中国典型丘陵区人口密集乡村景观的土壤碳氮磷分布特征

中国典型丘陵区人口密集乡村景观的 土壤碳氮磷分布特征 !
焦加国 # 杨林章 # 武俊喜 # 李辉信
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（ ! 南京农业大学资源与环境科学学院，南京 "!,,-. ；" 中国科学院南京土壤研究所，南京 "!,,,/ ；$ 中国农业大学农学与生 物技术学院，北京 !,,,-+ ；+ 马里兰大学地理与环境系统系，巴尔的摩 "!"., ，马里兰，美国）
［ A， J］ 9RS 参数来进行大区域的评价分析 :
:中
国多数乡村景观的土地利用转换并不在于乡村景观 面积的大幅度增减， 而在于乡村景观内部的小尺度
［ @D ］ 转换 ， 这些过程同时也伴随着土壤元素的变化:
这使得用通常景观的大中尺度研究方法来获取乡村 景观小尺度多样化变得十分困难， 在估算区域性土 壤有机碳 （ K89 ） 、 全氮 （ !" ） 和全磷 （ !1 ） 储量时易 造成误差: 本研究借助高分辨 （ ? 4） 的 LM8"8K 影像， 运 用多层次景观分类和制图方法， 采用由大尺度到小 尺度的取样和由小尺度到大尺度的推绎相结合的研 究方法， 分析了中国不同丘陵区域人口密集乡村景观 K89 （D N AD 54 ） 、 !" 和 !1 密度及储量的差异， 以期
［ A， ?A ］ 同于传统意义上的景观生态区 ， 聚类得到的区
)* 引* * 言 乡村景观中， 土地利用方式和生态类型的改变 主要是由于人为作用， 如土地管理、 道路建设与房屋 建设等， 而自然的生态进程则居于次要地位: 由于各 地区地形、 气候和土壤肥力等的差异， 以及社会经济 发展的不同， 不同地区的农村景观类型不相同: 人为 作用对乡村景观的影响越来越受到全球范围的关 注: 乡村景观的变化主要表现在生物多样性和土壤 元素循环两个方面
!" #$%&’()，*’(+ (+$ #’&(,’-.(’/% /0 !1 #$%&’() &+/*’%2 3 4/,$ 5/467’53($# 63(($,% (+3% (+3( /0 89 %’(,/2$% 3%# 6+/&6+/,.& #’&(,’= 3%# !": ;5/(/6$ 7$<$7 3%37)&’& 5/.7# ,$07$5( (+$ &/’7 /,23%’5 53,-/% ， -.(’/% ’% #$%&$7) 6/6.73($# <’7732$ 73%#&536$ /0 +’77) ,$2’/%& 4/,$ 5/46,$+$%&’<$7) (+3% 73%# .&$ /, 73%# 5/<$, 3%37)&’&: !"# $%&’(：+’77) ,$2’/%；#$%&$7)=6/6.73($# <’7732$ 73%#&536$；$5/(/6$；73%# .&$；&/’7 %.(,’$%(: 为中国丘陵区域的景观规划和生态系统的管理提供 依据， 为中国丘陵地区土壤数据提供一定的补充: +* 研究方法 +, )* 人口密集景观生态区域的选择 借助荷兰科学家 O$,-.,2 发展的基于 PLK 和统 计分析方法， 根据文献资料和专家知识， 在中国最终 黄淮 得到 H 个高度相似性的人口密集景观生态区： 海平原景观生态区、 长江中下游平原景观生态区、 江 南山地丘陵景观生态区、 四川盆地丘陵景观生态区 和华南山地丘陵景观生态区: 但这些景观生态区不
［ A， J］
域约占中国 EHG 的乡村人口和约 HDG 的耕地面积， 具有广泛的代表性: 本文以其中的 A 个丘陵地区作 为研究区域， 来比较不同丘陵地区间土壤碳氮磷分 布的差异 （ 表 ?） : +, +* 区域代表性研究样方的选取 为了获得区域代表性的乡村景观结构， 先在大 区域中获取 Q3%#&3( 影像并进行土地覆被粗分类， 并以土地覆被粗分类结果和距城镇的直线距离为变 量， 进行两步聚类和 M 均值聚类， 进一步确定 Q3%#= &3( 影像覆被范围中人口密集乡村景观的覆被面积 和分布范围， 然后基于土地覆被粗分类结果和距城 镇直线距离等变量在 HDD 4 C HDD 4 网格中再次进 行两步聚类和 M 均值聚类， 根据聚类结果， 从 LM8= "8K 影像覆被区域选取 ?@ 个具有区域代表性的网 格作为研究样方， 并根据聚类距离和聚类单元格数 量来计算尺度推绎参数 9RS， 利用研究样方数据和
