基于GIS的土壤有机质含量空间分析

基于GIS的土壤有机质含量空间分析摘要：本文在地理信息系统技术的支持下，结合统计插值方法对土壤有机质进行空间插值分析，利用gis技术的叠置功能对土壤有机质含量分布规律的影响因素进行探讨。研究表明，借助gis的空间分析功能，对土壤有机质含量空间分布特征的研究，可以从量的角度深入探讨各种因素对土壤有机质含量的影响情况，并能够快速有效地进行计算和分析。

关键词：地理信息系统；有机质；空间分析；因素

土壤有机质是土壤的重要组成部分，它是表征土壤肥力和土壤质量的一个重要指标，也是陆地生态系统中碳循环的重要来源。近年来，它被许多学者用于评价不同土地利用条件下的土壤肥力变化。同时，由于土壤有机质与未知碳汇的关系密切，也常被作为反映土壤对全球气候变化响应的重要指标而引起广泛关注，甚至被认为是环境变化的驱动变量之一。因此，土壤有机质常被公认为影响土壤肥沃程度的精华部分；其含量高低，可作为反映土壤肥力高低的指标之一。地理信息系统(geographic information system，简称gis )作为传统学科与现代科学技术相结合的产物，正在逐步发展成为一门处理空间数据的现代化综合性学科。它不仅能满足利用计算机技术来对地理信息进行可视化表达及空间查询，而且具有较强的空间分析和模拟能力，并能解决地理数据、地理信息有关的其他一些理论问题。本研究在gis技术的支持下，结合地统计插值方法对土壤有机质进行空间插值分析，利用gis技术的叠置功能对土

壤有机质含量分布规律的影响因素进行了深入地探讨。

一、材料与方法

（一）研究区域的基本概况

增城市位于广东省中南部，珠江三角洲东北部、广州东部，南与东莞隔江相望，东临惠州，北接从化、龙门，地处广州、东莞、深圳、香港等发达区间，紧连广州经济技术开发区和广州科学城。研究区域朱村镇位于增城市中部，东距增城市中心14公里，西距广州市45公里，南距深圳100公里；广汕公路贯穿其中，交通十分便利。本研究区域界于东经113°36′7.1″～113°48′23.3″，北纬23°13′34.0″～23°21′17.4″之间。

（二）土壤样品的采集及分析

本研究土壤样品的采集是根据增城市土地利用现状图和土壤图，充分考虑到研究区域的土地利用现状和土壤类型，遵循均匀分布的原则下进行的。本研究于2006年4月在增城市朱村镇进行土壤采样，共采集102个样点（其中菜地10个、旱地12个、林地20个、水田30个，园地30个），采用重铬酸钾-硫酸溶液-油浴法进行土壤有机质含量的测定。

（三）研究方法

本研究图件资料包括：1:1万地形图、1:1万土地利用现状图和第二次土壤普查土壤图。首先将土壤图和地形图扫描后与1:1万的土地利用现状图进行配准、叠加，将得到的底图进行数字化，得到土地利用现状图和土壤母质图。运用arcgis9.0中的统计学模块得

出所选插值模型土壤有机质含量的空间插值图；并将数字化好的地形图，运用arcgis9.0空间分析模块生成数字高程模型，提取出坡向图和坡度图。将土地利用类型图、土壤母质图、坡度图和坡向图分别与土壤有机质含量进行空间叠置，分析其对土壤有机质含量空间分布的影响。

二、土壤有机质含量空间分析

（一）土壤有机质含量的空间插值分析

运用arcgis9.0的地统计模块进行土壤有机质含量的插值分析，以圆形异向插值模型（c异）的拟合效果最好，根据该插值模型得出土壤有机质含量的插值结果，详见图1。研究结果表明该研究区域土壤有机质含量呈明显的斑块状分布，按第二次全国土壤普查的分级标准来分级，整个区域土壤的有机质含量都处于三级

