoSIS) [24]。更多的档案数量将比WoSIS研究报道,但只有一部分可以为国际社会一致的格式。另一个延迟是没有方言语言埃塞俄比亚建立了土壤分类系统。这将导致一些土壤使用问题。地理空间显式soil-landscape资源数据稀缺或分散在全国19]。因此,受益人需要当前特定场地土壤知识从一个本地或流域土壤土壤可持续利用研究。此外,联合国承诺到2030年实现可持续发展目标(西班牙),和区域土地利用分析实现这些目标至关重要。研究表明,土壤资源信息是至关重要的土地利用规划和可持续的生育控制(25,26]。
埃塞俄比亚被称为“土壤博物馆”,因为它有19的28个主要土类土壤FAO-UNSECO世界地图。然而,我们的知识的埃塞俄比亚的土壤资源是有限的。土壤资源映射在1:2000000,太粗,从地形上不够详细,为土壤肥力决策提供实用信息(在特定场地的空间尺度上27]。以前的土壤调查缺乏基本数据管理根据当地土壤的变化(即。流域或农场规模)。土壤分类系统和地图的最后一个步骤是土壤调查;维护土壤通过类似的特征和/或性质;农民,让决策者获取知识和科学界28]。土壤地图可以有效地生产与统计模型在数字土壤制图(DSM),包含重要信息在土壤属性的空间分布等领域中使用的水和土地管理和气候研究[29日]。目前,门德斯和Dematte [30.]和Hartemink Bockheim [31日)解释说,土壤地图区域和农场水平对于农业的最佳管理实践至关重要。
特有的营养管理可以解决营养短缺和避免过度或不足应用程序中,这样可以减少环境污染,优化作物生产力和土壤养分损失,环境和农民受益。因此,为了解决新兴问题和维护可持续土地利用当前和未来的世代,精确和科学土壤数据和高分辨率的地图需要特定站点肥料推荐和农业生产集约化。因此,本研究旨在生成有意义的土壤分类的目的是施肥来提高土地利用率、生产率、和土壤管理在南部提格雷Ayiba分水岭,埃塞俄比亚北部使用FAO-WRB传说[22,32]。我们评估农业景观和为一个整体环境质量的解决以下具体目标:(我)提供详细的形态、物理和化学性质的土壤Ayiba多山的地形(2)对土壤进行分类根据FAO-WRB土壤分类系统并开发一个分水岭的地图,使soil-specific农场规模管理干预
2。材料和方法
2.1。网站描述:位置、气候、土壤、土地利用、农业
这项研究是在南提格雷Ayiba分水岭(4099.14公顷)。Denakil流域的一部分,从Mekelle 106公里,提格雷首都的路上通过Maychew亚的斯亚贝巴。Ayiba分水岭隔12°51′18“-12°54′36”N和39°29′24 " -39°35′24 " E(图1)。海拔跨度从2722年到海拔3944米(m.a.s.l)与恶劣的环境和陡峭的斜坡上部和中部。高山区救援山,严重的高原、解剖和山谷底部描述研究区域的地形27,34]。在研究流域的地貌环境中,玄武岩母质沉积下斜坡toposequence造成山体滑坡,这是至关重要的土壤分布(27,34,35]。在类似的地貌环境中,Van de Wauw et al。36)确定以下两个基本群众运动:(a)大规模山体滑坡,玄武岩母质下坡的和(b)流动的变性粘土沉积砂岩悬崖脚下或类似的二次流在大规模的滑坡。
分水岭通常描述为温和降温半干旱气候条件与270 - 300天的干旱期延长和50 - 60天的雨季和高地农业生态的区域与降雨量呈双峰分布(27,34,37]。主要雨季。”Keremti”(夏天:6月至9月),之前是一个短暂的雨季,”Belgi”(弹簧:2月至5月),主要来自印度洋(27,38,39]。根据20年的气象数据来自附近的四个气象站(Bora, Maychew Wedisemero, Korem),月平均降水量72.88毫米,年降水量853毫米。8月的高峰期主要雨季和4月的峰值是轻微的雨季。该地区的最小和最大月度平均气温是7.1和25.6°C,分别平均温度为16.8°C(图2)。左右的虚线区域指定旱季。该地区的年潜在蒸散(PET)约为1411毫米(27]。
研究流域的原生森林和植物被废弃的50 - 100多年了,像其他北部高地埃塞俄比亚(41,42]。非常小的部分剩余自然树木附近教堂是由巫师占卜能力。自古以来,宗教告诉我:“任何干扰周围的自然和精神冬青教堂(例如,删除树,让动物吃草或浏览)会带来可怕的结果”(个人沟通与当地的长老和牧师,2018)。能源和建筑木材产品的需求和压力来自其他土地使用、农业和放牧支持人口快速增长导致森林砍伐和森林退化。因此,限制森林砍伐和扩大造林预计经济意义和帮助农业和农村生活。
农业依赖于混合农畜系统(27]。谷物、豆类和某些水果和蔬菜作物生长在研究区域(27,43]。小麦、大麦、画眉草提供研究区域的大多数主食。对产量和旋转,蚕豆等豆类作物,紫花豌豆,埃塞俄比亚豌豆和扁豆生长。在该地区,teff-wheat-legumes旋转。使用剩余水分鹰嘴豆也播种后收获。此外,流域的农民也提高洋葱、辣椒、白菜、苹果(35,43]。天然牧场动物饲料的主要来源(44]。
