基于土壤景观模型的生态地质调查方法

建立在调查者经验思维基础上的传统技巧性生态地质调查,野外观察点的代表性和典型性会导致调查结果不可重复,部分推断过程无法验证。建立了一套基于土壤景观模型、地质建造划分和专家调查相结合的工作方法体系,提取影响生态格局的关键环境因子,建立环境因子数据库;对环境因子进行模糊聚类,建立景观模型,得到环境因子组合隶属度分布图;划分地质建造;根据隶属度值和地质建造类型,遴选野外调查点,获取基质(土壤)类型、植物群落组合信息;将环境因子组合与生态系统类型对应,提取地质建造-环境因子-生态格局关系知识集,划分生态地质单元。该方法在河北承德市柴白河流域的应用结果表明,通过435个野外验证点,可获取环境因子-地质建造-生态系统关系规则知识集,编制的生态地质图验证精度达到84.8%。该研究方法有效地提高了生态地质野外调查工作的效率和精度。

在GIS支持下的东南山区土壤景观监测与制图

本研究就土壤景观的监测方法、制图技术进行探讨 ,提出了以景观生态学分析和地物隶属关系分析为主的东南山区土壤景观制图技术。利用GIS和RS技术 ,通过图形叠加、图形 -影象叠加而生成的双因素、三因素叠加图 ,不但反映了土壤景观变化 ,而且量化了土壤景观因素之间的关系。如 1997年与 1985年相比 ,中海拔地形中多样性指数下降 ,土壤景观结构的有序性增强 ;但低海拔和最高海拔的地形中多样性指数上升 ,土壤景观结构的有序性变差 。

GIS支持下的黄土高原土壤景观生态信息系统研究

地理信息系统具有对空间数据的存贮和管理能力,还提供强大的空间分析手段,满足了土壤景观生态研究往往要分析大量的庞杂的空间信息的要求。本文利用地理信息系统技术在黄土高原土壤景观生态学研究中开展了土壤景观生态信息系统方面的应用研究,并建立了《黄土高原土壤景观生态信息系统》,分析了黄土高原土壤景观生态信息系统的技术特征,并对建立黄土高原土壤景观生态信息系统的一些问题进行了探讨,为黄土高原土壤景观生态学研究提供科学依据。

乡村小流域不同土壤景观表土有机质团聚体分布与分子组成变化

【目的】探讨丘陵山区乡村不同土壤景观表土有机质积累的团聚体分布及其化学组成的变化,为认识自然条件和人为利用下土壤有机质的空间变化特点提供新视角。【方法】选取江苏省南京市溧水区芳山小流域内保护林地、园地、旱地和稻田等景观样地,采集0—20 cm土壤样品,分析有机碳(SOC)总量。将土壤样品通过湿筛法分出宏团聚体(2000~250μm)、微团聚体(250~53μm)和粉黏粒(<53μm) 3个粒径组,测定其中有机碳含量,计算土壤中各团聚体结合态碳的比例。再者,对土壤样品依次进行总溶剂(TSE)提取,碱水解(BHY)提取和氧化铜氧化(CUO)提取,分别主要得到游离脂、结合态脂和木质素酚,采用气相色谱–质谱联用仪(GCMS)测定各组分中生物标志物有机分子丰度,计算分子多样性指数。【结果】与林地相比,园地、旱地和稻田表土本体有机碳含量分别降低70%、57%和51%,其中宏团聚体结合有机碳的含量分别降低了85%、81%和71%,微团聚体结合有机碳分别降低了74%、79%和67%,粉黏粒结合有机碳则分别降低了48%、18%和3%。表土中提取得到游离态脂类、结合态脂类和木质素酚类的有机分子丰度分别介于2.24~6.74、4.81~14.87和3.51~6.16 mg/g SOC;不同土壤景观间,这些提取态生物标志物分子丰度的变化趋势均表现为林地>稻田>园地>旱地。而木质素酚类丰度表现为林地和稻田相近。相对于林地,园地、旱地和稻田的脂肪酸丰度、烷醇、甾类及萜类等生物标志物分子丰度显著降低,但烷烃分子丰度明显增加,同时微生物来源有机质对土壤有机质的贡献提高;林地及园地土壤中结合态脂类组分以羟基酸丰度较高,而旱地和稻田则以烷酸为主。通过计算的生物标志物分子多样性指数的变化,发现游离态脂类和结合态脂类是林地和稻田高于旱地和园地,而木质素酚是稻田高于旱地,旱地又高于园地和林地。【结论】自然林地和农用地土壤的有机碳含量和团聚体结构具有较大差异,在提取态有机分子的组成上也具有不同的组成特征。林地土壤有机碳含量高,宏团聚体、微团聚体和粉黏粒比例均衡,有机碳的团聚体分配也均衡,而且有机质主要以植物源有机碳为主,具有碳链长、分子多样性高等特点。因之,稳定性也高。相反,园地、旱地的有机碳总量低,宏团聚体和微团聚体趋于分解,团聚体结合态有机碳显著减少,而且结合态和游离态脂类有机分子的多样性均显著降低,微生物来源有机碳对土壤有机碳的贡献更高。而稻田土壤有机碳和分子多样性均高于旱地及园地。因此,合理的土壤管理特别是有机物料的投入是提高农地土壤健康程度的重要途径。

