文摘

原始森林地区为耕地的变化涉及到救援的变换和修改的土壤。在这项研究中,我们假设相对平坦的黄土地区在很大程度上改变了土地利用变化后由于侵蚀。土壤属性的修改在土壤中单个土体和分布进行了研究后,185年的耕地使用。单个土体结构和风化层深度测量在128年和土壤质地和土壤有机碳在39分。noneroded的结果表明,土壤侵蚀资料占领14和50%,分别沉积土壤面积的36%。因此,粘土、淤泥和SOC耕种层中的浓度变化很大和底土。重建的土壤侵蚀和沉积土壤没有积累被用来开发过去救援的地图。山坡上的平均倾角从4.3下降到2.2°,和斜坡> 5°目前地形中消失了。总侵蚀23.8毫克公顷⁻¹一年⁻¹。从这个量,88%在研究区沉积,12%被外面。这项研究证实了假设的显著影响土地利用变化对黄土地区的救援和土壤。

1。介绍

任何土地利用变化甚至在轮作影响水或耕作侵蚀强度,提供土壤物质的重新分配的过程和土壤特性的变化。然而,土壤的规模变化在时间和空间上是弱公认。黄土地区土壤侵蚀度高、持久的耕地使用,滚动景观属于欧洲地区水力侵蚀风险最高的(1]。机械耕作土壤和人类的压力开始增加总侵蚀的重要组成部分。水蚀控制在更长的斜坡,由于耕作土壤易位改变了种植山坡上部区域(2- - - - - -4]。

侵蚀和沉积导致大量修改黄土形成的土壤。描述变化,Turski et al。5)提出一个分类基于减少普通的单个土体的土壤淋溶土。分类包括noneroded土壤,四类的侵蚀和沉积土壤。区分侵蚀类、淀积的地平线B是分为三个部分(Bt1、Bt2和BC),很容易识别领域公认的B亚层,位于耕种层下面。本地化的研究显示一种马赛克noneroded,土壤侵蚀和沉积位于山坡上和在高原的卢布林高地(5- - - - - -7]。胡本(8]显示类似的位置缺乏空间格局的土壤在德国南部黄土排水。土壤定位的不确定性的原因之一可能是一个大密度的开启和关闭抑郁症在黄土地区和不同学位填充凹陷的沉积物质。萧条的密度是评估每公里范围内从1到16⁻²(9,10]。修改单个土体导致土壤物质的重新分配和土壤性质的变化6,11- - - - - -13]。

分析土壤特性空间分布的重要评价景观演化后土地利用的变化从天然森林变成了耕地8,14]。研究关注的比较现在和过去的地形和试图找到景观转换的速度。过去的地形的基础上重建point-measurements侵蚀和沉积,使计算和研究侵蚀预算集雨[15,16]。放射性核素铯137 (^137年Cs)是最普遍的方法评估的侵蚀和沉积的分布。土壤概要的描述是弱表示,需要一个准确的描述noneroded土壤资料,建立土壤深度和地貌之间的关系,也就是说,斜坡,方面,上坡地区,相对高度差,等等17- - - - - -19]。然而,这些研究没有给出明确的回应的关系8,20.,21]。假设下的侵蚀过程自然森林没有显著变化介绍土壤资料过去救援是重建的基础。在古老的森林在黄土地区的研究表明,土壤资料不受侵蚀措施以外的地区和证实了假设20.,22]。

先前的研究在卢布林高地仅限于黄土带识别土壤剖面修改的状态及其对土壤特性的影响(5- - - - - -7]。然而,评价的变化,介绍了土壤和救援需要更多的全面的态度,还应该包括重建过去的地形和救援的变化分析。

研究的目的是评估的变化,介绍了救济和土壤经过185年的耕地利用黄土地区。在这项研究中,我们假设相对平坦的黄土地区目前在很大程度上改变了由于侵蚀和沉积。假设被评估测试土壤风化层的深度和土壤性质的变化,和地质统计学技术被用来研究土壤属性的空间格局。的描述土壤资料与土壤在景观中的位置被用来重建侵蚀资料的深度和过去的地形。过去的重建地形被用来计算边坡的侵蚀和沉积和评价转换研究区。