关于人口统计学,没有实际数据描述特定的研究区域,但根据2022年埃塞俄比亚(CSA)中央统计机构数据,Alaje斯吉尔特区(第二行政级别在埃塞俄比亚),其中包括研究区和其他21 kebelles(第一个行政级别在埃塞俄比亚),总人口130287人口密度为77.6人/平方公里(45]。
2.2。选址和字段描述
流域的土壤变化是调查使用自由土地调查(导线测量)的方法。在实地调查前,一个专家小组进行了横断面走到识别主要土壤单位和定位剖面采样站点。当地农民、长老和扩展专家提供基本的土地信息之前土样的采集。约249人受了坑网站找到映射单元和概要文件。必要的设施土壤调查和土壤剖面描述格式(如联合国粮农组织指南(22方面,土壤分类手册(32),孟塞尔颜色图表,GPS,土壤剖面,钻描述表收集和野外工作前准备。
斜率地图生产从数字高程模型(DEM),从北方,一个系列是身体倾斜的土地崖南谷底,包括地形组件从波峰/峰会坡脚脚趾斜率(图3(一个))。然后,选中toposequence分层分成以下三个景观位置:上(波峰+肩),中间(后坡),和脚(脚趾坡+萧条)边坡位置,在每个(图和两个配置文件被打开3 (b))。概要文件被打开的深度2 + m(除非土壤深度是有限还是行不通由于冷漠)的尺寸2米×1.5米在一个网站,每个景观位置的代表。所有资料都是建筑,和一般的网站信息和土壤描述记录(表S3)。概要文件定义和抽样根据建立协议探索土壤形态、物理和化学参数和形态学描述原位(22,32,46]。
(一)
(b)
2.3。土壤采样和分析
使用土钻收集土壤样本。干扰和原状土样品从每个通用地平线(从最低层开始,努力的避免污染)的理化实验室分析。表1显示实验室土壤参数测量方法,和表S1被用于解释。实验室分析了提格雷土壤实验室中心Mekelle(埃塞俄比亚),和植物营养实验室,环境科学资源,浙江大学、杭州(中国)。
2.4。土壤分类和映射
根据形态、物理和化学性质,流域土壤被分为不同的单位(主要土壤)后世界土壤资源(参考基础32]。土壤相同的地形、母质,救灾、地形、和形态被认为是相似的和给予类似的映射单元及其程度描述以下单位工作小组方面(62年]。
2.5。统计数据分析和软件使用
平均每个计算剖面土壤参数值和平均值±标准误差。最后,Ayiba流域土壤地图创建使用GIS软件(版本10.5)。
3所示。结果
3.1。档案网站和土壤形态特征
资料显示斜坡、排水和水侵蚀差异。打开配置文件被放置在一个山坡坡度范围非常陡峭(表略倾斜的S2)。上部和中部地形大部分倾斜很陡峭的山坡坡度分类(图4和表S2)。所有资料都排水性良好的除了AYB-5(表S2)。所有档案网站展示了各种各样的水侵蚀过程,包括表、细沟,沟的形成(图5和表S2)。土地利用、广泛和集约农业和植物去除有加速侵蚀概况及其周围的风景。概要AYB-1和3开放在玄武岩和塌积草原土壤而概要文件AYB-2, 4、5、6开了旱作种植领域网站与不同的土地利用年度计划的历史和土壤形成崩积层和覆盖层玄武岩起源(表S2)。旱作农田、草原、森林种植园和贫脊的土地上和中间斜坡(侵蚀网站),而耕地和草地主要流域的脚的斜率。我们之前的文章包含信息研究流域的土地利用分类(https://doi.org/10.1155/2020/8816248和https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e06770)。
表2和表S4提供形态属性每个层的颜色,质地,结构区别,等。土壤深度范围从53厘米(浅)顶部100 +厘米(深)中间和脚的斜率。重力岩屑卷下来,AYB-1最浅的概要文件,表明有限的成土过程。在这项研究中,干燥和潮湿土壤的色调2.5−10岁,一个2 - 5,和1 - 4的浓度。所有资料土壤颜色从黑色到灰色棕色(干),黑色黄色棕色(潮湿)。由于有机物变暗,A -和b层边界是可见的。toposequence,田间土壤质地的感觉不同;因此,档案AYB-1 2和5 clay-dominated表面,同时概要文件AYB-3, 4, 6砂壤土占主导地位。表面视野AYB-1和3微湿,但AYB-2, 4、5和6是干燥,这可能与土壤有机质和粘土方差。由distinctness-topography概要1到6清楚流畅,clear-wavy,清楚流畅,diffuse-smooth地平线边界(表3)。
