内蒙古土壤pH值_粘粒和有机质含量的空间结构特征_徐尚平

文章编号:0564-3945(2001)04-0145-04

内蒙古土壤pH 值、粘粒和有机质含量的空间结构特征

徐尚平,陶 澍,曹 军

(北京大学城市与环境学系,北京 100871)

摘 要:采用半方差函数和普通克里格方法分析了内蒙古地区土壤p H 、粘粒和有机质含量的空间结构特征.结果表明,内蒙古土壤pH 、粘粒和有机质含量的空间结构特征可以用线性半方差函数模型加以描述,且具有明显的各向异性.插值结果显示,它们的空间变异尺度与土类分布具有较好的一致性.内蒙古地区土壤pH 值表现为自东向西逐渐升高的趋势,而粘粒和有机质含量测沿同一方向逐渐降低.表生地球化学作用的空间变异是决定内蒙古土壤上述参数分布特征与尺度的主要因素.

关 键 词:土壤;半方差函数;克里格分析;pH;有机质;粘粒

中图分类号:S153 文献标识码:A

1 前 言

土壤pH 值、粘粒和有机质含量是土壤发育过程中各种表生地球化学作用综合影响的体现,也是影响土壤微量元素含量分布的重要因素[1].对土壤pH 、粘粒和有机质含量空间结构的探讨不仅有助于阐明各种因素对它们的作用方式和程度,也有助于了解微量元素含量的空间分布特征的成因.地统计学的提出是以矿床储量和矿石品位的精确估计为目的的.以空间结构为基础,以区域化变量为核心,以半方差函数为工具的地统计学在包括土壤科学和环境科学的许多领域中得到了广泛应用.这样的研究不仅针对土壤微量元素[2-5],也涉及土壤基本理论参数.譬如,Dobbermann 等对菲律宾某地土壤pH 值进行的空间分析,探讨其小尺度空间变异及其与地形和人为因素的关系[6].迄今为止,关于土壤常规理化参数空间结构的研究多集中在中小尺度.本研究则尝试在百-千公里尺度上分析了内蒙古土壤粘粒、有机质含量和pH 值的空间变异特征.

2 研究区域与研究方法

研究地区包括内蒙古自治区全境,位于蒙古高原东南部及周沿地带,介于北纬37b 24c -53b 20c ,东经97b 10c -126b 04c 之间.大部分属中温带大陆性季风气候,大兴安岭北段属寒温带大陆性气候.水热条件自东向西呈湿润、半湿润、半干旱、干旱和极干旱带状分布.由于地理环境、气候生物等因素的差异,该地区土壤呈明显经向分异特征.自东向西依次分布黑土、暗棕壤、黑钙土、栗钙土、棕钙土、棕漠土和灰漠土.部分地区有褐土、灰钙土、草甸土和风沙土分布.

本研究在内蒙古地区349个样点采集了A 、B 、C 三层土壤样品.土样经自然晾干,人工碾碎后剔除动植物残体,过20目筛后进行土壤粘粒含量和pH 测定.上述样品用玛瑙研磨机研细过150目筛后用于有机质含量测定,测定方法同有关标准[7].

地质统计学研究非正态分布的数据可能导致比例效应,从而影响分析结果的可靠性[8]

.先期分析结果表明,各层土壤的pH 值,有机质和粘粒含量均不符合正态分布,因此,对有机质和粘粒含量数据作角变换,对pH 值作Box-Cox 变换(三层分别取幂值119、314和313)[9]

.本研究采用美国国家环保局主持编写的GEO -EAS 软件进行数据处理和分析,插值等值线图采用Surfer 实现.研究变量沿某一方向半方差函数的计算按照Journel AG [8]提出的公式,且角度域值均为2215b .例如,假设自西向东为0b ,由南向北为90b ,则如果空间两点构成的矢量位于以东西向为主轴,左右偏差分别2215b 的区域内,则认为这一矢量的方向属东西向.因此,实际上通过选择2215b 的域值把二维空间分为四个独立的区域.

3 结果与讨论

311 土壤粘粒、有机质和pH 均值和纵向分异

本研究先对变换后数据求均值,然后进行数据逆变换得到各变量的均值.研究地区土壤A 、B 、C 三个发生层有机质平均含量分别为2164%、1111%和0170%,粘粒含量分别为9132%、15125%、9158%,pH 值为717、719和810.其中有机质含量在表层富集,粘粒在淀积层最高,而pH 值逐层升高,分别反映了成土过程中强烈的腐殖化、粘化和钙积化过程.

收稿日期:1999-09-19

基金项目:国家杰出青年基金(4952102)资助作者简介:徐尚平(1973-)男,山东五连人,硕士,主要从事环境地球化学和空间分析方面的研究.

第32卷第4期2001年8月 土 壤 通 报Chinese Journal of Soil Science

Vol.32,No.4

Aug,2001

312 空间结构的宏观特征

为了从总体上分析内蒙古地区土壤的pH 值、粘粒和有机质含量的空间结构特征,分别用变换后数据计算了土壤不同发生层pH 值、粘粒和有机质含量的实验半方差函数,并采用最小二乘法对其进行了拟合.所有拟合参数列于表1.除B 层土壤的粘粒含量的空间半方差函数可以用球状模型加以描述外,其余变量的实验半方差函数均表现出线性特征.图1列出了土壤A 层p H 值、粘粒和有机质含量的实验和拟合半方差函数. 如图1所示,在不考虑各向异性特征时,所有实验半方差函数均可用块金效应和线性模型来表示,且其

表1内蒙古土壤各层有机质、粘粒含量

及pH 值半方差函数拟合结果

土壤层次变量块金常数模 型类型变程基台值A 层

有机质0.0031线性>10000.01粘粒0.008线性>10000.0072pH 值6线性>100041B 层

有机质0.0016线性>10000.005粘粒0.003球状2000.009pH 值4000线性>100015000C 层

有机质0.002线性>10000.0032粘粒0.012线性>10000.019pH 值

2800

线性

>1000

11000

图1 土壤A 层pH 值,有机质和粘粒含量实验及理论半方差

函数

图2 内蒙古表层土壤中粘粒、有机质含量和pH 值的带状各向异性

146 土 壤 通 报 32卷