宁镇丘陵区村域小流域不同土壤景观下表土质量变化及评价

中国南方丘陵区存在着自然过程和人类活动交互影响的、土地利用—土地覆盖叠加变化的多种土壤景观,其土壤质量对乡村农业产业发展具有重要影响。在南京市远郊的溧水区晶桥镇芝山村域小流域,选取流域内生态保护的林地、农业利用的园地、旱地和稻田4种土壤景观,于秋季分别采集表土样品,测定土壤基础理化性质、土壤团聚体粒径组成及土壤微生物磷脂肪酸和胞外酶活性分布,分析土壤肥力、土壤团聚化、土壤生物活性等关键性质在不同土壤景观中的变异情况,并采用土壤质量评价方法探明土壤景观与表土质量的变化关系。结果表明,与原生林地相比,农业土壤景观中有机质减少50.93%~69.63%,土壤团聚体平均重量直径降低41.34%~68.71%;相应地,土壤微生物总磷脂脂肪酸含量也降低19.20%~42.04%,土壤归一化酶活性降低22.48%~63.27%。因此,与林地景观土壤相比,农业土壤景观的土壤生态系统服务功能已经显著削弱。不过,在农业土壤景观中,稻田的土壤有机质储量和微生物活性相对较高。回归分析表明,土壤有机质含量是影响土壤性质变化的最强因子。基于总数据集和最小数据集的土壤质量评价和基于土壤健康理念的土壤功能质量评价均表明,表土总体土壤质量的变化趋势为林地>稻田>旱地>园地。同时,基于土壤健康理念的评价体系能综合地反映不同土壤景观间土壤的质量变化及其生态系统功能意义。

空间粒度变化对土壤景观格局指数影响的定量分析

基于巢湖流域土壤类型图,使用ArcGIS 10.1和Fragstats 4.2,并选择5个景观格局指数,研究了巢湖流域景观格局指数随空间粒度的变化趋势,并且计算了变异系数。结果表明:巢湖流域土壤类型图最适合进行景观格局分析的空间尺度范围在30~60 m。

土壤保持和城市土地利用规划的土壤景观测图

澳大利亚新南威尔士州土壤保持局曾编写了土壤景观测图原理,向土地规划局提供土壤保持情报资料,这些测图使那些未经系统的土壤科学培训的土地管理人员也能容易地看懂.土壤景观图乃是“可以清楚地认辨和解释的地形和土壤的土地区域图,它可显示于图上,并能用简洁的叙述进行说明”(诺斯科特,1978).利用土壤景观概念可以把土壤和地形的各种约束因素结合在一体.因此,景观图可对各种形式的城乡土地开发极限进行判读分析.这些测图原理已由土壤保持局进行开发,在一些迅速发展的城市地区,特别如悉尼、纽斯卡尔和伍伦贡市的郊区,向地区规划工作人员提供了土壤保持情报资料.它非常成功地提供了1∶100000比例尺的土壤景观图.本文介绍这些原理现在又如何应用于1∶25000比例尺的地区规划工作中,并使地方政府得以作出一系列明智决策.

公路绿化景观土壤生态污染风险研究

研究针对公路绿化景观土壤中的重金属污染,采用断面法对公路绿化景观土壤取样,分析土壤中的Pb、Cu、Zn、Cr、Ni、Cd重金属空间分布特征和含量,研究重金属之间的相关性,研究重金属的来源是否相同。采用地累积指数和分级标准对公路绿化景观土壤进行潜在的生态风险评价,并分析污染程度和污染空间的分布特征。开展公路绿化景观土壤重金属污染含量分析和生态评价,分析重金属在土壤中的含量和迁移路径,可为公路绿化土壤和农业生产的合理分布及污染防治提供基础数据和科学依据,具有重要的社会意义和环境意义。