所有土壤表面松散但强大的底土(表S4)。在上层和中层系列,概要1到4显示弱到中度的表面结构和弱到强地下结构。AYB-5表面地平线的块状和辛勤耕作干扰造成的。土壤结构在AYB-6弱到中度的年级,巨大的易碎类,细到中等大小。的类型和大小,所有资料都大规模的易碎的和非常好的介质变形。地下土壤形态从次棱角状块状粗块状不发达。所有土壤表现出多样的一致性在干燥,潮湿,潮湿条件下,主要是以下表面脆性和底土(表中成为公司S4)。该领域CaCO3(使用1 N HCl溶液)noneffervescent除了AYB-5在其底部水平,创建了一些泡沫。
3.2。土壤物理特性的配置文件
3.2.1之上。土壤粒度分布和粘土对比指数
砂、粉砂和粘土颗粒大小从18 - 68%,14 - 53%,沿着toposequence 6 - 68%。因此,土壤质地包括粘土、砂质壤土,根据地形(表2)。粘土主导土壤粒径分数,紧随其后的是沙子,淤泥。除了AYB-3,砂和粘土的比例减少,增加深度的地貌单元。侵蚀有选择地删除从表层粘土和淤泥,因为沙子不如细便携式土壤分数。在这个调查中,我们还观察到季节性水浸在斜坡,这可能促进结构b层恶化和粘土颗粒分散与地下水位。
淤泥和粘土比例范围从0.21到4.33的地形,和比例范围从0.29到4.33在表土层和从0.21到2.94 B-horizons深度增大而减小。淤泥的最高价值/粘土比在一个记录h地平线(4.33)的概要文件4,其次是Bw-horizon剖面3(2.94),和较低的被记录在较低的底土AYB-2(表2)。粘土对比指数(CCI)范围从0.40到0.95,最高的在AYB-3 AYB-1和最低。高CCI表明低结构的分化,而低CCI表明高结构分化的概要文件。因此,粘土浓缩的概要文件被发现在以下递减顺序:AYB-1 (0.95) < AYB-2 (0.89) < AYB-5 (0.85) < AYB-6 (0.80) < AYB-4 < AYB-3(0.75)(0.40)(表2)。AYB-1 4位于中部和上部地形,主要表现通过斜陡坡梯度(图3),集中耕地与自由放牧的经验,现场所有诱导腐蚀和降低粘土含量的地平线上。
3.2.2。体积密度、总孔隙度和保水能力
配置文件1和4的淋溶层表面体积密度(BDs) 1.13和1.46 g·厘米−3,分别。相比之下,概要文件2的Bt-horizon 1.27 g·厘米−3底土BD,剖面5的Bc-horizon 2.32 g·厘米−3(表2)。土壤的视野的BD被发现随深度增加。酒吧的土壤含水量为田间持水量(1/3)范围从17.9到44.2%,在永久萎蔫阈值从9.1 - 32.55%(15条),和可用的水含量在土壤(风能网)从8.8到12.78%的地形(图5)。工务计划FC和土壤含水量的表面被发现高于亚层土壤。风能网减少,但不均匀在低底土的概要文件3中,可能由于结构变化后,4th层。大西洋风能网范围10 - 12和15之间(v %)在表层和次表层的土壤,分别。
3.3。土壤化学性质的研究
3.3.1。土壤pH值、土壤EC和土壤碳酸钙含量
土壤pH值范围从7.14到8.31 (pH-H2O)和6.31 - 7.27 (pH-KCl)。在所有土壤地平线,pH值(H2O)超过了酸碱(氯化钾)和三角洲(∆pH值)值,以及酸碱(氯化钾)和之间的区别(H2O)表明,土壤净负电荷和将继续带正电荷的离子交换网站胶粒。土壤中发现的中性范围为pH-H中等碱性2O和适度的范围为pH-KCl酸性中性土壤反应(63年在自然。平均土壤电导率(EC)值也从0.19 (AYB-4)到0.35 (AYB-3),与AYB-1 6·女士从0.15到0.52厘米−1(表4)。欧共体是低的视野。因此,所有资料的土壤是淡的,表明盐分对作物生长和产量的影响限制是次要的或可以忽略不计63年]。渗流和排水基地可以解释低EC中解放出来。碳酸钙(CaCO3)表层土壤中的浓度范围从0.35 (AYB-3)到0.63% (AYB-6),而在地下土壤(表范围从0.62到1.14%4)。碳酸盐的现场测量与10%盐酸没有声音或可见的泡沫在除了AYB-5土壤深度的地下。
3.3.2。SOC, TN C / N比率分析
土壤有机碳(SOC)、总氮(TN)记录高表面土壤和显著(表5)与土壤深度平均下降值介于0.78和2.53%,0.21%和0.10,分别。相比之下,SOC的地下一层土壤退化草地的中间斜率范围从0.62% (AYB-3) 1.87%上斜坡的围地草原(AYB-1)。表面的视野的TN含量高于地下土壤地平线,也遵循类似的模式,SOC的研究资料,这意味着一个强大的SOC和土壤中TN系统之间的关系。SOC和TN的数量相对较高(分别为0.25%和3.19)在上斜坡位置表面的视野,这可能是由于和关联的生物质营业额草。
C / N比沿着toposequence表面土壤的研究区域范围从4.51到12.78,而在地下视野,它从5.44到14.04不等,平均6.15到12.61(表的范围5)。在AYB-5埋视野和6中,C / N比率略高于其它地区的视野,这可能会由于人中/沉积物undecomposed材料丰富的土壤中的碳。在几乎所有的概要文件,C / N配给演示了一个减少或增加系统随深度变化,表明类似的成矿条件的存在公认的地平线(表5)。
