平原丘陵过渡地带土壤有机质空间变异规律及其影响因素研究

发布时间：2019-09-04 07:52

【摘要】：土壤有机质(Soil Organic Matter,SOM)具有空间自相关性和异质性,同时受到气候、地形、母质等多方面影响因素作用,探究影响因子对土壤有机质的影响机制对田间决策和农业措施具有重要的参考意义。平原丘陵过渡区是特殊的地形地貌交错地带,该区域的土壤有机质分布有其特殊的规律,影响因素也较为复杂多变,研究过渡地带土壤有机质变化规律对土壤碳储备和全球碳循环具有重要意义。空间回归模型是土壤有机质预测和定量化信息管理的重要工具。为提高平原丘陵过渡地带土壤有机质预测精度,探究土壤有机质影响因子的空间非平稳性影响,进一步指导田间农业生产,本文以土壤景观定量化模型为理论基础,以地统计模型为工具,通过建立空间线性回归模型,对平原丘陵过渡区土壤有机质含量进行了预测,分析了土壤有机质的空间变异规律及其影响因子的空间非平稳性,并进一步通过划分地形地貌区的方法,为平原丘陵过渡区土壤有机质预测提供了方法参考,得到结论如下:(1)通过相关性分析和逐步线性回归分析得到研究区模型最佳解释变量为:高程、坡度、坡向、有效铁、土壤容重、土壤砾石度、黏粒。在模型选择上,地理加权回归克里格(GWRK)由于其充分考虑了土壤有机质及其影响因子的空间异质性和局部非平稳性,可根据自变量权重的不同选择更适宜的影响因子作为辅助变量,允许对不同的环境变量选择不同的带宽和权重值,从而拥有更好的预测效果,较普通克里格(OK)和回归克里格(RK)具有更好的预测精度。(2)地理加权回归(GWR)模型可以计算各影响因素的权重,由此绘制影响因子系数分布图,从中可以得到各影响因子在不同空间位置对土壤有机质的影响大小和变化规律:高程对东北部影响程度最弱,平原丘陵过渡处所在区域是影响程度最高的区域;坡向朝向太阳辐射多的区域更有利于SOM积累,西部和东部受坡度影响作用最大,从两侧向中部逐渐减小;研究区中西部受有效铁影响作用最大,从此处向南北两侧影响作用逐渐减弱;土壤容重和土壤砾石度影响作用变化规律相似,趋势相反;黏粒对SOM影响作用显著,自西北至东南影响作用逐渐减弱,最高值区位于中西部区域,最低值区位于东南部。由此规律可为针对性采取农业改造措施,因地制宜地进行农业生产提供参考依据。(3)以地形起伏度和高程为综合划分标准,通过计算多尺度计算窗口下的地形起伏度,探究地形起伏度的尺度依赖性,进一步分析邻域面积与地形起伏度之间的变化规律,将地形起伏度增加幅度由大到小的拐点作为最佳统计单元,运用高差显著性变化模型,计算得到最佳统计单元。以高程200m为划分标准之一,开展地形起伏度划分标准试验,以不同层次地形起伏度为划分标准,最终选择地形起伏度65m将研究区划分为平原区、过渡区和丘陵区。对地形划分后的子区域分别建立GWRK模型,精度评价结果显示,与全区域预测相比,平原区预测精度有所上升,在平均误差、均方根误差、不精确度和相关系数方面都有更好的预测效果;过渡区预测精度稍有提高,提高幅度较平原区偏小;丘陵区预测精度与整个区域相比精度略有下降。
【图文】：

技术路线图,土壤有机质,丘陵,平原

技术路线图

采样点,建模,位置,宜都市

本文研究区位于宜都市枝城镇境内（图 2）。宜都市位于 30°05'—30°36'1°05'—111°36'E 之间，地处湖北省西南部，江汉平原西部。枝城镇位于宜都北部，是江汉平原向鄂西山区的过渡地带，亚热带季风气候，四季分明，雨期，年平均降水量 1212 毫米，年平均气温 16.7℃，无霜期 273 天。境内地貌以平原、丘陵为主，地势西南高，，东北低，大部地区属武陵山脉的丘陵地带北部临长江有部分冲积平原。结合枝城镇地形地貌，在实地调查的基础上选块面积 100km2地形起伏较明显的代表性区域作为研究区，研究区海拔分布到 483m 之间，高差和地形起伏变化大，区内土壤有机质影响因子复杂多变壤有机质在局部区域表现出很强的异质性。土壤类型主要有黄棕壤土类、石性土、水稻土类、潮土类和紫色土类，土地利用类型主要有林地、水田、旱园地，水田的种植方式为水稻轮作，一年两季，旱地多种植玉米、土豆等农，园地主要种植柑橘和茶树。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S153.621

【参考文献】