2。方法

2.1。网站描述

研究区位于北部的卢布林高地(51°19′53′′N纬度,22°23 19′′′E经度)。这部分地区的黄土沉积厚10 ~ 30米。平均年降雨量550.6毫米,平均每日气温7.4°C。降水和温度不均匀分布。81.7毫米的最高月降水发生在7月和1月最低的23.4毫米。雪代表大约15%的总降水量,积雪的平均持续时间是90天。年降雨侵蚀力的基础上评估USLE的因素(23]相对较低,范围从590年到1850年乔丹毫米公顷⁻¹h⁻¹(24]。1月平均空气温度范围从3.4−17.9°C。干燥的森林(Tilio-Carpinetum)是一个自然植被的面积25),而普通从黄土是典型的土壤淋溶土发达26]。

研究面积1.3公顷占据两个包裹的一部分,位于附近的小型流域的分水岭区南部的干旱盆地类型(图1)。研究区代表一种滚动的救济与相对较小的相对高度的差异,范围从221年到226年m a.s.l。该网站于1820年被砍伐,耕地从那时仍在使用。土地利用的变化反映了从1804年和1830年的地形图。现在安排包裹在1932年土地整理后成立。典型的轮作包括甜菜(甜菜属l .)或土豆(茄属植物tuberosuml .)、春大麦(大麦芽l .)或春小麦(小麦l .)、红三叶草(三叶草借口l .)和冬小麦(小麦l .)或之前,黑麦(Secale cerealel .)。在1990年代早期,红三叶草被撤的旋转。耕作包括模板耕作一年一次或两次,和一个凿在春天耕作。执行模板耕作在秋天,25厘米的深度和谷物收获后15厘米,凿一样的深度。机械耕作已经从上个世纪80年代开始。

详细的地形测量的研究区域进行视距仪在2005年秋天。的基础上测量,地形图生产冲浪版本10 [27]。分析地图显示,倾斜的斜坡变化从0到5°平均值为2.2°在研究区域内。

2.2。土壤特性

土壤厚度视野的基础上建立了描述完整的土芯的直径2.5厘米。土芯被送往石灰黄土noneroded和侵蚀土壤的深度,和较低的BC层沉积边界的土壤。土壤中不同颜色的视野分离和一致性。测量的基础上,深度土壤风化层,也就是土壤的累积厚度的视野从美联社到公元前,成立。脱钙和石灰黄土决心以10%盐酸。土壤分类是根据Turski et al。5]。Noneroded土壤特征的完整序列的视野为普通淋溶土典型,即Ap-E-Bt1-Bt2-BC-C-Ck。减少土壤剖面、三个侵蚀类是杰出的。轻微侵蚀土壤特征的丧失E地平线,和概要文件有以下序列:Ap-Bt1-Bt2-BC-C-Ck。导致更深的视野,土壤被归类为中等(Ap-Bt2-BC-C-Ck)和严重(Ap-BC-C-Ck)侵蚀。分离的淀积的B层三个部分(Bt1、Bt2和BC)是普通的标准描述的不同方面(提供的淋溶土26)和波兰土壤系统的系统(28]。在这项研究中,与以前的工作Turski et al。5),所有的土壤累积土壤材料,覆盖原来的土壤被归类为沉积土壤。一般来说,视野的顺序沉积土壤Ap-C1-Ab-E-Bt1-Bt2-BC-C-Ck。贡献研究区域土壤的土壤的比例计算土壤核心的总数。

样本分析,土壤质地和土壤有机碳(SOC)被从耕种层(0-26厘米)和底土(26-50厘米)。样品被风干,渗在2毫米的网。粒度分布是由areometric方法(29日],SOC与重铬酸溶液(湿式燃烧30.]。