基于模拟退火算法的土壤样点布局和土壤景观模型优化

本研究利用多重线性回归方程,以地形因子为预测变量,构建关于土壤有机质的土壤景观模型,并以西南山地丘陵区的一块面积为2 km2的汇水盆地为研究区,对该区域的土壤有机质空间分布进行预测。在此基础之上,探讨最少可用多少个点来预测土壤有机质的空间分布,并使之预测精度不低于原始集合的精度;同时,找出最优土壤样点布局,确定不同地形部位的取样单元,使之预测精度最高。研究结果表明:在预测误差最小化的情况下,最少可用7个优化的样点就可以代替原始200个采样点,且优化的样点数为124时,模型预测土壤有机质空间分布的精度最高。优化后的土壤景观模型的拟合度比原始模型提高了3.28%,MAE降低了5.3%,RMSE降低了3.94%。

应用土壤-景观定量模型预测土壤属性空间分布及制图

以土壤-景观定量模型为基础的土壤制图方法在世界范围内得到了广泛研究。本文在皖南宣城的丘陵地带内选择研究区,从该区的数字高程模型(DEM)中获取景观信息:地形因子,定量地分析了土壤属性与地形因子之间的相关关系,并建立基于该关系的线性土壤-景观定量模型,最后应用该模型来预测土壤属性在空间上的分布并制图。结果表明:土体厚度和表层有机质含量与地形因子之间有着显著相关性;建立的线性回归模型分别能解释土体厚度、表层有机质含量空间变异的32.2%和35.3%;依据该模型预测的土体厚度和表层有机质含量具有较高的准确度,并能制图表达土壤属性在空间上的自然连续性。

DEM栅格分辨率对多元线性土壤－景观模型及其制图应用的影响

以亚热带丘陵地区为对象，以该区4km×3km的5m、10m、15m、20m、25m、30m数字高程模型（DEM）为基础，建立多元线性土壤－景观模型，并应用该模型预测研究区内土壤表层有机质含量分布，进而比较不同分辨率DEM中土壤－景观模型及其预测制图的精度。结果表明：在本研究区11km。范围内，随着DEM栅格分辨率降低，坡度、曲率、比汇水面积（对数）频度均表现出了向其中值区集中的趋势；地形因子的这一变化规律对土壤－景观模型的影响较小，例如模型的变量、变量系数及R^2在不同分辨率DEM中的差异很小；但地形因子的这一变化规律对模型预测制图的精度具有较大影响，各项指标均说明，模型在10－25mDEM中的制图精度较高，而在更高分辨率（5m）或更低分辨率（30m）DEM中较低。本研究结果对其他亚热带丘陵地区具有一定的指示意义。

沈阳样区土壤与景观关系的研究

土壤是连续分布在地球陆地表面的自然客体,其发生发展与景观密不可分.在野外调查的基础上,对辽宁沈阳样区100个土壤剖面形态特征、颗粒组成、化学特征等进行对比研究,按照《中国土壤系统分类(修订三稿)》的标准,共划分出淋溶土、雏形土与新成土3个土纲和续分的5个亚纲、7个土类、9个亚类、9个土族、14个土系.土壤性质和类型与景观特征有很好的对应关系,土壤性质是地形部位、母质基础、水分状况等景观要素的综合体现,也是长期气候等环境变化与人为活动影响的综合结果.

海南岛北部火山岩分布区土壤-景观关系研究

本文论述了海南岛北部火山岩分布区土壤特性 ,并进行了土壤系统分类的高级单元和基层单元的划分。同时 。

基于土壤养分-景观关系的土壤采样布局合理性研究

以研究区域8个地形因子和5个土壤常规养分数据为研究对象,应用空间分级统计技术将地形因子分为5个级别,采用Pearson相关性分析各分区上的样点,并对不同采样布局下地形因子与土壤养分间的Pearson系数进行相似性分析。结果表明:不同采样方案下,地形因子与土壤养分间的Pearson系数相似性程度在99%以上,说明研究区内存在固定的关系模式。4种采样方案中,含有3 661个采样点的方案C获取的关系模式与典型关系模式特征最接近,因此,利用方案C采样能够准确高效地获取土壤信息。

GIS支持下的土壤侵蚀强度景观空间结构研究

从土壤侵蚀角度看 ,自然生态系统景观由微度土壤侵蚀和其它等级土壤侵蚀强度的地域组成 ,其景观基本元素有斑、廊、基。在 GIS支持下研究了宜昌地区土壤侵蚀强度景观的面积对比、多样性指数、优势度指数和多度等参数。通过 RS— GIS一体化的土壤侵蚀遥感调查 ,认为宜昌地区中观尺度的土壤侵蚀强度景观结构类型有 :散置斑块景观、指状交错景观、网络景观。