3.3.3。土壤有效P、S B,可交换的基础,CEC,饱和度分析基础
表面的视野可用的所有资料都高磷(av。P)内容由于有机质含量较高,磷系施肥种植领域,减少游离氧化铁和交换3 +。土壤的速效磷含量降低与剖面深度在所有配置文件,但空间的趋势是不一致的。可用的P的内容概要文件从3.14毫克·公斤不等−1底部层AYB-3 23.47 mg·公斤−1表层的AYB-1(表5)。表层土壤速效磷通常是大于底土由于人为添加P在土壤表面的吸附及其渐进的解吸,更大的生物活性和更高的加法和积累的有机物质表面土壤比底土。
关于硫(S)和硼(B),获得的结果都遵循av的趋势。P(表5)。在这项研究中,研究土壤的平均可用S内容概要文件从0.67毫克·公斤不等−1在概要文件2到0.80毫克·公斤−1在概要文件(表55)。最高和最低的av。年代记录AYB-6美联社和Bw视野,分别。,av。B被发现在0.19毫克公斤−1土壤的Bw地平线AYB-1 0.77毫克·公斤−1土壤在AYB-6美联社地平线,平均0.24至0.77毫克公斤−1整个景观土壤。
在研究土壤资料,结果显示,可交换的内容2 +是占主导地位的可交换的基础,其次是毫克2 +沿着toposequence。基本可交换的阳离子在范围0.07 - -0.49,0.22 - -2.12,2.46 - -10.20,-27.10和4.46在Na的景观,K, Mg,分别和Ca(表6)。一般来说,大量的阳离子占据交换网站Ca的顺序2 +>毫克2 +> K+> Na+整个配置文件,发现如何高效农业土壤中应该包含这些基本的阳离子。百分比基本饱和(PBS)研究区土壤的变化从18.7到99.4%。土壤地平线AYB-2和6被记录为高价值的PBS相比。关于阳离子交换量(CEC),整个土壤CEC的研究范围从28.7到54.52 cmol(+)公斤−1土壤沿toposequence(表6)。最低和最高的值记录的表层土AYB-2(耕地)和AYB-3(草原)。
3.3.4。可推断出的微量元素(铁、铜、锌、锰)
在研究土壤资料,可推断出的微量元素(即的平均值。、铁、铜、锌、锰)在不同土壤深度展示在表7。
可用微量元素的内容随土壤深度和随着深度增加呈下降趋势。然而,与地形位置不一致的趋势。的内容可榨出的铁、铜、锌、和Mn研究概要文件范围从11.42到21.10,1.15,3.79,0.15,1.16和3.93到12.88 mg·公斤−1土壤,分别。随后可榨出的微量元素的顺序铁>锰>铜>锌的浓度在所有资料在全国各地。结果表明,表层土壤层有更高的内容可以比地下土壤微量元素层。层表面的平均值可榨出的微量元素有显著不同的地下一层相比(表7)。相比之下,沿着toposequence概要文件之间的差异是无关紧要的。
3.4。土壤分类和映射
根据形态、物理和化学分析,研究了土壤资料分类使用粮农组织/方面传奇(32,62年]。因此,实地调查和土壤分析结果后,五个主要参考土壤组世界土壤资源Base-Leptosols,淋溶土、冲积土、变性土,始成土- - - - - -被识别和映射(表吗8)。这些土壤来源显示,母质、气候、地理、生物和土地利用/土地覆盖变化确定区域和当地土壤类型和特征(64年]。先前研究Gebremeskel et al。65年)也报道,著名土壤地区始成土、冲积土,Leptosols,变性土、粗骨土。所述土壤程度后国际单位工作组方面(62年),发现土壤景观Leptosols为主(表8,图6),它覆盖>总数的50%大陆主要发生在中间和上部景观位置,其次是其他相关土壤发生和脚的斜坡。另一项研究通过Nyssen et al。66年在提格雷高地说Leptosols和光秃秃的岩石被发现在最陡的斜坡上(> 40%),并发与我们的结果。
4所示。讨论
4.1。档案网站和土壤形态特征
斜率,父母材料和土地利用类型的主要因素是网站的差异特征。土地利用的影响,广泛而密集的农业,和删除植被放大了侵蚀过程,观察到的所有配置文件及其周围的风景。Debie et al。67年被水)也证实,加速土壤侵蚀在埃塞俄比亚的土壤景观是一个关键问题。例如,易卜拉欣et al。68年报道上地形是排水性良好的中间和山谷底部排水不良时,在较低的地形位置和土壤与土壤水分超过上部边坡饱和。同样,先前的研究结果也强调,侵蚀强度可能取决于边坡类,地形位置,和土地使用69年,70年]。Schaetzl [70年)报道,斜率控制物质和能量的运动下坡的。它有最小的峰会位置和侵蚀,运输,和沉积作用的肩膀,中间,和坡脚位置。