20-30g·kg-1和四级10-20g·kg-1水平。处于三级20-30g·kg-1水平的范围较大，其中以处于20-25g·kg-1范围内的面积最大，占研究区域农用地面积的59.77%，主要分布于研究区域的中部和南部；处于四级10-20g·kg-1水平的土壤以15-20g·kg-1范围的面积为主，占研究区域农用地面积的37.55%，主要分布于研究区域的东部、西北和西南部；而处于10-15 g·kg-1和25-30g·kg-1范围所占面积很小，呈零星的斑块状分布。

（二）影响土壤有机质含量的空间变异因素分析

为了进一步探讨土壤有机质含量的空间分布规律，本研究利用arcgis的图层叠加功能，分析不同土地利用类型、母质类型、坡度

和坡向等对土壤有机质含量空间分布规律的影响。

1.土地利用类型对有机质含量分布的影响

将土地利用现状图与土壤有机质空间分布图进行叠加，得到不同土地利用类型有机质含量的分布情况（见表1，表2）。

由表1和表2可知，在有机质含量20-30g·kg-1范围内，菜地所占面积比例最大，之后依次为水田、林地、园地和旱地；按各土地利用类型有机质含量的平均值，也表现出同样的规律。人为的耕作施肥是导致菜地和水田有机质含量在20-30g·kg-1范围内所占比例较高的主要原因，尤其是人们受经济利益的驱动更加关注菜地的施肥管理，据调查研究区农户对菜地的施肥习惯，其施有机肥水平明显高于其他利用方式。近年来该研究区推广稻-菜轮作也是导致水田有机质含量20-30g·kg-1所占比例较高的重要原因。林地凋落物是林地有机质的主要来源，由于林地受人为扰动少，植被覆盖度和生物量相对较高，土壤有机质积累多分解少，这是林地土壤有机质含量在20-30g·kg-1范围内所占比例较高的主要原因。园地和旱地土壤主要分布于地势较高的丘陵坡地，施肥结构以化学肥料为主，水源较缺乏，通气透水性较强，有机质分解快，肥水易于流失，保水保肥性能较差。

2.母质类型对有机质含量分布的影响

将研究区域土壤母质图与土壤有机质空间分布图进行叠加，得到不同母质类型有机质含量的分布情况（见表3，表4）。

从表3和表4可以看出，除坡积物发育的土壤以分布在有机质

含量15-20g·kg-1范围内所占面积最大，其他母质类型发育的土壤都以分布在20-25g·kg-1范围内所占面积最大。在有机质含量在20-30g·kg-1范围内，由河流冲积物发育的土壤所占比例最高，之后依次为洪积物、宽谷冲积物、花岗岩风化物和坡积物发育的土壤；按各母质类型有机质含量的平均值，由河流冲积物发育的土壤有机质含量最高，其余相差不大。这主要是由于由河流冲积物发育的土壤以水田和菜地为主。

3.坡度对有机质含量分布的影响

利用1：10000dem数据生成坡度等级图，将其与土壤有机质空间分布图进行叠加，得到不同坡度级有机质含量的分布情况（见表5，表6）。

从表5和表6可以看出，按比例关系，有机质含量与坡度大小没有表现出明显的相关关系。而从各坡度级有机质含量的平均值看，坡度较大区域的有机质含量要高于坡度较小区域的有机质含量。这主要是由于坡度较大的地方主要分布着林地。据研究，在华南热带雨林中，枯枝落叶凋落物干物质达到1050kg·hm-2左右，凋落物中含灰分17%，氮元素1.5%，这种生物归还的结果形成了富含有机质的a层。增城市朱村镇的植物凋落物虽较之为低，但对土壤的影响是相似的。

4.坡向对有机质含量分布的影响

利用1：10000dem数据生成坡向图，将其与土壤有机质空间分布图进行叠加，得到不同坡向有机质含量的分布情况（见表7，表