抽样的执行概要描述和土壤特性在一个常规电网20 m×20 m(总共39分)测量。然后,采样密度剖面描述增加和调整预期的土壤再分配的变化,可见的颜色变化的耕种层。最后,在网格中抽样进行10 m×10 m的多数研究区,和土芯的总数是128。采样点的位置与类型的基础上,建立了测量距离地块的边界。抽样是在2003年秋季和2004年执行。此外,土壤深度的分布沿横断面研究了位于两个包裹(图的边界1)。横断面内的总长度85米,4沟渠9到18米的长度是2米的深度。沟渠是隔开的距离大约10米。

2.3。重建过去的救济和计算的侵蚀和堆积

细化的地图没有积累层沉积土壤是过去地形重建的第一步。开发一个地图,沉积深度减去的相对高度在每个采样点。地图与冲浪者用克里格线性模型开发。土壤分离根据景观的位置在四个组:土壤在山的位置,平坦的地区,南部和北部斜坡的博览会,萧条的地板上。然后,土壤表层的深度noneroded和分析了埋土壤分离位置。平均深度的土壤表层土壤被用来重建土壤侵蚀资料的深度。在重建,过去耕种层的深度Ab假定在13厘米。尽量减少可能的错误的影响,重建资料有限只有地平线先的深度不安。这意味着只有E和深度Bt1轻微侵蚀土壤重构,和深度的更深层次的视野被接受没有任何变化。类似的过程被用于适度和水土流失严重; that is, for the former the depth of E, Bt1, and Bt2 and for the latter the depth of E, Bt1, Bt2, and BC were reconstructed. The calculations were made in Excel. Depth of lost part of reconstructed profiles was added to the relative height in measured points. Then, a map of the past topography was developed on the basis of relative heights of reconstructed profiles and profiles without deposition. The map was produced using kriging with linear model, and distribution of slopes was analyzed. Amount of erosion was calculated from the difference in the depth of reconstructed and preserved soil profiles and deposition from the depth of accumulated material within the studied area.

2.4。统计分析

实验数据统计分析使用Statistica version 8 [31日]。地质统计分析与GS + (32,33]。变异函数的选择是基于残余的方块(RSS)和决心系数()。半方差模型被用来制作土壤的地图与冲浪者版本10 [27]。地质统计学分析的性能之前,数据检查和正常的趋势。统一的延迟间隔10和20米的地质统计分析使用的土壤性质和土壤表层深度,分别。独立旋转的半方差进行了测试。

3所示。结果

3.1。土壤侵蚀类和土壤风化层的深度

土壤测量完整的核心显示,土壤侵蚀和沉积的过程很大程度上修改了研究区域内的土壤。沉积和轻微侵蚀土壤是最常见的和他们的贡献达到36和核心,总数的30%。Noneroded土壤是由14个,由12个中等土壤侵蚀,水土流失严重,9%的核心。

考虑所有的研究土壤,土壤表层的深度(Ap-BC)范围从0.50到4.61 m平均值为1.52,变异系数(CV)的50.9%。土壤深度的土壤表层noneroded范围从1.28到1.85米,平均为1.55厘米。水土流失和土壤丧失部分或整个基因的视野导致减少意味着土壤表层的深度为1.15,0.74,和0.55米,适度,和水土流失严重,分别(图2)。研究了土壤在土壤深度的差异在统计学上意义重大。

所有的研究土壤有类似的耕种层(表的深度1)。假设noneroded视野深度的土壤作为标准,轻微侵蚀土壤的平均配置文件的损失不仅减少了整个地平线,但Bt1损失48%的地平线。中度侵蚀土壤特征的损失E, Bt1和38%的Bt2地平线,和水土流失严重的损失E, Bt1,公元前Bt2和7%的视野。深度脱钙层C之间的相似研究土壤和范围从0.04到0.23米的意思是0.10厘米。脱钙层土石灰黄土覆盖。

