四川省仁寿县土壤有机碳空间分布特征及其主控因素
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
成都
贾
611130)
荔
袁大刚
吴德勇
(四川农业大学资源环境学院
摘
要
准确地获取区域尺度内土壤有机碳含量信息对土壤碳调控及全球环境变化具有重要意义。本研究基
于野外实地采集的 555 个表层 (0~20 cm)土样 , 探讨四川省仁寿县土壤有机碳空间分布特征及其主控因素。运 用方差分析和回归分析对比了成土母质、土壤类型和土地利用方式对仁寿县土壤有机碳空间分布的影响。结 果表明 : 研究区表层土壤有机碳含量为 3.36~37.10 g·kg−1, 平均 13.46 g·kg−1, 变异系数为 48.87%, 属中等强度 的空间变异性。块金效应 C0/(C0+C)为 66.7%, 空间分布受结构性因素和随机性因素的共同影响 , 总体呈现北 高南低的趋势。土地利用方式和土壤类型对土壤有机碳的影响极显著 (P<0.01), 而成土母质的影响不明显 (P=0.256) 。土类能够独立解释 23.7% 的土壤有机碳空间变异 ; 亚类和土类的解释能力接近 , 分别为 27.0% 和 27.1%, 土壤亚类可作为探讨该区域土壤有机碳空间变化的最小土壤分级单元。土地利用方式能独立解释 53.0%的土壤有机碳空间变异 , 远大于土壤类型 , 是研究区土壤有机碳空间分布的主控因素。 关键词 土壤有机碳 空间变异 主控因素 地统计学 川中丘陵 中图分类号 : S153.6 文献标识码 : A 文章编号 : 1671-3990(2015)01-0034-09
1.1
材料与方法
研究区概况 仁寿县位于四川省东南部(图1), 地理坐标29°37′~ 30°20′N 和 103°54′~104°29′E, 面积 2 606 km2, 人口 162万 , 辖 22个镇、 38个乡 , 为四川省第一大县。地 貌 以 丘 陵 为 主 , 包 括 部 分 低 山 区 域 ; 海 拔 345~ 972 m。 县域处于亚热带季风湿润气候区 , 四季分明 , 温暖湿润 ; 年均气温 17.4 ℃ , 年均降雨 1 009.4 mm, 年均日照时数 1 196.6 h, 无霜期 312 d。成土母质以 蓬莱镇组泥砂岩和沙溪庙组泥砂岩风化物为主 , 包 含 8 个出露地层的 11 种母质类型。全县主要有紫色 土、水稻土和黄壤 3个土类 , 含 5个亚类、16个土属。 土地利用程度较高 , 土地类型主要有耕地、林地、 园地和草地等 , 其中耕地以水田、旱地和水旱轮作 3 种利用方式为主 (图 1)。 1.2 土壤样品采集与分析 根据研究区的实际情况 , 在考虑样点代表性与 空间分布均匀性的基础上 , 结合研究区成土母质、 土壤类型等资料以 20 km×20 km网状进行采样点布 设 , 采样过程中根据仁寿县地形地貌和土地利用方 式等适当调节采样点位置和增减样点 , 使样点在空 间上具有典型代表性。于 2012 年 11—12 月在全县采 集表层 (0~20 cm)土壤样点 558个 (图 1 b)。采样时去 除地表凋落物 , 每一采样点周围 5 m 范围内取 4 个 点 , 混合后以四分法取样。采样的同时记录每个采 样点的地理坐标、海拔、成土母质、土地利用方式、 土壤类型、种植制度和施肥状况等地表环境信息。 土壤样品在室内自然风干后 , 去除石砾和根系等杂 物 , 研磨过 100目筛 , 采用重铬酸钾法测定土壤有机 碳含量 [25], 测定过程中每个样品重复两次 , 以保证 数据质量。 1.3 数据处理 采用域值法 [26] 剔除 3 个异常样点后 , 利用剩余 555 个土壤样点的有机碳含量数据进行本研究相关 内容的分析。经典统计分析、相关分析、方差分析 以及回归分析均在 SPSS 20 软件中完成 ; 考虑到成 土母质、土壤类型、土地利用方式为定性分类变量 , 研究中采用哑变量 (虚拟变量 )进行赋值。 引入哑变量
* 国家自然科学基金项目 (4120124)和国家科技支撑计划项目 (2013BAD07B13)资助 罗由林 , 研究方向为土壤资源环境。 E-mail: S20132717@163.com 收稿日期 : 20140908 接受日期 : 20141027
第1期
罗由林等 : 四川省仁寿县土壤有机碳空间分布特征及其主控因素
Biblioteka Baidu
carbon and global environmental changes. Spatial distribution characteristics of SOC and the main driving factors (such as soil type, land use and parent materials) in Renshou County, Sichuan Province, were analyzed for a total of 555 topsoil (020 cm) samples using variance analysis and regression analysis. The results show that SOC content in the study area was in the range of 3.36−37.10 