土壤的颜色可以随土壤剖面深度和景观位置(71年]。土壤矿物学和化学成分、有机质和粘土浓度、排水条件、和redoximorphic反应可能会影响之间的土壤颜色矩阵和概要文件。氧化的程度、水合作用和扩散的铁氧化物在土壤决定了黄色和棕色的颜色,在很大程度上是由针铁矿和磁铁矿,分别为(71年]。例如,深点的颜色表明较高的分解有机物的存在(腐殖质)。因此,大多数表面层比地下有深颜色的视野。其他报告了类似的结果在埃塞俄比亚和中国(72年,73年]。地下地平线(< 80厘米)土壤坡脚的颜色是深灰色棕色,表明土壤组成fine-textured塌积和冲积材料。与这项工作和谐,Tuncay和Dengiz74年]报道类似的结果在土耳其黑海地区的中央。
土壤结构,指土壤颗粒是如何分组通过物理、化学和生物过程,是最有效地描述的年级(聚合度),类(平均大小)和类型的总量(形式)。健壮的结构形成于地下的视野是由于上覆层,减少有机物,粘土高积累、丰富和减少植物根,还讨论了通过一项研究[72年]。从表土层到基岩R-horizon大规模易碎的结构的结构的变化与深度。所有六个概要文件显示弱级颗粒类型a层土壤结构由于相对较高的有机质含量,观察和砾石含量高的母质层(75年,76年]。
的粘性非常粘/塑料塑料表层和次表层的视野的一致性表明有机质含量低,很难处理这些土壤。另一方面,土壤非常粘和塑料的一致性表明,蒙脱石粘土土壤高(77年,78年]。Dinssa和伊莱亚斯72年)和Ayalew et al。79年]报道类似导致土壤Bako Tibe区和Yigossa分水岭,埃塞俄比亚。在埃塞俄比亚北部,Nyssen et al。66年]分析了群众运动的许多风景,运输材料从他们原位高地玄武岩在地势较低的沉积岩,提高粘土的机会来培养。可用的水对植物根系受到冷漠(66年),土壤质地变得好与增加植物根组件(73年]。
4.2。土壤物理特性的配置文件
土壤质地,最稳定的物理属性,影响土壤结构、一致性、土壤水分政权和渗透速率,径流速度,易蚀性、可加工性、渗透率、根穿透性和生育能力。地球好分数土壤质地分布显示了一个显著的结构变化之间的表层和次表层的视野,增加粘土和砂级颗粒减少。淋洗酌和淀积作用垂直把粘土从地表到地下,增加粘土含量与深度。同样,其他人已经报道在埃塞俄比亚的不同部分25,80年,81年]。根据Hazelton和墨菲(82年)评级一般大量的粒子分布被发现在低到中等沙子,淤泥较低,和非常高的粘土在斜坡上配置文件;高到非常高的沙子,低到中等淤泥,中间低粘土边坡资料;非常高的砂和低,低到中等淤泥,低到高粘土在坡脚配置文件。变化表明,地形影响土壤粒度分布的景观模式(21]。
减少或增加的模式与深度土壤分数表示的存在土壤水分流失原位形成或在B-horizons积累和主要矿物的风化。例如,粘土含量与深度的增加表明粘土迁移或可能显示活跃的存在eluviation-illuviation成土的过程。相比之下,季节性水侵蚀效应和redoximorphic特性可以解释减少表面的地平线。粘土易位和浓缩argic地下地平线满足需求发展(32,61年]。土壤的变化发展可能是由于不稳定的景观特性(崎岖和草率),成土作用趋势经常改变。
坡脚的水浸,可能导致恶化的结构化b层和粘土颗粒的弥散与水位,同样报道了Choudhury et al。83年]。其他作者李和林德斯特伦84年)相应解释说,水侵蚀有可能修改丘陵景观土壤属性的空间格局。我们的结果也符合Ellerbrock的理由和Gerke [85年]。他们表明,土壤颗粒可以运送沿着山坡坡度在侵蚀,积聚在坡脚位置(萧条),并形成塌积土。同样,其他人也观察到减少细分数的陡峭斜坡由于选择性去除微粒被水侵蚀(86年,87年]。
与我们的结果相反,Uwitonze et al。88年)报道,粒度分布与深度,没有显示出明显的趋势和Amanuel et al。34]形容粘土含量较高的顶部和下降与深度。地下是情景中的粘土沉积,可能与湿和干燥周期气候的经验,关于eluviation-illuviation成土的过程。根据这一想法,细粒度的存款可能被转化为典型的黄土由于风化和成土过程。
底土的淤泥/粘土比率低于表面的视野,和较高的表面反映了年度冲积层浓缩表面通过每年洪水沉积。这样的结果表明,土壤中存在的抗寒耐热的矿产储备(89年]。其他研究的结果同意报告在尼日利亚和埃塞俄比亚(90年- - - - - -92年]。根据Asamoa [93年]和Egbuchua Ojobor [94年];淤泥和粘土比例低于0.15表明这样的旧母质土壤,而0.15以上的年轻父母的材料。因此,在我们的案例研究中,所有的概要文件toposequence记录远高于0.15,确认土壤与抗寒耐热的储备材料和年轻没有经历ferralitic成土作用,这是符合其他发现90年,95年,96年]。