沉积土壤风化层深度最大的差异化特征,范围从1.2到4.61米的意思是2.28米。三组可以在沉积土壤:最初,典型和干扰(表2)。的初始组沉积土壤包括更深层次的土壤耕种层比目前犁的深度。现在和老耕种层不同土壤的一致性;然而他们也有类似的深灰色的颜色。土壤的这组代表noneroded和典型的沉积土壤之间的过渡形式。大深度耕种层表明土壤物质的积累已经开始在这些土壤的位置。分离这一群体提供一个更精确的确定区域的积累。深度的土壤表层土壤范围从1.2到2.16 m,减法后的深度耕种层美联社,范围从0.95到1.86米。典型沉积土壤是土壤中积累的材料覆盖全序列的埋土视野普通淋溶土的特征。现在和埋耕种层分离通过积累材料,不同的颜色。 Depth of solum of these soils ranged from 1.62 to 4.61 m, and thickness of accumulated material (Ap-C1) from 0.1 to 1.51 m with a mean of 0.53 m. Depth of old plowed layer Ab ranged from 0.07 to 0.34 with a mean of 0.14 m and coefficient of variation (CV) of 46%. Disturbed depositional soils consisted of profiles where accumulated material was settled on previously eroded soils. Three profiles represented this group, one with the loss of Ab and two others with the loss of Ab, E, and part of Bt1 horizon. Depth of solum of the disturbed depositional soils ranged from 1.62 to 2.06 m.

分布的土壤风化层显示一个空间结构研究区域内的变化。描述的结构是最好的球面各向同性的半方差模型的自相关范围31.9 m,金块和窗台上的0.0001和0.28米²,分别。土壤表层数据拟合确定系数的模型和各向异性比值为1.75。提出了土壤表层深度图的分布3。

3.2。土壤质地分数和土壤有机碳

修改单个土体的普通淋溶土导致分化的土壤质地和SOC浓度在耕种层和地下的土壤进行了研究。最重大的改变有关粘土,淤泥和SOC(表3)。粘土浓度是最小的在耕种层noneroded土壤和逐渐略有增加,适度,水土流失严重。后者包含2倍比耕种层粘土noneroded土壤。底土,最大浓度轻微侵蚀土壤的粘土被发现,然后逐渐减少在中等和严重土壤侵蚀。一般来说,下层土壤的粘粒含量大于耕种层的土壤进行了研究。严重侵蚀土壤是个例外,因为它包含更多的粘土耕种层相比底土。水土流失泥沙浓度呈反向关系类相比,粘土。最集中的SOC的耕种层沉积和noneroded土壤,土壤和最小的严重侵蚀。SOC浓度相比在地下沉积土壤的2倍大。

粘土和有机碳浓度耕种层,最大的变化特征和底土的两个参数的变化是更大的(表4)。粘土和淤泥负线性相关的内容,和系数的决心0.91和0.97在耕种层和底土,分别。所有研究土壤属性的空间结构的变化。各向同性球半方差模型和各向异性比值低于2.3最好的描述(表结构4)。数据拟合的模型耕种层比底土,和决心系数从0.45到0.95不等。一般来说,自相关的范围从32到36 m结构分数不同耕种层和从27到32 m底土(除了沙子)。自相关的SOC耕种层的范围和底土42和32 m,分别。变异函数被用于计算点普通克里格生产粘土和有机碳分布的地图。

在耕种层粘土的分布对应于土壤风化层的分布。粘粒含量高的地区浅层土壤的区域(数据4(一)和2)。相似性干扰在地下,只有部分粘土含量高的区域覆盖的面积浅土壤(数字4 (b)和2)。粘粒含量最小对应的区域的面积主要与沉积土壤深处。泥沙的分布显示反向关系到土壤深度(不显示在报纸上)。SOC的分布也与土壤风化层(数据的分布5和2)。高SOC的区域浓度之间的关系和深层土壤中可见底土比耕种层。