gkg−1, with an average of 13.46 gkg−1. The coefficient of variation was 48.87%, suggesting that SOC in the study area had moderate variability. The nugget-to-sill ratio value was 66.7%, suggesting that SOC had moderate spatial dependence and that spatial variability of SOC was determined by co-effects of structural and random factors. The content of SOC in the northern area was much higher than that in the southern region. Analysis of variance showed that while the effects of land use and soil type on SOC were significant (P < 0.01), parent materials had no obvious effect on SOC content (P = 0.256). Regression analysis showed that soil type was related with soil classification. Soil group, subgroup and soil family explained respectively 23.7%, 27.0% and 27.1% of SOC spatial variability. Land use type independently explained 53.0% of SOC spatial variability, much larger than that of soil type and suggesting that land use was the main qualitative driving factor of SOC availability. Soil subgroup and family similarly explained spatial variability of SOC, suggesting that soil subgroup was applicable at the lowest level of soil classification in studying spatial patterns of SOC in the study area. Also land use type was the key regulating factor of the spatial variability of SOC in hilly areas of Middle Sichuan Basin. Keywords Soil organic carbon; Spatial variability; Controlling factors; Geostatistics; Hilly area in Middle Sichuan Basin (Received Sep. 8, 2014; accepted Oct. 27, 2014)
35
土壤是陆地生态系统最大的有机碳库 [1] 。土壤 有 机 碳 (SOC) 含 量 和 动 态 直 接 影 响 着 全 球 碳 循 环 , 也影响着土壤质量和植物生长 [24]; 其空间变化信 息则是分析土壤质量、合理利用土壤资源以及研究 以碳为基础的温室气体收支平衡的基础资料。受多 种因素影响 , 一定区域内土壤有机碳的空间分布存 在高度异质性。因此 , 研究土壤有机碳空间分布的 影响因素 , 对于准确掌握土壤有机碳的空间分布信 息和估算土壤碳储量有着重要意义。 在众多的影响因素中 , 定性因素如成土母质、 植被类型或土地利用方式以及土壤类型等对土壤有 机碳空间分布的影响显著 [59]。在全球、国家及省域 等不同尺度上的土壤有机碳研究中 , 大多以植被类 型、土壤类型等因素 [1011]的类别斑块作为基本空间 单元研究土壤有机碳的空间分布和估算土壤碳储 量。成土母质则是土壤形成的物质基础 , 对土壤有 有研究表明 , 在土 机碳空间分布的影响不容忽视 [9]。 壤有机碳空间分布的预测性制图中 , 引入土地利用 方式、土壤类型或成土母质等定性因素的预测方法 , 与仅以地形因子和植被指数等定量因素作为辅助变 量的方法相比 , 可显著地提高预测精度 [6,1215]; 这是 因为定性因素可在一定程度上影响定量因子对土壤 有机碳空间分布的作用 [12,16], 如国家尺度上耕作土 地可降低土壤有机碳对气温和降水的敏感性 [17]。因 此分析区域土壤有机碳空间分布的定性主控因素 , 对于掌握调控区域土壤有机碳的关键因子以及全球 碳循环研究有着重要作用。 不同尺度上土壤有机碳空间分布的定性主控因 素存在明显的区域差异。