黑土區(qū)小流域耕地氮素空間變異及分布模擬研究.pdf

1、耕地資源是人類生產(chǎn)活動(dòng)最基本的物質(zhì)資料，是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐和保障條件，是區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的基本構(gòu)成元素。在耕地資源的開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中，土壤中氮素含量的大小和分布與區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分循環(huán)、耕地生產(chǎn)力以及生態(tài)環(huán)境質(zhì)量具有密切的相關(guān)性。土壤中氮素含量過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響作物生長(zhǎng)、引起水體環(huán)境污染等一系列問(wèn)題。近些年，在提高耕地糧食產(chǎn)量過(guò)程中，由于氮素的不合理投入而引起的一系列農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境問(wèn)題，已成為制約區(qū)域耕地資源利用和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的主要問(wèn)

2、題。準(zhǔn)確掌握區(qū)域土壤中氮素的“家底”及其空間特征，對(duì)提高區(qū)域耕地生產(chǎn)力、改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量具有重要的理論和實(shí)踐意義。本文以小流域?yàn)檠芯砍叨?，在室?nèi)進(jìn)行采樣方案的設(shè)計(jì)，通過(guò)野外實(shí)地采樣與室內(nèi)測(cè)試分析，得到海溝河小流域耕地土壤表層(0-20 cm)全氮(TN)和堿解氮(AN)的含量。以經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)和地統(tǒng)計(jì)學(xué)為基礎(chǔ)，綜合“3S”技術(shù)，采用Moran'sⅠ、半方差函數(shù)模型、協(xié)同克里格、回歸克里格、地理加權(quán)回歸克里格、相關(guān)性分析、回歸分析及方差分析等

3、模型方法，對(duì)黑土區(qū)海溝河小流域耕地土壤中全氮含量和堿解氮含量的空間變異特征、空間分布模型模擬及空間分布的影響因素進(jìn)行了研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴海溝河小流域耕地土壤表層(0-20 cm)中全氮和堿解氮的含量分別在0.96-5.50g.kg-1和34.02-207.09 mg.kg-1之間，標(biāo)準(zhǔn)差分別為2.17和29.60，不同樣點(diǎn)間差異較大，平均值分別為2.60 g.kg-1和114.85 mg.kg-1，處于較高水平和中

4、等水平，空間變異程度均為中等變異程度。⑵海溝河小流域耕地土壤中全氮和堿解氮含量的空間自相關(guān)系數(shù)分別為0.15和0.29，存在不同程度的空間自相關(guān)性，且不同方向的自相關(guān)性差別較大，東-西(E-W)方向全氮和堿解氮含量的自相關(guān)特征均較為明顯。半方差理論模型均為高斯模型(Gaussian)，變程分別為900 m和1282m，塊基比為0.03和0.114，空間變異主要受到成土母質(zhì)、地形等結(jié)構(gòu)性要素影響，而受人類活動(dòng)（耕作制度、施肥措施等）隨機(jī)性

5、要素影響小，東-西(E-W)方向變異在兩種元素空間變異中均占主導(dǎo)作用，該方向也是該區(qū)域未來(lái)土壤養(yǎng)分研究中需要重點(diǎn)分析和探究的區(qū)域條帶。⑶地理加權(quán)回歸克里格能夠有效提高氮素空間分布模擬的精度，可做進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。研究區(qū)耕地氮素空間分布模擬結(jié)果顯示，全氮含量的高值區(qū)主要分布在研究區(qū)山地向平原的過(guò)渡帶、中心鎮(zhèn)及其他小塊區(qū)域內(nèi)，低值區(qū)出現(xiàn)在西部水田較集中的區(qū)域，高值與低值區(qū)之間過(guò)度比較平緩，向西依次呈現(xiàn)“高-低”交替的帶狀趨勢(shì)，與土地利用方式

6、在東西方向上的演替趨勢(shì)相近。堿解氮含量的高值區(qū)出現(xiàn)在東部山區(qū)，低值區(qū)出現(xiàn)在中部早地分布較為集中的區(qū)域，整體上呈現(xiàn)出“兩邊高，中間低”和“山地高于平原，下游高于上游”的狀況，其分布與區(qū)域地形地勢(shì)關(guān)系密切。地理加權(quán)回歸克里格提高氮素空間分布模擬精度的同時(shí)，也把插值誤差及進(jìn)一步提高精度的過(guò)程轉(zhuǎn)移到了對(duì)地理加權(quán)回歸后所產(chǎn)生殘差的二次插值上，對(duì)地理加權(quán)回歸所產(chǎn)生的殘差進(jìn)行空間上的再分配是進(jìn)一步提高插值模擬精度，減小誤差的重要一步，該過(guò)程有待做進(jìn)一

7、步的深入探討。⑷研究區(qū)坡度和平面曲率與全氮含量在空間分布上分別極顯著性正相關(guān)和顯著性負(fù)相關(guān)。高程、坡位與堿解氮含量在空間分布上極顯著性正相關(guān)，剖面曲率與堿解氮含量顯著性負(fù)相關(guān)，以顯著性指標(biāo)為輔助變量能夠有效解釋氮素含量的空間分布特征及規(guī)律。河流水系、居民點(diǎn)等要素與全氮含量和堿解氮含量在空間分布上存在比較明顯的作用距離，并且在一定范圍內(nèi)表現(xiàn)出較強(qiáng)的規(guī)律性，對(duì)氮素含量空間分布格局的形成產(chǎn)生了一定的影響。土地利用方式及坡位對(duì)全氮含量和堿解氮含