3.3。过去的救灾和重建平衡的侵蚀和沉积

研究区域的地形不积累材料呈现在图6(一)。Noneroded和埋土(即。,depositional soils after removal of deposition layer) of the full sequence of horizons typical for Haplic Luvisol were represented by 60 profiles. From that amount, soils located at hill top position were represented by 2, at flat area by 10, at slopes of N exposition by 14, at slopes of S exposition by 18, and at floor of depressions by 16 profiles (Table5)。统计分析表明,土壤可以被分为3组。第一组包括土壤位于山顶上位置和朝南的斜坡。前的深度范围从0.95到1.13 m,而后者从1.09到1.54米。第二组包括土壤位于相对平坦的地区和北部斜坡方面。这些土壤的风化层深度范围从1.28到1.74,从1.51到1.86 m,分别。最后,第三组代表最严重的土壤位于开放和封闭萧条的地板,和土壤表层不同深度从1.68到2.68米。土壤侵蚀分类在同样的方式。土壤侵蚀在平焊位置由17个概要文件,以及坡地土壤的南部和北部博览会20到26个概要文件,分别。失去了侵蚀土壤深度计算的差异意味着noneroded深度和埋土壤和保存侵蚀土壤的深度。 The calculations were made taking into account the position of the soils in the landscape. The difference was added to the present relative height of the eroded sites. Then, the map of the past topography of the site was developed. The map is based on the reconstructed profiles and profiles without soil accumulation (Figure6 (b))。

重建和过度建设的数据库配置文件启用计算研究区域内的侵蚀和堆积。总和所有研究资料的积累和侵蚀土壤材料是29.52和32.59 m,分别。金额除以总数量的资料表明,平均剖面是过度建设由0.26米0.23米和侵蚀。假设土壤密度是1.3毫克⁻³(13侵蚀总量是4394毫克。从这个量,88%在研究区沉积,12%以外的删除。考虑耕地面积的使用时期(185年),总水土流失23.8毫克公顷⁻¹一年⁻¹在研究区,1.41毫米⁻¹。

3.4。转换斜坡过去的解脱

分析斜坡之间的变化反映了当前和过去的救援(图7)。斜坡的范围从2.5到4.5°盛行在过去的地形,而斜坡从1到3°。在后者,斜坡5°以上缺席,而这些斜坡达山坡过去救援总数的30%。山坡上的平均倾角下降了大约一半,也就是说,从4.3到2.2°过去和现在的地形。

3.5。土壤在横断面的位置

土样分布,交叉研究区是一个救济(图的变化的证据8)。坡地土壤和山的顶部被侵蚀,和抑郁充满土壤积累材料。土壤的最大减少约1.25米,和最大积累1.45。在85米的距离,相对高度的差异从过去的4 m救援减少到1.5 m。站内1,略侵蚀土壤占了上风,改为noneroded土壤在14米的距离。沉积土壤埋土壤覆盖的完整序列视野典型的普通淋溶土中站2,和积累的深度为1.5米。站内3 noneroded土壤出席的横断面距离45-48 m和更改为中度侵蚀的立场。大分化的土壤深度在一个相对较小的距离内观察站4(图9)。土壤分布指出这个站的面积是抑郁症的一部分过去的解脱。大萧条期间消失面积和侵蚀,在农业上的使用和土壤深度的变化是唯一证明它确实存在的证据。倒置的地形转换的救助站的结果。过去的量方面都倒向山坡上,反之亦然。目前抑郁的中心位于边境的分水岭。站内土壤覆盖层4中的变化并没有反映在重建地图,作为采样点位于,省略了抑郁的中心位置。定位提出了研究区域内的横断面图1。

4所示。讨论

研究表明,土壤主要是修改后185年的耕地利用研究区。Noneroded土壤稀少(14%的配置文件),沉积土壤更频繁(30%),和土壤侵蚀资料最常见(56%)。如此大的区别在土壤似乎是典型的黄土地区的某些部分的卢布林高地。noneroded土壤的比例范围从10至21%,从41 48%,土壤侵蚀和沉积土壤从31 49%另外两个网站的高地5,7]。不同分布的土壤被报道Rodzik et al。34更大比例的noneroded土壤,土壤的比例达35%,规模较小的沉积,达到18%。这种差异可能与地形的研究领域。前者研究进行的区域由希尔的顶部,斜坡南部的博览会,和山谷的一部分,后者仅限于北方博览会的斜率。