［ >］
: 全球范围内， 人口密集乡村
［ ?@ ］
景观的面积和人口数量巨大 和农业面积比例数据， ;77’&
: 运用人口密度数据
［ A］
计算出的中国村级景
观面积为 @B A? C ?D E F4@ ， 占全球村级景观面积的 @EG ； 乡村人口 HB @ 亿， 占全球 @IG : 庞大的农业人 口和广阔的乡村面积使中国乡村景观在全球变化研 究中占有重要地位: 中国乡村景观的人为干扰作用强烈， 生态过程 复杂， 农户水平细微尺度的土地利用变化和资源管 理行为多样化， 土地利用呈现高度的异质性
摘# 要# 基于 012324 高分辨率 （ ! 5） 卫星遥感图， 根据生态立地分层分类规则， 评价了四川 盆地、 江南山地和华南山地等典型丘陵区人口密集的乡村景观结构对 , 6 $, 75 土壤有机碳 （ 42’ ） 、 全氮 （ 83） 和全磷 （ 89） 密度及储量的影响& 结果表明： 42’ 密度的面积加权平均值为 江南山地丘陵 （ ": ;" < ,: ;= >?・5 @ " ） A 华南山地丘陵 （ ": =. < ,: ;$ >? ・ 5 @ " ） A 四川盆地 丘陵 （ ": !. < ,: .; >?・5 @ " ） ； 83 密度的面积加权平均值为江南山地丘陵 （ ,: "/ < ,: ,= >? ・ @" 5 ） A 四川盆地丘陵 （ ,: "; < ,: ,= >?・5 @ " ） A 华南山地丘陵 （ ,: "! < ,: ,= >?・5 @ " ） ； 89 密 @" 度的面积加权平均值为四川盆地丘陵 （ ,: !- < ,: ,+ >? ・ 5 ） A 江南山地丘陵 （ ,: !! < ,: ,$ >? ・5 @ " ）A 华南山地丘陵 （ ,: ,/ < ,: ,+ >?・5 @ " ） & 四川盆地、 江南山地和华南山地丘陵 42’ 、 83 和 89 储量最高的生态立地类型分别为小规模 ! 年生旱地作物、 两季水田和斜坡次生阔叶 而以低覆盖度的挖掘地和山顶旱地最低， 89 密度 疏林& 42’ 和 83 密度均以水田或林地最高， 的分布较为复杂& 细微尺度的生态立地水平分析可以较好地反映出丘陵区人口密集乡村景观 地区的生态结构和 42’ 、 83、 89 的分布情况& 关键词# 丘陵区域# 人口密集乡村景观# 生态立地# 土地利用# 土壤养分 文章编号# !,,!@-$$" （ ",,; ） ,;@!+;!@,/# 中图分类号# 4!.-: "# 文献标识码# B !"#$%"&’$"() *+,%,*$-%"#$"*# (. #("/ (%0,)"* *,%&()，)"$%(0-) ,)1 2+(#2+(%’# ") 1-)#-/3 2(2’4 " /,$-1 5"//,0- /,)1#*,2-# (. 1"..-%-)$ +"//3 %-0"()# (. 6+"),7 O0B2 O)FE?HP!， ， QB3R S)JETGFJ?" ， $ ! + ! UV OHJEI) ，S0 WH)EI)J ，%& ’& %(()*（ !"##$%$ "& ’$(")*+$( , -./0*".1$.23# 4+0$.+$(，53.60.% 7%*0+)#2)*3# 8.0/$*(029，53.60.% "!,,-.，!:0.3；" ;.(202)2$ "& 4"0# 4+0$.+$，!:0.$($ 7+3<$19 "& 4+0= $.+$(，53.60.% "!,,,/，!:0.3；$ !"