土壤属性空间变异特征及土地质量评价研究 ——以陕西省横山县为例
文献类型：学位论文
| 作者 | 连纲 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2006-06-01 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 傅伯杰 ; 程烨 |
| 关键词 | 土壤属性 空间变异 压力-状态-响应 土地质量评价 丘陵沟壑区 Soil properties Spatial variability P-S-R Land quality evaluation Hilly and gully area |
| 其他题名 | Spatial variability of soil properties and land quality evaluation |
| 学位专业 | 生态学 |
| 中文摘要 | 土地质量退化是威胁人类社会可持续发展的突出问题之一。土壤属性是土壤 质量的重要决定因素，并强烈影响土地利用和生态过程。分析、预测土壤属性空 间变异，开展区域土地质量评价是可持续土地利用的一个重要组成部分。黄土高 原地区水土流失严重，是我国，乃至世界典型的生态脆弱区，研究该区不同尺度 土壤属性空间变异特征，分析区域土地质量状况，可为区域退化土地的恢复重建， 合理利用土地资源进一步提供科学依据。 本研究以陕西省横山县和县内朱家沟小流域为研究区域，利用遥感影像和地 理信息系统，分析了土地利用现状及其变化；通过野外调查、实地采样、统计分 析和计算机模拟，分别在小流域和县域尺度上分析了不同土地利用类型、不同地 形条件等对土壤理化属性的影响，并通过残差Kriging 插值等方法，预测、分析 了土壤属性空间分布特征，探索不同尺度上快速、准确、经济的土壤质量调查、 评价手段；通过参与性农户评估方法(PRA)，研究分析了农户对相关土地政策及 生态环境的认知与响应，从农户行为角度研究区域发展问题；最后基于“压力－ 状态－响应”（PSR）框架，以水土保持为目标，进行了县域土地质量评价。 本研究针对典型生态脆弱区土地质量退化这一关键问题，注重多学科的交叉 与综合，在内容和方法上有如下特点：应用数字地形分析技术，引入相关地形复 合指数，尝试将格局与过程联系起来；通过遥感影像分析，提取相关指数，探讨 其作为辅助变量在进行土壤属性空间预测及土地质量评价方面的应用；利用回归 残差Kriging 插值，既解决了回归残差较大的问题，又避免了高度异质景观地统 计插值应用的局限性，为黄土高原丘陵沟壑区土壤属性要素由点到面的空间扩展 提供了有益的借鉴；通过实证分析，得出了小流域和县域不同尺度土壤属性要素 空间变异特征的异同，为不同尺度的土地可持续利用管理提供了科学依据；研究 发展了基于PSR 框架，针对水土流失的县级土地质量评价的最小指标集，为地 方实现土地质量的快速评价与有效管理提供了方便。 通过研究得到以下主要结论： 1. 从1992 年到2002 年，横山县耕地面积减少剧烈；林地、草地面积增加； 沙地、灌木地面积减少，尤其是沙地，减少幅度达18.2%，治理效果较为显著； 建设用地增加较多，增幅达11.3%。土地利用转移矩阵分析表明，有超过29%的 建设用地面积由耕地转换而来，沙地的减少主要转变成草地和林地。 坡耕地是小流域主要的土地利用类型，在小流域土地资源中所占比重高达 56.21%；其次是林地和梯田，分别占土地总面积的14.8%和14.16%。约51%的 坡耕地分布在8～25º范围内；林地主要分布在8～15º之间，占林地总面积的29.37%；灌木地在小流域整体分布不多；接近90%的草地主要分布在8º以上范 围内，其中约15%的草地在35º以上，其它几个坡度分级上草地分布较为均衡。 2. 小流域土壤物理属性空间变异不大，不同土地利用类型之间土壤粘粒和 粉粒含量存在显著性差异，但土壤容重差异不显著；在不同景观位置土壤粘粒含 量存在显著性差异。土壤粘粒、粉粒与坡度、坡向、剖面曲率和复合地形指数等 存在显著关系，利用地形与土地利用信息建立了多元线性回归模型，模型对土壤 容重预测结果比较理想，对于土壤粘粒和粉粒存在平滑效应，残差解释相对较低； 与回归预测相比，回归－克里格预测极差更宽，对于局部的变异及地形的关系体 现更为细化，提高了预测精度。 3. 小流域土壤养分空间变异为中等变异，不同土地利用类型间，土壤有机 质、全氮和全磷存在显著性差异；土壤全氮表现出了与土壤有机质相类似的规律； 不同景观位置土壤有机质和全氮存在显著差异，且二者变化规律基本一致，而全 磷差异不显著。