粘土浓缩度变化的斜率有关立场和土地使用。最高和最低之间的差异相对较小的粘土含量在坡脚位置通过shrink-swell归因于活跃pedoturbation现象。虽然高粘土浓缩比例上的位置AYB-1可能是由于最低侵蚀事件主要发生飞溅和表面侵蚀其严重性是降雨强度和寿命的高度相关。结硬皮粗更严重,比fine-textured土壤:土壤不同,和土壤有机质的不到1%更容易结硬皮(71年]。
相对降低了BD值表面土壤地平线上可以归因于土壤的结构聚合由于相对较高的有机质含量和寒冻风化。这有助于开发多孔土壤结构较低阻抗(加油97年,98年),这是常见的高纬度地区,海拔99年]。此外,土壤压实造成精耕细作和过度放牧可能造成更高的体积密度值的栽培和自由放牧的土地使用与他人相比。土壤类型可能是一个可能的体积密度高、孔隙度低的原因。土壤压实影响几乎所有的属性和功能,影响根的生长、分布、功能和作物生产力。相应地,其他报道在土壤剖面土壤强度的增加(77年,One hundred.,101年]。
植物生长的理想BD < 1.10 g·厘米不等−3对粘土< 1.6 g·厘米−3金沙(50]。因此,上述关键值根渗透后,一些预计将有限的和影响,而其余的都是在合理的范围内。每的评级系统BD对土壤条件的影响(82年),概要文件在上,中间,和脚斜坡地形太紧凑,非常紧凑,非常满意,分别过度和非常紧凑。体积密度的研究区在上部和中部风景,温和而低到非常高的脚边坡景观。良好的记录表明BD预计不会妨碍根渗透和在这些土壤水运动的限制。
然而,研究土壤的BD值有利于作物生产自值范围内,有利于作物的生长在热带土壤。然而,剖面5(变性土)记录与相对较高的BD(≥1.6克·厘米−3),这可能是由于粘土矿物蒙脱石/ montmorillonitic组之间显示裂缝泥块在干燥和困难难以把握。这样的土壤需要纠正管理如施肥、覆盖作物等农艺推荐现场管理变性土土壤类型。体积密度值超过1.8 g·厘米−3表明有可能存在磐或磐102年]。此外,总孔隙度也几乎躺在通常的范围内(30%到70%82年]。因此,大多数Ayiba流域的土壤总孔隙度值作物生产的可接受的范围内。
农民必须优先考虑土壤持水量以来工厂使用含水量对土壤物理动态过程是至关重要的和高保水性能力可以让土壤保持更多的水分,植物可以在水分短缺时可以利用(103年]。土壤存储大量的水不涝问题能保持植物活着,期间长时间的干旱。根据Hazelton和墨菲(82年];可用土壤持水量(% v)土壤剖面被评为低(< 10)、中(10 - 20),高(> 20)。因此,大西洋风能网在上部边坡中被发现,而低到中等中期和脚的斜坡。低于规定的理想范围的土壤可能是由于高体积密度引起的精耕细作,无限制放牧、低有机质含量由于作物残留的完全删除。
4.3。土壤化学性质的研究
4.3.1。土壤pH值、EC和CaCO3
最低的pH值被发现在每个站点上地平线土壤,在深度高pH值,可能是由于地下土壤阳离子从土壤表面的运动。类似的结果也被别人观察和报道(76年,77年,92年,104年],他证实,土壤pH值下地平线的增量可能表示存在的垂直运动的可交换的基地,这是由于减少有机质含量与深度。所有土壤pH值记录记录在研究网站最有利于作物每EthioSIS[所陈述的pH值范围63年)和Hazelton墨菲(82年]。EC低也可能是由于自由排水条件,有利于消除基地发布的渗流和排水。土壤pH值的变化可能是归因于母体材料的性质,浸出基本的阳离子,CaCO的存在3和可交换的Na就Deressa et al。(69年]和Shalima Anil [105年]。
CaCO浓度越高3在地下比表面的视野可能归因于浸出和母质的影响符合他人的结果在埃塞俄比亚和其他16,106年- - - - - -108年]。关于CaCO的评级3,没有明确和准确的评级的内容自由碳酸盐,但值超过40%可以被认为是高度钙质(109年]。此外,粮农组织(22CaCO)还指出,土壤的视野3含量> 15%的土壤表面限定100厘米内钙的地平线和如此高的碳酸盐含量影响土壤的物理和化学性质。在最近的研究中,CaCO水平3记录到< 15%,这是一个非常低。
4.3.2。SOC、TN和C / N
获得的结果与他人对SOC和TN是相似的(25,68年)量化SOC和TN显示深度的重要变化。低的值是属于很低的SOC和介质速度非常低的利率TN的评级EthioSIS [63年];这通常伴随着大量出现在干旱的气候条件下由于矿化的速度。低SOC和TN在大多数配置文件可以归因于移除植被的种植作物残留物和完整的去除主要用于牲畜饲料,使用有机肥料来源有限,无限制放牧,和严格的培养,这是类似于其他研究结果发现25,89年,108年]。因此,低SOC和TN内容记录在大多数土壤不能维持作物生产很长时间了。因此,必须大幅提高有机质含量通过有效的作物残留物管理和有机肥料。
