河北省土壤有機質不同時空尺度空間格局與過程分析.pdf

1、土壤有機質(SOM)是土壤的重要組成部分，包括了微生物及其生命活動的各種有機產物、動植物殘體，是構成土壤復合膠體的核心物質。對土壤物理、化學和生物過程都具有重要的影響與作用。土壤有機質的變化對耕地質量有重要影響，也影響著種植業(yè)的可持續(xù)發(fā)展及糧食安全。從長遠的意義看，對溫室效應平衡和氣候變化研究也具有一定的理論和實際意義。本文通過對不同尺度SOM時空耦合格局及格局與農業(yè)經濟過程關系的研究，分析造成土壤有機質時空變化的主要驅動因素。利用空間

2、預測模型，對未來土壤有機質變化情況進行模擬，并按空間分區(qū)提出SOM可持續(xù)管理的途徑與對策。本項研究對今后指導土壤質量提升工程，協(xié)調土壤肥力，優(yōu)化農業(yè)種植結構和耕作制度，都具有一定的理論與實踐意義。
　　論文通過對河北省136個縣（市）典型區(qū)耕地土壤的野外勘察、樣品采集及室內分析測試，獲取了2008年土壤有機質數(shù)據(jù)，利用全國第二次土壤普查數(shù)據(jù)提取了相應空間位置樣點1980年的SOM;并參閱各種相關文獻和統(tǒng)計年鑒，收集區(qū)域農業(yè)技術、經

3、濟數(shù)據(jù)資料。在ARCGIS、GS+、FRAGSTATS等軟件的支持下，采用改進的克里格空間分布、空間聚類及邏輯斯蒂等空間統(tǒng)計與模擬方法，對河北省土壤機質不同時空尺度空間格局及格局與空間過程的關系進行了研究，其結果如下:
　　(1)采用BP神經網絡對2008年野外實地采集的SOM樣點和1980年空間對應樣點進行插值加密，以增加空間分析的精度。在此基礎上，通過多視角統(tǒng)計分析，得出2008年土壤有機質含量在整體上顯著高于1980年。

4、r>　　(2)運用地統(tǒng)計學方法對兩個時期耕地樣點土壤有機質進行空間模擬。分析得出1980年SOM空間變異性較大，2008年空間變異性小，表明當前SOM低值區(qū)提升顯著，土壤理化性狀得到改善。主要原因與近幾十年來持續(xù)的中低產田改造、秸稈還田、增施有機肥有關，也與農田有機質提升工程實施力度不同造成的區(qū)域化變量隨機性增加有關，還與土地利用政策與方式變化有關。
　　(3)利用改進克里格方法編制兩個時期土壤有機質空間分布圖，對不同時間尺度土壤

5、有機質空間分布狀態(tài)進行分析?？傮w上，北部壩上、西部太行山區(qū)及東部沿海地區(qū)SOM含量下降;石家莊西部，邢臺，保定北部，唐山東部SOM含量上升。
　　(4)通過空間運算編制了不同時空尺度SOM耦合變化分布圖，經空間聚類得到20組具空間異質性的組合類型單元，利用格局指數(shù)對SOM時空耦合格局進行了空間分析，得出組合類型單元多樣性和豐富度較好，邊緣形狀規(guī)則。并運用空間統(tǒng)計方法從小尺度上對20組空間聚類組合斑塊及各斑塊內部SOM空間異質性特征

6、及空間過程進行了研究，得出SOM耦合數(shù)據(jù)為正值的區(qū)域面積大于負值區(qū)，區(qū)域時空耦合變化總體為上升趨勢。
　　(5)通過統(tǒng)計年鑒和調查資料，獲得1980年、2008年驅動土壤有機質變化的農業(yè)經濟過程相關因子值，并與SOM時空耦合聚類分組斑塊進行空間配準。在局域空間回歸模型支持下，分析SOM時空耦合格局和農業(yè)經濟過程因子的關系，得到與耦合格局相關性較強的三個過程因子狀態(tài)變化量為農業(yè)機械總動力、化肥使用量、復種指數(shù)。最后利用邏輯斯蒂方程和