##$%$ "& 7%*"."19 , 7%*+$+"#"%9，!:0.3 7%*0+)#2)*3# 8.0/$*(029， >$060.% !,,,-+，!:0.3；+ ?$@3*21$.2 "& A$"%*3@:9 3.< -./0*".1$.23# 49(2$1(，8.0/$*(029 "& B3*9= C =!:0.C DC 7@@#C -+"#& ， ",,;， 89 （; ） ： !+;!@!+;/& #3.<，>3#201"*$ !").29 "!".,，B3*9#3.<，847） :&#$%,*$：DF*MN PJ G)?G *XFY)F( ZM*P(HY)PJ ZM5PYM *MJ*)J? 5FX（ ! 5 ）FJN *F5X()J? [)YG F *YZFY)E \)MN NM*)?J PJ N)\\MZMJY *)YM Y]XM*，YGM M\\M7Y* P\ \)JME*7F(M (FJN H*M XFYYMZJ* )J ^)((F?M* PJ YPX *P)( （ ,@ $, 75 ）PZ?FJ)7 7FZ_PJ（ 2’ ） ，YPYF( J)YZP?MJ（ 83 ）FJN YPYF( XGP*XGPZH*（ 89 ） [)YG)J FJN F7ZP** YGM NMJ*M(] XPXH(FYMN G)((] (FJN*7FXM*，0C $& ，4)7GHFJ W)((] ‘M?)PJ（ 40W‘；O)JYFJ? ’PHJY]， 4)7GHFJ 9ZP^)J7M ） ，4H_YZPX)7F( W)((] ‘M?)PJ（ 4VW‘；Q)]FJ? ’PHJY]，WHJFJ 9ZP^)J7M ） ，FJN ，[MZM )J^M*Y)?FYMN& 8GM ZME 8ZPX)7F( W)((] ‘M?)PJ（ 8W‘；C)FJ_F) ’PHJY]，RHFJ?NPJ? 9ZP^)J7M ） *H(Y* *GP[MN YGFY *P)( 2’ NMJ*)Y] [F* NM7ZMF*MN )J YGM PZNMZ P\ 4VW‘（ ": ;" < ,: ;= >? ・ 5 @ " ）A 8W‘（ ": =. < ,: ;$ >?・5 @ " ）A 40W‘（ ": !. < ,: .; >? ・ 5 @ " ） ，83 NMJ*)Y] [F* )J YGM PZNMZ P\ @" 4VW‘（ ,: "/ < ,: ,= >? ・ 5 ）A 40W‘（ ,: "; < ,: ,= >? ・ 5 @ " ）A 8W‘（ ,: "! < ,: ,= >? ・ 5 @"） ，FJN 89 NMJ*)Y] [F* )J YGM PZNMZ P\ 40W‘（ ,: !- < ,: ,+ >?・5 @ " ）A 4VW‘（ ,: !! < ,: ,$ & 8GM \)JME*7F(M (FJN*7FXM HJ)Y*（ M7PYPXM* ）[)YG YGM >?・5 @ " ）A 8W‘（ ,: ,/ < ,: ,+ >? ・ 5 @ " ） G)?GM*Y *P)( 2’ ，83 FJN a PZ 89 *YP7>* [MZM ZF)J\MN FJJHF( 7ZPX* )J 40W‘，XFNN] Z)7M )J 4VW‘， FJN PXMJ 7FJPX] YZMM* FJN _ZH*G )J 8W‘，ZM*XM7Y)^M(]& 0J F(( G)((] ZM?)PJ*，XFNN] FJN \PZM*Y (FJN H*M 7(F**M* GFN YGM G)?GM*Y *P)( 2’ FJN 83 NMJ*)Y] ，[G)(M 5)JMN FZMF* GFN YGM (P[M*Y *P)( 2’ FJN
（ C%DE,,;.=!; ） & !美国国家科学基金资助项目 !!通讯作者& %E5F)(：GH)I)J()K JLFH& MNH& 7J ",,=E,;E"+ 收稿， ",,;E,+E,+ 接受&
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