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典型岩溶流域土壤有机质空间变异——以云南小江流域为例_图文

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生态学报

27卷

2003年流域国内生产总值3.34亿元,其中农牧业生产总值2.27亿元,占流域国民生产总值的67.96%;农产 品以水稻、玉米、烤烟为主。 2数据来源与研究方法
2.1

土壤样品采集与化学分析 采样时间是2003年7。10月,根据地质背景、地貌及土地利用情况共设置了177个取样点(图4)。采集

o.20cm表层土样,每个养点取3份土壤样品并混合,带回室内分析。土壤有机质含量用重镉酸钾容量法 测定‘2
3I。

图1小江流域地质图
Fig.1

图2小江流域地貌图
Fig.2

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图3小江流域土地利用图 Fig.3
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图4土壤采样点分布图
Fig.4

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2.2地统计学基本理论

Fisher传统统计学理论将研究的变量假设为纯随机变量,但许多土壤性质在空间上并不完全独立,而在 一定范围内存在着空间相关性h6∽蚓。地统计学方法以变异函数(半方差函数)和Kdging插值为基本工具,
可以对既具有随机性又具有结构性的各种变量在空间上的分布进行研究。

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变异函数能够描述区域化变量的随机性和区域性,定义为区域化变量在抽样间隔下样本方差的数学期 望‘26’27],但变异函数只有在最大间隔的1/2内才有意义‘6’28I。当区域化变量随空间位置的变化而变化,并在 研究区域里满足内蕴假设和平稳性假设时,其变异函数(半方差函数)为:

r(^)=赤蚤[z(戈i)一z(n矗)]2


Ⅳ(^)

式中,r(^)为变异函数,^为步长,Ⅳ(^)为间隔为h的样点对数,z㈤是区域变化量在位置戈的值,z(戈+^)是 区域变化量在位置戈+危处的值。 Kriging插值是利用己知点的数据去估计未知点(既)的数值,其实质是一个实行局部估计的加权平均值:

z(%)=∑Aiz(xi)
式中,z(蜀)是在未经观测的点蜀上的内插估计值,z(置)是在点蜀附近的若干观测点上获得的实测值,Ai是 考虑了半方差图中表示空间的权重。 2.3数据处理 数据分析处理均在Arcgis 9.2软件中完成。 3结果与讨论 3.1统计特征 在Arcgis中利用地统计分析模块对样品进行统计分析,得到不同地质、地貌及土地利用下有机质含量的

统计特征(表1)。
表l土壤有机质的描述性统计

T铀Ie



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statis墩柚嗍№of the so珏盯弘nic matt盯

结果表明:(1)不同地层中以碳酸盐岩母质发育的土壤有机质含量最高,变异系数也最大,第四系母质发 育的土壤有机质居中,变异系数最小,而砂页岩母质发育的土壤有机质最低,变异系数居中。碳酸盐岩母质区

与第四系母质和砂页岩母质相比,由于碳酸盐岩地层富钙的环境有利于腐殖质的积累‘2¨3引,故碳酸盐岩母质
区土壤的有机质含量高,同时由于地形和人类活动影响的差异,导致其变异系数最大,第四系母质区由于富钙 的环境和长期的施肥等人类影响,有机质含量也比较高,同时地势平坦和人类影响的均衡性使其变异系数较
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关性;比值在25%~75%,变量具有中等的空间相关性;大于75%,变量空间相关性很弱旧3|。 流域土壤有机质含量空问变异具有各向异性特征,长、短轴变程分别为39.8 km和22.0 km(表2)。 c。/(Go+c,)值表明,由空间自相关部分引起的空间变异性程度较大,流域土壤有机质含量具有中等的空间 相关性。
3.4

Kriging插值分析 根据取样点实测数据,在半方差结构分析和指数模

型套合的基础上,采用普通Kr讶ng插值方法,考虑各向 异性,选取一阶趋势参数,得到流域土壤有机质含量的 空间分布图(图6)。 整体来看,流域土壤有机质含量从东部向西和西南 方向逐渐降低。将土壤有机质含量分布图与地质、地貌 和土地利用图叠加后,发现土壤有机质含量的空间变异

与地质、地貌以及土地利用的关系密切。东部地区地层
为碳酸盐岩,海拔较高,气候湿润,同时土地利用主要为 林地,因此,土壤有机质含量高;中部地区地层为第四 系,海拔最低,土地利用主要为旱地和水田,土壤有机质 含量中等;而西部、西南地区地层主要是砂页岩,土地利 用主要为旱地,特别是西南河谷地区主要是未利用地分 布,因而土壤有机质含量低。

