河北省土壤有機(jī)質(zhì)不同時(shí)空尺度空間格局與過(guò)程分析.pdf

1、土壤有機(jī)質(zhì)(SOM)是土壤的重要組成部分，包括了微生物及其生命活動(dòng)的各種有機(jī)產(chǎn)物、動(dòng)植物殘?bào)w，是構(gòu)成土壤復(fù)合膠體的核心物質(zhì)。對(duì)土壤物理、化學(xué)和生物過(guò)程都具有重要的影響與作用。土壤有機(jī)質(zhì)的變化對(duì)耕地質(zhì)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(zhǎng)遠(yuǎn)的意義看，對(duì)溫室效應(yīng)平衡和氣候變化研究也具有一定的理論和實(shí)際意義。本文通過(guò)對(duì)不同尺度SOM時(shí)空耦合格局及格局與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)過(guò)程關(guān)系的研究，分析造成土壤有機(jī)質(zhì)時(shí)空變化的主要驅(qū)動(dòng)因素。利用空間

2、預(yù)測(cè)模型，對(duì)未來(lái)土壤有機(jī)質(zhì)變化情況進(jìn)行模擬，并按空間分區(qū)提出SOM可持續(xù)管理的途徑與對(duì)策。本項(xiàng)研究對(duì)今后指導(dǎo)土壤質(zhì)量提升工程，協(xié)調(diào)土壤肥力，優(yōu)化農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)和耕作制度，都具有一定的理論與實(shí)踐意義。
　　論文通過(guò)對(duì)河北省136個(gè)縣（市）典型區(qū)耕地土壤的野外勘察、樣品采集及室內(nèi)分析測(cè)試，獲取了2008年土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)據(jù)，利用全國(guó)第二次土壤普查數(shù)據(jù)提取了相應(yīng)空間位置樣點(diǎn)1980年的SOM;并參閱各種相關(guān)文獻(xiàn)和統(tǒng)計(jì)年鑒，收集區(qū)域農(nóng)業(yè)技術(shù)、經(jīng)

3、濟(jì)數(shù)據(jù)資料。在ARCGIS、GS+、FRAGSTATS等軟件的支持下，采用改進(jìn)的克里格空間分布、空間聚類及邏輯斯蒂等空間統(tǒng)計(jì)與模擬方法，對(duì)河北省土壤機(jī)質(zhì)不同時(shí)空尺度空間格局及格局與空間過(guò)程的關(guān)系進(jìn)行了研究，其結(jié)果如下:
　　(1)采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)2008年野外實(shí)地采集的SOM樣點(diǎn)和1980年空間對(duì)應(yīng)樣點(diǎn)進(jìn)行插值加密，以增加空間分析的精度。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)多視角統(tǒng)計(jì)分析，得出2008年土壤有機(jī)質(zhì)含量在整體上顯著高于1980年。

4、r>　　(2)運(yùn)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)兩個(gè)時(shí)期耕地樣點(diǎn)土壤有機(jī)質(zhì)進(jìn)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(dāng)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(lái)持續(xù)的中低產(chǎn)田改造、秸稈還田、增施有機(jī)肥有關(guān)，也與農(nóng)田有機(jī)質(zhì)提升工程實(shí)施力度不同造成的區(qū)域化變量隨機(jī)性增加有關(guān)，還與土地利用政策與方式變化有關(guān)。
　　(3)利用改進(jìn)克里格方法編制兩個(gè)時(shí)期土壤有機(jī)質(zhì)空間分布圖，對(duì)不同時(shí)間尺度土壤

5、有機(jī)質(zhì)空間分布狀態(tài)進(jìn)行分析。總體上，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(tái)，保定北部，唐山東部SOM含量上升。
　　(4)通過(guò)空間運(yùn)算編制了不同時(shí)空尺度SOM耦合變化分布圖，經(jīng)空間聚類得到20組具空間異質(zhì)性的組合類型單元，利用格局指數(shù)對(duì)SOM時(shí)空耦合格局進(jìn)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(yùn)用空間統(tǒng)計(jì)方法從小尺度上對(duì)20組空間聚類組合斑塊及各斑塊內(nèi)部SOM空間異質(zhì)性特征

6、及空間過(guò)程進(jìn)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(fù)值區(qū)，區(qū)域時(shí)空耦合變化總體為上升趨勢(shì)。
　　(5)通過(guò)統(tǒng)計(jì)年鑒和調(diào)查資料，獲得1980年、2008年驅(qū)動(dòng)土壤有機(jī)質(zhì)變化的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)過(guò)程相關(guān)因子值，并與SOM時(shí)空耦合聚類分組斑塊進(jìn)行空間配準(zhǔn)。在局域空間回歸模型支持下，分析SOM時(shí)空耦合格局和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)過(guò)程因子的關(guān)系，得到與耦合格局相關(guān)性較強(qiáng)的三個(gè)過(guò)程因子狀態(tài)變化量為農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力、化肥使用量、復(fù)種指數(shù)。最后利用邏輯斯蒂方程和