如河北省省域尺度上土地 利用对土壤有机碳空间变异的解释能力大于土类 , 但小于土壤亚类和土属 [5]; 徐淮黄泛平原上土地利 用方式对土壤有机碳空间分布的影响大于成土母质 和土壤类型 [18]; 而江苏省域尺度上成土母质的影响 则大于土地利用方式 [19] 。县级尺度上 , 范胜龙等 [15] 的研究认为 , 土壤类型较土地利用类型对反映土壤 有机碳含量的分布影响更大。上述研究表明 , 成土 母质、土壤类型以及土地利用方式等定性因素对土 壤有机碳空间分布的影响随着研究区域和研究尺度 变化而变化 , 存在明显的区域特征和尺度效应。 川中丘陵区地处四川盆地西南部 , 地貌以中、 浅切割的丘陵为主 , 地形破碎 , 人口密集 , 土地垦 殖率高, 是四川省粮、棉、油等重要粮经作物的生产 基地, 也是长江上游水土流失最严重的地区之一[20]。 虽然已有对该区域土壤有机碳空间分布及影响因素 的研究报道 [2124], 但研究区域主要集中在小流域尺 度上 , 对成土母质、土地利用方式等影响因素的分
(College of Resources and Environment, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China)
Abstract
Accurately accessing soil organic carbon (SOC) content at regional scale has been very important in regulating soil
析则是以定性描述为主。本研究以川中丘陵第一大 县仁寿县为案例区 , 通过野外实地采样 , 结合土地 利用方式、成土母质和土壤类型 , 探究川中丘陵县 域尺度上土壤有机碳空间分布特征及其定性主控因 素 , 以期为该区域土壤有机碳空间分布的高精度预 测和相关部门制定合理的有机碳管理措施提供参考 依据。
1
Spatial variability of soil organic carbon and related controlling factors in Renshou County, Sichuan Province
LUO Youlin, LI Qiquan, WANG Changquan, ZHANG Xin, ZHANG Wei, JIA Li, YUAN Dagang, WU Deyong
中国生态农业学报
2015 年 1 月
第 23 卷
第1期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Jan. 2015, 23(1): 34 42
DOI: 10.13930/j.cnki.cjea.141034
四川省仁寿县土壤有机碳空间分布特征及其主控因素*
罗由林 李启权 王昌全 张 新 张 维
贾
611130)
荔
袁大刚
吴德勇
(四川农业大学资源环境学院
摘
要
准确地获取区域尺度内土壤有机碳含量信息对土壤碳调控及全球环境变化具有重要意义。本研究基
于野外实地采集的 555 个表层 (0~20 cm)土样 , 探讨四川省仁寿县土壤有机碳空间分布特征及其主控因素。运 用方差分析和回归分析对比了成土母质、土壤类型和土地利用方式对仁寿县土壤有机碳空间分布的影响。结 果表明 : 研究区表层土壤有机碳含量为 3.36~37.10 g·kg−1, 平均 13.46 g·kg−1, 变异系数为 48.87%, 属中等强度 的空间变异性。块金效应 C0/(C0+C)为 66.7%, 空间分布受结构性因素和随机性因素的共同影响 , 总体呈现北 高南低的趋势。土地利用方式和土壤类型对土壤有机碳的影响极显著 (P<0.01), 而成土母质的影响不明显 (P=0.256) 。土类能够独立解释 23.7% 的土壤有机碳空间变异 ; 亚类和土类的解释能力接近 , 分别为 27.0% 和 27.1%, 土壤亚类可作为探讨该区域土壤有机碳空间变化的最小土壤分级单元。土地利用方式能独立解释 53.0%的土壤有机碳空间变异 , 远大于土壤类型 , 是研究区土壤有机碳空间分布的主控因素。 关键词 土壤有机碳 空间变异 主控因素 地统计学 川中丘陵 中图分类号 : S153.6 文献标识码 : A 文章编号 : 1671-3990(2015)01-0034-09
1.1
材料与方法
研究区概况 仁寿县位于四川省东南部(图1), 地理坐标29°37′~ 30°20′N 和 103°54′~104°29′E, 面积 2 606 km2, 人口 162万 , 辖 22个镇、 38个乡 , 为四川省第一大县。地 貌 以 丘 陵 为 主 , 包 括 部 分 低 山 区 域 ; 海 拔 345~ 972 m。 县域处于亚热带季风湿润气候区 , 四季分明 , 温暖湿润 ; 年均气温 17.4 ℃ , 年均降雨 1 009.4 mm, 年均日照时数 1 196.6 h, 无霜期 312 d。成土母质以 蓬莱镇组泥砂岩和沙溪庙组泥砂岩风化物为主 , 包 含 8 个出露地层的 11 种母质类型。全县主要有紫色 土、水稻土和黄壤 3个土类 , 含 5个亚类、16个土属。 土地利用程度较高 , 土地类型主要有耕地、林地、 园地和草地等 , 其中耕地以水田、旱地和水旱轮作 3 种利用方式为主 (图 1)。 