土壤有机质和全氮只与复合地形指数、汇流动力、沉积物运移指 数等相关，而全磷只与坡度相关。土壤有机质和全氮的多元线性逐步回归拟合较 好，而对于全磷，预测结果不是很好；回归－克里格预测有效地减小了残差，消 除了平滑效应，与实测值较为接近，预测精度远高于回归预测。 小流域尺度上，地形是影响土壤物理属性空间变异的主要因子，尤其是土壤 容重，地形因子解释了全部40%的变异；而对所测的土壤养分来说，土地利用是 影响土壤养分变异的主导因子。 4. 县域土壤物理属性空间变异研究表明：不同土地利用类型之间土壤物理 属性存在显著差异，在不同坡度分级所测各土壤物理属性也存在显著差异，在不 同坡向，三者均无显著性差异，但存在一个变化趋势，即土壤粘粒和粉粒在偏北 的坡向较高，而土壤容重刚好相反。所测土壤属性与地形因子和遥感指数存在一 定的相关关系，遥感指数作为环境辅助变量是可行的。利用环境变量与土壤属性 进行多元线性回归预测，对于土壤容重较为理想，对于粘粒和粉粒相对较差，存 在平滑效应；回归－克里格预测能够有效减小残差，消除平滑效应，提高预测精 度。 5. 县域土壤养分空间变异研究表明：县域土壤养分平均含量很低，变异性 较大；不同土地利用类型其养分差异达到了极显著的水平。在不同坡向，土壤养 分差异均不显著，但偏北坡有机质和全氮含量整体上要比偏南坡高；土壤有机质、 全氮与地形因子和遥感指数存在一定的相关关系，全磷只与遥感指数有显著的相 关关系。回归预测对于有机质和全氮较为理想，但对于全磷，预测结果很差，预 测值远离实测值。回归－克里格预测增大了预测值的极差，对于局部的变异及地 形的关系体现更为细化，从空间分布情况来看，更为接近现实情况，预测精度高于回归预测。 6. 不同尺度土壤属性空间变异分析表明：不同尺度土壤属性的空间变异具 有不同的特征，土地利用对土壤属性的影响也不同。在不同尺度上，无论土壤物 理属性，还是土壤养分，草地均优于灌木地和林地。在不同尺度上，土壤属性与 环境因子的关系不同，影响土壤属性空间分异的主要因子也不相同。在小流域尺 度上，地形因子对土壤属性的影响较大，尤其对土壤物理属性的影响更为明显； 而在县域尺度上，土地利用对土壤属性的影响较大。 7. 参与性农户评估调查表明：研究区农户对于土地依赖性较大，旱地农户 表现尤为突出，大多数农户拥护和理解当前相关的土地政策，看重政策的稳定性 和长效性；农户对于土壤侵蚀和相关水土保持措施有一定的认识，旱地农户倾向 于通过工程措施来获取好的回报，而川水地农户更多注重于通过对现有土地质量 的管护，来进一步提高现有耕地的质量；与10 年前相比，近80%的农户认为当 地的生态环境有所好转，然而近45%的农户在生产活动过程中根本不考虑对生态 环境的影响；两组农户对于生态环境恶化原因的认识具有较大的差别，旱地农户 认为生态环境恶化主要原因是干旱和水土流失，而川水地农户认为生态环境恶化 主要原因是干旱和过度放牧。 8. 县域土地质量评价表明：从各乡镇压力指标综合得分来看，北部各乡镇 分值普遍较高，东部得分较低，其中尤以魏家楼乡为最低，仅有0.18，为Ⅴ等； 从全县各乡镇状态综合指标得分来看，北部各乡镇分值较低，雷龙湾乡和白界乡 相对最低，为Ⅴ等，而东南部各乡镇得分相对较高，状态等级具有明显的分布梯 度，自西向东升高；综合响应评价得分表明，东部几个乡镇响应较差，而白界乡， 波罗镇，殿市镇等响应较好；综合评价来看，县域整体土地质量较差，大多乡镇 为Ⅲ等，其次为Ⅳ等，只有白界乡最高，得分为0.62，属于Ⅱ等。土地质量整体 形势较为严峻，引起区域土地质量低下的主要原因是地形和人为因素。 |
| 学科主题 | 系统生态学 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2010-05-20 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/132]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_城市与区域生态国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 连纲. 土壤属性空间变异特征及土地质量评价研究 ——以陕西省横山县为例[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2006. |
入库方式： OAI收割
来源：生态环境研究中心
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