在每个概要,C / N比值变量小于SOC和TN浓度表示的C / N比可能比其更稳定的元素。同样,在协议与我们的发现,其他类似Yitbarek et al。81年Abobo地区),埃塞俄比亚西部和严110年)在埃塞俄比亚的中央裂谷区也报道了类似的结果。虽然分解率不测量,高C / N比率意味着适度压力的微生物分解有机物和N-mineralization [89年]。根据Gebreselassie [111年];C / N比的最优范围约10:1 - 12:1,它提供了在微生物氮的需求。Yerima和Van Ranst [112年]也分类的C / N比低(< 10)、中(20),和高(> 50)。因此,C / N比地表土壤的地形可能被认为低于最优范围在土壤微生物需要除了AYB-1和6。Sakin et al。113年)发现耕地土壤的C / N比率远低于10,这可能表明N输入从外部来源,主要来自化肥和存款。另一方面,长时间的集约农业也导致了持续增加土壤氮(114年,115年]。
4.3.3。可用P、S和B
低P含量的地下的视野可以归因于固定P粘土矿物和铁和铝的氧化物。整体形象意味着av。P的内容被发现在和谐与其他研究结果中观察到的108年,116年,117年]。评级的基础上EthioSIS [63年];平均av。P含量被发现在低到中等的范畴。在埃塞俄比亚的土壤缺磷是有据可查的枯竭和缓慢的回收由于固定在固有的低发生(116年,118年]。此外,av。P的含量低可能归因于固定Ca内容Ca-P (Ca)——重要的无机P分数在碱性土壤119年]。Mulugeta还表明,P浓度减少由于粘土剖面深度和Ca固定在地下土壤。
S和B在农业现在越来越重要,因为他们的角色在提高作物产量是公认的。可用的主要来源是年代被大多数作物。源是通过微生物SOM池或直接从动物的残留物,大气输入,或肥料120年]。而B,通常存在于土壤溶液作为nonionized分子(H3薄3),是一个重要的微量元素的生理功能所需的高等植物。B缺乏被认为是一种营养障碍,负面影响植物的代谢和生长,因为B是参与整个工厂系统的多级结构和功能完整性。缺乏和毒性限制的区别是非常狭窄;因此,B需要明智的生育管理(121年,122年]。Das和Purkait121年)也强调特定场地和作物特有营养管理应采取照顾在处理土壤在不同的地理和气候区域。
一般来说,av S和B。研究内容与剖面深度和土壤资料减少被发现在非常低的和非常低的低,分别为(63年]。同样,Dinssa和伊莱亚斯72年报道非常低,低B分布Bako西方埃塞俄比亚的部落。pH值保留为主要影响因素B吸附在农业土壤(123年),以及土壤质地、土壤水分、母质、粘土性质和内容,艾尔和铁氧化物(水)、粘土矿物、碳酸钙、有机质和土壤影响B浓度的相互关系与其他元素(124年,125年]。例如,Wojcik [126年]报道高B缺乏粗质地土壤和推荐的应用硝酸钙或硝酸铵适当保持B更多可用的植物。
4.3.4。可交换的基地,PBS和CEC
一些营养物质从土壤中容易的解决方案。大多数矿物和有机表面自由兑换时,既充当仓库营养阳离子和阴离子。例如,粘土矿物,尤其是伊利和montmorillonitic种,包含大阳离子如钙的带负电荷的表面2 +、镁2 +和K+从浸出吸附和屏蔽127年]。根据粮农组织(127年];偏离Ca的顺序2 +>毫克2 +> K+> Na+可能会导致植物ion-imbalance问题,因此我们的结果显示适当的基本研究土壤的阳离子分布。Ca的患病率2 +其次是毫克2 +K+和钠+土壤的交换网站有利于植物生产(128年]。结果可能与土壤母质的开发及其对土壤的交换复杂微分吸引力。可交换的程度基本沿着toposequence分布不一致。然而,对所有可交换的基地土壤深度均呈增长趋势。介质的研究土壤非常低钠、低K和Ca很高,和媒介在Mg很高,建议率的换算单位EthioSIS [63年]。其他先前的研究也报告了类似的结果在埃塞俄比亚的农业生态的设置(116年,129年]。
这项研究还观察到的趋势增加百分比基本饱和(PBS)和深度,可能由于浸出的基地上覆层和随后的积累在地下的视野。PBS也记录了非常低的沿着toposequence[非常高63年,82年]。高基本饱和的土壤与高可交换的基础内容是一致的(主要是Ca2 +和毫克2 +),同样被别人(25,89年,129年,130年]。
CEC的结果是合格的范围内的高评级非常高(63年,82年,127年],它对应于粘土含量、有机碳含量,和粘土矿物类型。高的土壤CEC的结果显示,研究资料有很好的营养保留。此外,高土壤CEC值意味着对诱导变化具有较高的缓冲能力。大多数研究还显示有机物之间的直接关系,粘土含量和CEC (25,81年,128年]。许多以前的研究证实,森林砍伐,精耕细作,土地利用变化,地形位置的性质导致了CEC(下降81年,131年- - - - - -133年]。