1.2 土壤样品采集与分析 根据研究区的实际情况 , 在考虑样点代表性与 空间分布均匀性的基础上 , 结合研究区成土母质、 土壤类型等资料以 20 km×20 km网状进行采样点布 设 , 采样过程中根据仁寿县地形地貌和土地利用方 式等适当调节采样点位置和增减样点 , 使样点在空 间上具有典型代表性。于 2012 年 11—12 月在全县采 集表层 (0~20 cm)土壤样点 558个 (图 1 b)。采样时去 除地表凋落物 , 每一采样点周围 5 m 范围内取 4 个 点 , 混合后以四分法取样。采样的同时记录每个采 样点的地理坐标、海拔、成土母质、土地利用方式、 土壤类型、种植制度和施肥状况等地表环境信息。 土壤样品在室内自然风干后 , 去除石砾和根系等杂 物 , 研磨过 100目筛 , 采用重铬酸钾法测定土壤有机 碳含量 [25], 测定过程中每个样品重复两次 , 以保证 数据质量。 1.3 数据处理 采用域值法 [26] 剔除 3 个异常样点后 , 利用剩余 555 个土壤样点的有机碳含量数据进行本研究相关 内容的分析。经典统计分析、相关分析、方差分析 以及回归分析均在 SPSS 20 软件中完成 ; 考虑到成 土母质、土壤类型、土地利用方式为定性分类变量 , 研究中采用哑变量 (虚拟变量 )进行赋值。 引入哑变量
* 国家自然科学基金项目 (4120124)和国家科技支撑计划项目 (2013BAD07B13)资助 罗由林 , 研究方向为土壤资源环境。 E-mail: S20132717@163.com 收稿日期 : 20140908 接受日期 : 20141027
第1期
罗由林等 : 四川省仁寿县土壤有机碳空间分布特征及其主控因素
Biblioteka Baidu
carbon and global environmental changes. Spatial distribution characteristics of SOC and the main driving factors (such as soil type, land use and parent materials) in Renshou County, Sichuan Province, were analyzed for a total of 555 topsoil (020 cm) samples using variance analysis and regression analysis. The results show that SOC content in the study area was in the range of 3.36−37.10 gkg−1, with an average of 13.46 gkg−1. The coefficient of variation was 48.87%, suggesting that SOC in the study area had moderate variability. The nugget-to-sill ratio value was 66.7%, suggesting that SOC had moderate spatial dependence and that spatial variability of SOC was determined by co-effects of structural and random factors. The content of SOC in the northern area was much higher than that in the southern region. Analysis of variance showed that while the effects of land use and soil type on SOC were significant (P < 0.01), parent materials had no obvious effect on SOC content (P = 0.256). Regression analysis showed that soil type was related with soil classification. Soil group, subgroup and soil family explained respectively 23.7%, 27.0% and 27.1% of SOC spatial variability. Land use type independently explained 53.0% of SOC spatial variability, much larger than that of soil type and suggesting that land use was the main qualitative driving factor of SOC availability. Soil subgroup and family similarly explained spatial variability of SOC, suggesting that soil subgroup was applicable at the lowest level of soil classification in studying spatial patterns of SOC in the study area. Also land use type was the key regulating factor of the spatial variability of SOC in hilly areas of Middle Sichuan Basin. Keywords Soil organic carbon; Spatial variability; Controlling factors; Geostatistics; Hilly area in Middle Sichuan Basin (Received Sep. 8, 2014; accepted Oct. 27, 2014)
