制图尺度和土壤数据源对旱地土壤有机碳模拟的影响

发布时间：2017-07-08 09:23

  本文关键词：制图尺度和土壤数据源对旱地土壤有机碳模拟的影响

  更多相关文章： 土壤有机碳 DNDC模型 土壤数据源 制图比例尺 苏北旱地

【摘要】：二氧化碳(C02)是大气中主要的温室气体,其浓度升高引起的全球变暖对当今全球环境、社会和经济等产生着巨大影响,它不仅关系到各国的经济发展和能源安全,而且将深刻影响着人类未来的生存和发展。我国旱地土壤占农田土壤总面积的70%以上,且土壤有机碳含量总体较低,如采取合理的农业管理措施未来我国旱地土壤有很大的“增汇”空间,而准确估算土壤有机碳动态变化是实行农业固碳措施的基础。基于此,本研究以模拟生物地球化学过程较为成熟的DNDC模型为例,选择基本上为旱地的江苏北部29个县(市)(简称“苏北地区”)作为研究区,分别用模型常用的“图斑单元法”和“县级单元法”模拟该地区390多万hm2早地在《县级土种志》、《地级市土种志》、《省级土种志》和《中国土种志》4种数据源记录土壤剖面资料分别建立的1：5万、1：25万、1：50万、1：100万、1：400万和1：1000万6种制图比例尺1980-2009年的土壤有机碳演变,并将不同数据源、制图尺度和模拟方法下的模拟结果与数据最详尽的《县级土种志》1：5万数据库“图斑单元法”模拟值进行比较,分析同种数据源不同制图尺度、同种制图尺度不同数据源数据库采用“图斑单元法”和“县级单元法”的模拟误差,尝试从区域角度评价不同土壤数据源、制图尺度和模拟方法下模型的适应性,定量化模拟误差,研究结果可为江苏北部地区和我国旱地有机碳模拟中选择适宜的土壤数据源、制图尺度和模拟方法提供理论依据。主要研究结论如下：(1)在土壤数据最详尽的《县级土种志》1：5万数据库“图斑单元法”下苏北早地1980～2009年土壤(0-50 cm)有机碳密度呈现增大趋势,从1980的26.47 Mg C hm-2上升到了2009年的35.15Mg Chm-2,30年间土壤有机碳密度共增加了8.68 Mg Chm-2,年平均增加速率为0.29 Mg C hm-2。总体来看,苏北早地近30年来呈现强烈的“碳汇”状态。(2)在“图斑单元法”下,苏北早地土壤有机碳的演变模拟受土壤数据源和制图尺度影响很大。不同数据源下各个制图尺度年均SOCD(土壤有机碳密度)和SOCS(土壤有机碳储量)与数据最详细的《县级土种志》1：5万尺度“图斑单元法”相对偏差分别介于0.5%～-18.8%和0.4%～18.1%。其中,从不同土壤数据源同种制图尺度来看,《县级土种志》和《地级市土种志》中由于记录了大量的土壤剖面资料,这两个数据源下同种制图尺度的年均SOCD和SOCS与《县级土种志》1：5万尺度的相对偏差比较小,分别介于0.5%～6.3%和0.4%～8.6%之间；而《省级土种志》和《中国土种志》中由于记录了较少的土壤剖面数据,这两种数据源下同种制图尺度的年均SOCD和SOCS与《县级土种志》1：5万尺度相对偏差比较大,分别介于6%-19%和5%～18%之间。从同种土壤数据源不同制图尺度来看,虽然整个地区上存在大尺度年均SOCD和SOCS与《县级土种志》1：5万尺度的相对偏差大于小尺度的现象,但从各土类和县(市)来看,模拟误差总体上呈现：1：5万1：25万1：50万1：100万1：400万1：1000万的规律。此外,T检验表明大部分土壤数据源下各个制图尺度年均SOCD与数据最详细的《县级土种志》1：5万尺度之间存在极显著差异(p0.001)。因此,在今后国家或区域尺度土壤有机碳演变模拟中使用详尽的土壤属性资料和大比例尺土壤图是十分必要的。(3)在“县级单元法”下,苏北旱地土壤有机碳演变模拟受土壤数据源和制图尺度的影响也很明显。不同土壤数据源下各个制图尺度年均SOCD和SOCS与数据最详细的《县级土种志》1：5万尺度“图斑单元法”相对偏差分别介于3.7%～64.9%和1.0%-66.4%。另外,在不同土壤数据源相同制图尺度下,尽管整个研究区上存在剖面数较少的土壤数据源建立的各个制图尺度与《县级土种志》1：5万尺度“图斑单元法”相对偏差小于剖面数较多的土壤数据源建立的各个制图尺度的现象,但从年均SOCD和SOCS最大值和最小值范围包含《县级土种志》1：5万尺度“图斑单元法”相应值和年均SOCD空间分布来看,各尺度的模拟误差总体呈现出： 《县级土种志》《地级市土种志》《省级土种志》《中国土种志》的规律。在不同制图尺度同种土壤数据源下,尽管整个区域上也存在大尺度年均SOCD和SOCS与《县级土种志》1：5万尺度“图斑单元法”的相对偏差大于小尺度的现象,但从年均SOCD和SOCS最大值和最小值范围包含《县级土种志》1：5万尺度“图斑单元法”相应值和年均SOCD空间分布来看,各土壤数据源建立的制图尺度模拟误差总体呈现：1：5万1：25万1：50万1：100万1：400万1：1000万的规律,这也进一步说明了详细的土壤属性资料和精度较高的土壤尺度是保证有机碳准确模拟的基础。(4)苏北早地土壤有机碳的演变模拟受模拟方法的影响也很大。大多数《县级土种志》、《地级市土种志》和《省级土种志》数据源建立的各个制图尺度“县级单元法”下的年均SOCD和SOCS与数据最详细的《县级土种志》1：5万尺度“图斑单元法”相对偏差,比相同数据源下各制图尺度的“图斑单元法”的大很多。此外,虽然整个地区上存在《中国土种志》数据源建立的各制图尺度“县级单元法”年均SOCD和SOCS与《县级土种志》1：5万尺度“图斑单元法”相对偏差,小于《中国土种志》数据源建立的相应制图尺度“图斑单元法”的现象,但从各县(市)年均SOCD及其空间分布来看,“县级单元法”的模拟误差明显大于各相应制图尺度的“图斑单元法”。因此,在今后的DNDC土壤有机碳演变模拟中选择“图斑单元法”可能比“县级单元法”更可靠。(5) Pearson简单相关分析表明,初始土壤有机碳与不同数据源各个制图尺度的年均SOCD在P0.01水平上呈现高度正相关关系,相关系数处于0.919～0.990之间,是决定有机碳密度变化的主控因子；进一步多元线性逐步回归分析也显示,初始土壤有机碳对不同数据源各个制图尺度的年均SOCD变异解释度最高,都处于84.44%～98.00%之间,pH、黏粒和容重对苏北旱地的年均SOCD的影响较小,且均不稳定。
【关键词】：土壤有机碳 DNDC模型 土壤数据源 制图比例尺 苏北旱地
【学位授予单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S153.6
【目录】：

