黑土区小流域耕地氮素空间变异及分布模拟研究

发布时间：2018-04-15 09:27

本文选题：耕地 + 全氮　；参考：《东北农业大学》2017年硕士论文

【摘要】：耕地资源是人类生产活动最基本的物质资料,是社会经济发展的支撑和保障条件,是区域生态系统的基本构成元素。在耕地资源的开发利用过程中,土壤中氮素含量的大小和分布与区域生态系统的养分循环、耕地生产力以及生态环境质量具有密切的相关性。土壤中氮素含量过高或过低都会影响作物生长、引起水体环境污染等一系列问题。近些年,在提高耕地粮食产量过程中,由于氮素的不合理投入而引起的一系列农业生产和环境问题,已成为制约区域耕地资源利用和生态环境可持续发展的主要问题。准确掌握区域土壤中氮素的“家底”及其空间特征,对提高区域耕地生产力、改善生态环境质量具有重要的理论和实践意义。以小流域为研究尺度,在室内进行采样方案的设计,通过野外实地采样与室内测试分析,得到海沟河小流域耕地土壤表层(0-20 cm)全氮(TN)和碱解氮(AN)的含量。以经典统计学和地统计学为基础,综合“3S”技术,采用Moran’s I、半方差函数模型、协同克里格、回归克里格、地理加权回归克里格、相关性分析、回归分析及方差分析等模型方法,对黑土区海沟河小流域耕地土壤中全氮含量和碱解氮含量的空间变异特征、空间分布模型模拟及空间分布的影响因素进行研究,主要得到以下结论:(1)海沟河小流域耕地土壤表层(0-20 cm)中全氮和碱解氮的含量分别在0.96-5.50g.kg-1和34.02-207.09 mg.kg-1之间,标准差分别为2.17和29.60,不同样点间差异较大,平均值分别为2.60 g.kg-1和114.85 mg.kg-1,处于较高水平和中等水平,空间变异程度均为中等变异程度。(2)海沟河小流域耕地土壤中全氮和碱解氮含量的空间自相关系数分别为0.15和0.29,存在不同程度的空间自相关性,且不同方向的自相关性差别较大,东-西(E-W)方向全氮和碱解氮含量的自相关特征均较为明显。半方差理论模型均为高斯模型(Gaussian),变程分别为900 m和1282 m,块基比为0.03和0.114,空间变异主要受到成土母质、地形等结构性要素影响,而受人类活动(耕作制度、施肥措施等)随机性要素影响小,东-西(E-W)方向变异在两种元素空间变异中均占主导作用,该方向也是该区域未来土壤养分研究中需要重点分析和探究的区域条带。(3)地理加权回归克里格能够有效提高氮素空间分布模拟的精度,可做进一步的推广应用。研究区耕地氮素空间分布模拟结果显示,全氮含量的高值区主要分布在研究区山地向平原的过渡带、中心镇及其他小块区域内,低值区出现在西部水田较集中的区域,高值与低值区之间过度比较平缓,向西依次呈现“高-低”交替的带状趋势,与土地利用方式在东西方向上的演替趋势相近。碱解氮含量的高值区出现在东部山区,低值区出现在中部旱地分布较为集中的区域,整体上呈现出“两边高,中间低”和“山地高于平原,下游高于上游”的状况,其分布与区域地形地势关系密切。地理加权回归克里格提高氮素空间分布模拟精度的同时,也把插值误差及进一步提高精度的过程转移到了对地理加权回归后所产生残差的二次插值上,对地理加权回归所产生的残差进行空间上的再分配是进一步提高插值模拟精度,减小误差的重要一步,该过程有待做进一步的深入探讨。(4)研究区坡度和平面曲率与全氮含量在空间分布上分别极显著性正相关和显著性负相关。高程、坡位与碱解氮含量在空间分布上极显著性正相关,剖面曲率与碱解氮含量显著性负相关,以显著性指标为辅助变量能够有效解释氮素含量的空间分布特征及规律。河流水系、居民点等要素与全氮含量和碱解氮含量在空间分布上存在比较明显的作用距离,并且在一定范围内表现出较强的规律性,对氮素含量空间分布格局的形成产生了一定的影响。土地利用方式及坡位对全氮含量和碱解氮含量的影响作用显著,且存在较大差异。(5)土壤中氮素的分布与地形等环境因子之间是一个复杂系统,随着人类活动范围和强度的增加,氮素在空间上的分布受人类活动干扰的程度也越来越大。将人类干扰因素纳入相关研究中,是未来土壤养分空间变异、分布模拟和空间分布的影响机制研究中的关键。该研究结果可以为宏观层面上制定区域性的施肥、耕作模式服务,定量定向地指导研究区农业生产与环境治理等工作,为研究区耕地质量的提升和生态环境的改善提供基础依据,并进一步促进黑土区粮食产能提升和生态环境保护的协同发展。
[Abstract]:On the basis of classical statistics and geostatistics , the contents of total nitrogen and nitrogen in soil were studied by using Moran ' s I , semivariogram model , correlation analysis , regression analysis and variance analysis . ( 2 ) The spatial self - correlation coefficient of total nitrogen and alkaline hydrolysis nitrogen in the cultivated land in the watershed of Haigou River is 0.15 and 0.29 , and the spatial autocorrelation of different degrees is obvious . The spatial distribution of soil nitrogen in the east - west ( E - W ) direction is more obvious than that in the east - west ( E - W ) direction . ( 5 ) The distribution of nitrogen in soil and environment factors such as topography is a complex system . With the increase of human activity range and intensity , the distribution of nitrogen in space is more and more important to human activity disturbance .

【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S153.6

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