35
土壤是陆地生态系统最大的有机碳库 [1] 。土壤 有 机 碳 (SOC) 含 量 和 动 态 直 接 影 响 着 全 球 碳 循 环 , 也影响着土壤质量和植物生长 [24]; 其空间变化信 息则是分析土壤质量、合理利用土壤资源以及研究 以碳为基础的温室气体收支平衡的基础资料。受多 种因素影响 , 一定区域内土壤有机碳的空间分布存 在高度异质性。因此 , 研究土壤有机碳空间分布的 影响因素 , 对于准确掌握土壤有机碳的空间分布信 息和估算土壤碳储量有着重要意义。 在众多的影响因素中 , 定性因素如成土母质、 植被类型或土地利用方式以及土壤类型等对土壤有 机碳空间分布的影响显著 [59]。在全球、国家及省域 等不同尺度上的土壤有机碳研究中 , 大多以植被类 型、土壤类型等因素 [1011]的类别斑块作为基本空间 单元研究土壤有机碳的空间分布和估算土壤碳储 量。成土母质则是土壤形成的物质基础 , 对土壤有 有研究表明 , 在土 机碳空间分布的影响不容忽视 [9]。 壤有机碳空间分布的预测性制图中 , 引入土地利用 方式、土壤类型或成土母质等定性因素的预测方法 , 与仅以地形因子和植被指数等定量因素作为辅助变 量的方法相比 , 可显著地提高预测精度 [6,1215]; 这是 因为定性因素可在一定程度上影响定量因子对土壤 有机碳空间分布的作用 [12,16], 如国家尺度上耕作土 地可降低土壤有机碳对气温和降水的敏感性 [17]。因 此分析区域土壤有机碳空间分布的定性主控因素 , 对于掌握调控区域土壤有机碳的关键因子以及全球 碳循环研究有着重要作用。 不同尺度上土壤有机碳空间分布的定性主控因 素存在明显的区域差异。如河北省省域尺度上土地 利用对土壤有机碳空间变异的解释能力大于土类 , 但小于土壤亚类和土属 [5]; 徐淮黄泛平原上土地利 用方式对土壤有机碳空间分布的影响大于成土母质 和土壤类型 [18]; 而江苏省域尺度上成土母质的影响 则大于土地利用方式 [19] 。县级尺度上 , 范胜龙等 [15] 的研究认为 , 土壤类型较土地利用类型对反映土壤 有机碳含量的分布影响更大。上述研究表明 , 成土 母质、土壤类型以及土地利用方式等定性因素对土 壤有机碳空间分布的影响随着研究区域和研究尺度 变化而变化 , 存在明显的区域特征和尺度效应。 川中丘陵区地处四川盆地西南部 , 地貌以中、 浅切割的丘陵为主 , 地形破碎 , 人口密集 , 土地垦 殖率高, 是四川省粮、棉、油等重要粮经作物的生产 基地, 也是长江上游水土流失最严重的地区之一[20]。 虽然已有对该区域土壤有机碳空间分布及影响因素 的研究报道 [2124], 但研究区域主要集中在小流域尺 度上 , 对成土母质、土地利用方式等影响因素的分
(College of Resources and Environment, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China)
Abstract
Accurately accessing soil organic carbon (SOC) content at regional scale has been very important in regulating soil
析则是以定性描述为主。本研究以川中丘陵第一大 县仁寿县为案例区 , 通过野外实地采样 , 结合土地 利用方式、成土母质和土壤类型 , 探究川中丘陵县 域尺度上土壤有机碳空间分布特征及其定性主控因 素 , 以期为该区域土壤有机碳空间分布的高精度预 测和相关部门制定合理的有机碳管理措施提供参考 依据。
1
Spatial variability of soil organic carbon and related controlling factors in Renshou County, Sichuan Province
LUO Youlin, LI Qiquan, WANG Changquan, ZHANG Xin, ZHANG Wei, JIA Li, YUAN Dagang, WU Deyong
中国生态农业学报
2015 年 1 月
第 23 卷
第1期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Jan. 2015, 23(1): 34 42
DOI: 10.13930/j.cnki.cjea.141034
四川省仁寿县土壤有机碳空间分布特征及其主控因素*
罗由林 李启权 王昌全 张 新 张 维