4.3.5。土壤微量元素
在表层土壤有机质的积累或化学肥料投入和正在进行的微量元素从根深度(通过植物吸收和后续litterfall)或许可以解释为什么表面土壤微量元素比地下土壤。地下地平线的可推断出的微量营养素水平的下降表明phytomining和再沉积有机质。有机质减少氧化和降水损失,和它的螯合剂,取决于他们的溶解度的潜力,增加微量元素的可用性。之前的研究也表明表层土壤中微量元素浓度最高,降低了配置文件(134年- - - - - -139年]。这些科学家发现,表面土壤有机质与访问微量元素密切相关。Yitbarek et al。81年]同样发现质地和有机质含量可榨出的微量元素的影响。Sharma et al。140年]还发现,可推断出的微量元素与有机碳含量上升,CEC, pH值和降低砂、碳酸钙、pH值和博士增加了土壤微量元素转化为不溶性的形式,减少他们的可用性141年]。
根据设定的临界解释可榨出的微量元素的值EthioSIS [63年];的平均值可榨出的铁、铜、锌、和Mn在所有配置文件被评为高,中,低,分别和高。因此,没有一个土壤研究缺乏铁、铜、锰;然而,锌缺乏是沿着toposequence观察。低锌可用性是归因于碳酸钙含量高(> 15%)在半干旱/中性碱性土壤干旱地区,低OM沙质土壤,水浸条件下,降水或吸附锌的各种土壤组件根据土壤pH值、有机质、成土的氧化物和氧化还原电位(142年,143年]。虽然化肥(例如,DAP供应P)成功地为集约农业养分供应,造成不均匀的应用微量营养素赤字。锌对植物和人类都是至关重要的增长和发展;因此每天锌缺乏的问题是发展中(144年]。
5。结论和建议
研究领域,低土壤肥力和管理实践不足限制了农业生产力。因此,深入土壤知识是必不可少的理解功能多样性景观,提高土壤肥力。因此,本研究是描述土壤和产生soil-landscape Ayiba地图区域土地可持续利用和生产系统。这项研究涉及到土壤剖面soil-landscape关系的描述和理解。基于土壤形态、物理和化学的研究中,浅层土壤(Leptosols)对高原主导和最大斜率。本研究发现土壤SOC与非常低的低,av.S, av.B;低到中等TN和av.P;非常高的CEC和高。大多数土壤特性在较低的地形位置比上部和中部地形位置。因此,增加土壤有机质使用农场院子粪便等有机肥料,降低农作物废料清除可以提高农业土壤肥力。 In addition, to reduce soil erosion, the site management plan should include terracing, slope reduction, runoff velocity limiting, and drainage.
本研究还提出使用特定站点管理土壤资源信息,如应用无机肥料和维护土壤在不同景观来提高农业产量。土壤肥料与缺乏营养物质混合的测试应用程序基于推荐率将有助于保持仓库可供植物的养分,并保持土壤pH值在尺度适合大多数营养物质(例如,5.5 - 7.0),大多数营养物质可用于植物在这样一个范围,并使营养水溶性,因此可用于补充库存仓库植物移除成长的养分。如果控制放牧、林业和多年生作物生产用于控制的巨大比例不合适的土壤在中间和上部地形,Ayiba流域提供了巨大的生产潜力。例如,变性土和始成土被用来评估site-soil-specific肥料管理使用小麦作为测试作物和NPSZnB混合肥料试验肥料(读者可以参考我们出版的手稿https://doi.org/10.7717/peerj.13344)。新方法实现的收益率最高,表明不同的土壤类型有不同的反应。然而,对于全面推广服务soil-specific施肥,研究其他地区的土壤类型是很重要的。实验室资源稀缺是这个研究工作的基本障碍。此外,一些样品的分析结果被推迟的锁定实现为应对COVID-19在世界范围内蔓延。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称他们没有利益冲突或人际关系,影响了工作报告。
作者的贡献
WS参与概念,方法,正式的分析、调查、数据管理、写初稿,和可视化。EE和GG参与概念、方法、监督基金收购,写评论,和编辑的手稿。GL参与形式分析、可视化和编辑。WT参与方法,正式的分析、数据管理和可视化和编辑。
确认
Mekelle大学CASCAPE项目(博士生)授予代码:基金资助的这项工作。作者还想表达他们的感谢所有的农民在该研究领域允许他们收集样本和开放的土壤资料。
补充材料
表S1:临界水平用于土壤肥力分析结果进行分类。表S2: toposequence在研究单个土体的特性。表S3:一些研究资料的网站特点toposequence Ayiba分水岭,埃塞俄比亚北部。表S4:形态的描述六个档案研究。(补充材料)