• 摘要8-11
• ABSTRACT11-14
• 引言14-16
• 1 国内外研究综述16-23
• 1.1 农田土壤有机碳研究现状16-17
• 1.2 农田土壤有机碳动态模拟模型及DNDC研究现状17-20
• 1.3 制图尺度和土壤数据源对农田土壤有机碳模拟影响的研究现状20-22
• 1.4 存在的主要问题22-23
• 2 研究区概况23-25
• 2.1 地理位置23
• 2.2 气候条件23-24
• 2.3 地形地貌24
• 2.4 水文24
• 2.5 土壤24-25
• 3 研究内容与技术路线25-27
• 3.1 研究内容25-26
• 3.2 技术路线26-27
• 4 数据来源与研究方法27-33
• 4.1 数据来源27-31
• 4.1.1 土壤空间数据27-29
• 4.1.2 土壤属性数据29-30
• 4.1.3 农业管理资料30
• 4.1.4 气象资料30
• 4.1.5 DNDC模型的验证30-31
• 4.2 研究方法31-33
• 4.2.1 土壤数据库的建立31
• 4.2.2 模型所需参数的整理31
• 4.2.3 模型运行31-32
• 4.2.4 数据统计与分析32-33
• 4.2.5 主要设备仪器33
• 5 结果与分析33-75
• 5.1 不同土壤数据源下各制图尺度数据库“图斑单元法”模拟苏北旱地1980～2009年土壤有机碳密度(SOCD)和储量(SOCS)的差异分析33-54
• 5.1.1 《县级土种志》1：5万数据库“图斑单元法”近30年SOCD和SOCS动态变化33-36
• 5.1.2 《县级土种志》1：5万～1：1000万数据库“图斑单元法”近30年SOCD和SOCS差异分析36-42
• 5.1.3 《地级市土种志》1：5万～1：1000万数据库“图斑单元法”近30年SOCD和SOCS差异分析42-45
• 5.1.4 《省级土种志》1：5万～1：1000万数据库“图斑单元法”近30年SOCD和SOCS差异分析45-51
• 5.1.5 《中国土种志》1：5万～1：1000万数据库“图斑单元法”近30年SOCD和SOCS差异分析51-54
• 5.2 不同土壤数据源下各制图尺度数据库“县级单元法”模拟苏北旱地1980～2009年土壤有机碳密度(SOCD)和储量(SOCS)的差异分析54-73
• 5.2.1 《县级土种志》1：5万～1：1000万数据库“县级单元法”近30年SOCD和SOCS差异分析54-60
• 5.2.2 《地级市土种志》1：5万～1：1000万数据库“县级单元法”近30年SOCD和SOCS差异分析60-65
• 5.2.3 《省级土种志》1：5万～1：1000万数据库“县级单元法”近30年SOCD和SOCS差异分析65-69
• 5.2.4 《中国土种志》1：5万～1：1000万数据库“县级单元法”近30年SOCD和SOCS差异分析69-73
• 5.3 不同土壤数据源各制图尺度下影响苏北旱地土壤年均有机碳密度(SOCD)变化的主控因子73-75
• 6 主要结论、不足之处与展望75-79
• 6.1 主要研究结论75-77
• 6.2 不足之处77-78
• 6.3 展望78-79
• 参考文献79-85
• 致谢85

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本文编号：533938