Kriging插值精度在Arcgis软件地统计分析模块中 的交叉验证面板可以查看得到,交叉验证面板中提供的 预测图表、预测误差统计值以及每个样点的实际值与预
测值的对照可以查看预测精度,其中预测误差统计项的 预测误差的均值、预测误差的均方根、平均预测标准差、 平均标准差和标准均方根预测误差五项指标综合反映了预测表面的精度。土壤有机质预测模型的交叉验证 结果表明,预测误差的均值、预测误差的均方根、平均预测标准差、平均标准差都比较小,标准均方根预测误差 在0.73一O.9996之间,说明预测的精度比较高。因此,流域土壤有机质的Kr蟛ng插值结果是比较可靠的。 4结语 (1)统计分析结果表明,流域土壤有机质含量总体水平较高,平均为29.0 g/kg,变异系数为60.5%,属 强变异,这反映了岩溶区土壤有机质含量较高但分布高度不均的特点。 (2)地统计学与GIS相结合是研究土壤性质变异的有力工具。变异函数分析得到土壤有机质的理论模 型和相应参数,这些参数反映了土壤土壤有机质的变异特征。流域土壤有机质含量空间变异具有各向异性特 征,由空间自相关部分引起的空间变异性程度较大;土壤有机质含量具有中等的空间相关性。 (3)流域土壤有机质含量由东部向西、西南部逐渐降低;土壤有机质含量的空间分布与流域地质、地貌以 及土地利用的分布表现出很好的一致性。
Ikferences:

。.。曼6土壤,竺质含}分级图

[1] [2]

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参 例为域流考文献: 江小南云以——异变间空质机有壤土域流溶岩型典:等军勇蒋 .98~58:)2(,5991,壤土.性异变间空的质机有壤土.衡张,锋学王]31[ [14]杨玉玲,田长彦,盛建东,等.灌淤土壤有机质、全量氮磷钾空间变异性初探.干旱区农业研究,20 2,20(3) [15]张淑娟,何勇,方慧.基于GPS和GIS的田间土壤特性空间变异性的研究.农业工程学报,2003,19(2):39 [16] 王军,傅伯杰,邱扬,等.黄土高原小流域土壤养分的空间异质性.生态学报,20 2,2 (8):1 73一1 78. [17] 高峻,黄元仿,李保国.农田土壤颗粒组成及其剖面分层的空间变异分析.植物营养与肥料学报,20 3,9(2) [18]

.6 5~5 5:)5(5 ,0 02,报学理地.征特异变空时的分养壤土原平化遵省北河.等,顶利陈,杰伯傅,东旭郭 [19]王军,傅伯杰,邱扬,等.黄土高原小流域羹秦篓薹娶雾囊墓囊霎萎蠹i蓍鏊垂萋=≤冀萋|§i≤{il!:≤;;一ll|; i嚣i 薹羹萋:囊蠢耄;鐾鍪雾:蒌÷嚣羹薹鍪羹蠢攀璧蓁奏蓦霎霎羹雨裂耄萋囊蠢j鏊霎譬警;;每;;自i i iii}i:i i igi 荔鬈雾二蕊雾雾:蒸鋈垂j霉一蔓霪黧雾耄囊囊霾薹萋蚕鏊囊托克)>G210(达拉特一东胜)(表4);同时,存在于各次生相 金重中 态生在潜的属金重中壤土价评和映反效有以可值比量含分百相原于存与的属
风险‘矧。
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相学化球e 地各 4HeaVy 的属金重壤metal ±侧旁路 co眦entmtion 公区地斯多尔 ratio of diffe弛ntcheⅡlicaI phas鹤in∞n m仰ghigllway of

吣 富集系 drE 可以推断 相学化球地各属金重壤土线沿路公要主条3由。』Ⅲ征特集富的属金重映反以可度程定一在数 收吸中重金属 壤土从物植,面方一另。低较均数系集富等bP、iN、rC、uc素元而,高最数系集富相生次的nz, 指靠可个一的度程标。由 收吸物植是不并量含总的属于土壤中无机及有机胶体对重金属阳离子的吸附、代换、络合及生物作用的结果,大部分元素被固定在 金重壤土但,系关定一有量含总的属金重中壤土和量的 土壤表 层,一般很少迁移至40cm以下,故土壤表层重金属含量较其他层次高。研究表明,因土壤表层不同形 态的重 金属,其生物有效性差别显著,所以植物对重金属的吸收与其存在形态具有密切关系Ⅲ’2¨。而就各元 素的生 物有效性而言,当土壤环境条件发生变化时,如pH值下降,土壤中离子强度增大等因素均可导致表层 土壤中 重金属元素的释放,造成对生态系统食物链的影响¨7I。在重金属各个不同的存在形态中,元素可交换

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典型岩溶流域土壤有机质空间变异——以云南小江流域为例
作者: 作者单位: 蒋勇军, 袁道先, 谢世友, 李林立, JIANG Yong-Jun, YUAN Dao-Xian, XIE Shi-You , LI Lin-Li 蒋勇军,李林立,JIANG Yong-Jun,LI Lin-Li(西南大学地理科学学院,重庆,400715;西南大学 岩溶环境与石漠化治理研究所,重庆400715), 袁道先,YUAN Dao-Xian(西南大学地理科学学 院,重庆,400715;西南大学岩溶环境与石漠化治理研究所,重庆400715;中国地质科学院岩溶 地质研究所、国土资源部岩溶动力学开放研究实验室,广西,桂林54100), 谢世友,XIE ShiYou(西南大学地理科学学院,重庆,400715) 生态学报 ACTA ECOLOGICA SINICA 2007,27(5) 17次

刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数:

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