修改影响的土壤侵蚀和堆积结构分数和SOC的内容集中在了层和底土。最重大的改变粘土的含量有关。将层,意味着noneroded土壤中粘土浓度是88 g公斤⁻¹和增加与减少概要165年严重侵蚀土壤的价值。在地下,noneroded土壤中粘粒含量是100 g公斤⁻¹和增加到212年的轻微侵蚀土壤,然后下降到130 g公斤的价值⁻¹在土壤严重侵蚀。变化的垂直分布与粘土剖面的noneroded普通淋溶土。类似noneroded和侵蚀土壤的粘粒含量变化为其它Turski et al。5]。沉积层的变化与开挖B由于侵蚀及其逐步贡献耕种层。更大的变化是在冰河期区域的土壤。Heckrath等。(3)发现了层中的粘土含量从10 - 60%不等。也观察到类似的巨大差异的地区浅层黄土覆盖clay-reach基岩(12,35]。

通常,地重新汇聚起来土壤物质由于水侵蚀问题起初优良的材料,所以较高含量的SOC和粘土应该观察到沉积土壤。浓度的SOC遵循这一趋势,而粘土含量,虽然高投入层沉积土壤,在地下一层类似noneroded和沉积土。土壤的解释可能是,部分材料(12%)从研究区和部分粘土可以冲进土壤剖面的沉积。后者可能尤其是抑郁症,停滞的水通常是观察在雪融化。粘土颗粒的垂直运动一样可以效仿成土的过程提供了丰富的粘土淀积的Bt地平线。然而这一假设需要进一步的研究证实。

土壤风化层分布、土壤质地分数和SOC显示空间结构变化的最佳描述各向同性球的半方差模型的自相关范围30 - 40米,大约一半的山之间的距离过去的解脱。米勒et al。11]显示类似的密切关系的范围的土壤属性的空间相关性和山之间的平均距离。

很高比例的土壤侵蚀的概要文件是一个强烈侵蚀的证据。然而,计算年度土壤侵蚀率并不大,达1.41毫米公顷⁻¹。计算速度小于年度侵蚀的范围(卢布林高地[2 - 7毫米)36- - - - - -39]。模式的土壤再分配的区域土壤侵蚀沉积土壤适合分离的地区由于耕作土壤易位是侵蚀的主要部分(40,41]。水侵蚀径流小区的测量不同长度还指出霸权的土壤在短距离运输研究区每年利率5毫米(42,43]。看来,这两个过程的耕作和水侵蚀参与减少单个土体。测量沉积土壤侵蚀土壤的材料显示,多数研究区域内维护。类似数量的侵蚀和沉积导致大型研究区域的平滑,和平均斜率下降了大约一半,也就是说,从4.3到2.2°经过185年的耕地使用。侵蚀和堆积过程的最终效果将复杂的倾斜的地区转变成一个统一的缓坡。Maruszczak和Uziak44)发现这样的球场的转换在黄土地区土壤系列的卢布林高地。

5。结论

研究结果表明,土地利用的变化从森林到可耕地面积显著变化介绍给救济和黄土地区土壤。经过185多年的栽培,救援主要是平滑,和大多数土壤单个土体被积累减少由于腐蚀或过度建设。土壤的noneroded单个土体稀少和维护主要是在下部斜坡的地方侵蚀和沉积之间的平衡。总土壤侵蚀评估在4394毫克,88%这个数字是在研究区沉积。如此大的沉积导致斜坡的变换。的平均斜率倾向从4.3下降到2.3°,和斜坡5°以上(过去的地形,构成30%)目前消失了。

修改单个土体导致大变化的土壤属性在耕种层和底土,和发展空间结构的土壤结构分数和土壤有机碳的分布。球面各向同性的半方差模型最好描述土壤属性的空间格局,和自相关的范围是30 - 40米,大约一半过去救援的山丘之间的距离。研究证明,现在的相对平坦的黄土地区有更大的差异化救援过去,和分布,土壤风化层是唯一改变的证据。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。