湖北省土壤侵蚀景观空间异质性及驱动因子分析

地域分异是地球表层大小不等、内部具有一定相似性地段之间的相互分化以及由此产生的差异。为了研究不同区位土壤侵蚀问题,从土壤生态景观及系统论出发,运用地质学、地理学、景观生态学、环境学的理论和研究方法,研究湖北省土壤侵蚀景观空间格局及其驱动因子,使土壤侵蚀问题研究提高到一个新的水平。湖北省土壤侵蚀景观具有南北分带、东西分区,为一不对称的断块—环组合,土壤流呈现向长江、江汉盆地中心轴带辐聚、单流向特点。景观空间异质性形成的首要驱动因子是大地构造背景,以房县-襄樊-广济断裂带为界,南北两侧地壳物质组成和构造发展史存在较明显的差异,现代气候带、降雨量、温热程度及土地利用等差异,造成了湖北省区域土壤地理、土壤生态的分异,形成湖北省土壤生态带、区具有南北分带,东西分区的宏观格局;其次大兴安岭-武陵山深部构造陡变带两侧新构造运动强度差异、大别造山带构造强烈隆升,导致土壤侵蚀强度的西强东弱、南北强中间弱的态势;成土母岩差异性决定了土壤可蚀性的多变;空间上"土壤侵蚀内城区"分布在湖北省的周边地区,经济贫困、管理落后,这一地区的经济水平与水土流失间形成"自反馈作用",这一现象在我国水土保持、生态建设工作中应该引起重视。

基于机器学习的江汉平原土壤有机碳预测及制图

土壤有机碳(SOC)不仅显著响应于表层,而且随深度的变化呈现不同的响应。江汉平原作为长江经济带农田生态系统的重要组成部分,其SOC垂向分布状况仍有待考察。本研究收集了2009-2012年湖北省土系调查的66个剖面数据,基于9个环境因子为协变量使用随机森林法构建0~30、>30~60、>60~100 cm土层深度的SOC含量预测模型,绘制了30 m空间分辨率的SOC含量分布图,并估算了SOC储量。结果表明,SOC含量随土层深度的增加而减少,总体呈中东部高、西部低的特征。模型对表层(0~30 cm)SOC的预测精度最高(R^(2)=0.45,RMSE=3.28 g·kg^(-1)),温度、黏粒含量和降水对模型重要性居前三。江汉平原1 m深SOC储量为183.75 Tg,>30~100 cm土层SOC储量约占1 m深度总储量的59%。因此,土壤碳库估算及固碳潜力评估时需着重考虑深层土壤。本研究可为掌握SOC空间分布及垂直分异的响应规律提供参考。

基于土壤-景观理论的土壤有机质估测研究

基于遥感和非遥感数据的土壤有机质(Soil Organic Matter,SOM)空间分布估测取得了重要进展,但在SOM时空特性定量刻画、SOM建模方法扩展及人类活动影响机制研究等方面仍存在一些问题。针对上述问题,融合遥感与非遥感数据的SOM土壤-景观理论建模研究可以继续从如下方面开展:①SOM空间分布多尺度、多时相特性。可对同一时相不同尺度、不同时相同一尺度上的SOM空间分布变异特性进行研究,为理解SOM含量空间分布的多尺度、多时相特性提供重要支持。②基于土壤-景观因子数据“空间尺度一致化”的SOM分层贝叶斯、时空加权(自)回归建模。利用新颖的土壤-景观关联建模方法进行研究区SOM含量空间分布估测与监测研究,以获取更好结果。③人类活动对SOM含量的影响机制。进行人类活动对SOM空间分布动态变化的影响研究,为在一定程度上揭示此影响机制发挥积极作用。

基于案例推理的数字土壤制图

在湖北省黄冈市红安县华家河镇滠水河流域研究区选取包含12种土壤类型的31个典型案例点,借助土壤-景观推理模型(Soil-land inference model,SoLIM)Solutions软件平台,进行Sample-based推理,计算区域内任一位置对各土壤类型间的模糊隶属度,由此得到研究区内土壤类型图。选择研究区247个野外采样点进行验证,并进行精度对比。结果表明,推理得到的土壤类型图在空间分布上与原始土壤图相似,但与原始土壤图相比能够显示更多的细节信息;使用野外采样点验证结果显示,推理土壤图的总体精度达64.78%,比原始土壤图提高了6.55个百分点。案例推理的方法在土壤类型预测方面精度较好,选取典型案例能够更加直接有效地表达土壤学家的隐含知识,简化土壤-环境关系的获取过程,为后续相关研究提供可靠的方法和依据。

城市化过程对土壤资源影响研究进展

世界范围内的快速城市化过程对土壤资源的质与量都产生了深刻影响。作为一种不可再生性自然资源,土壤在我国快速城市化过程中的强烈人为活动影响下发生功能上的转化、弱化甚至消失。城市及其周边地区的土壤景观、各种土壤过程都明显异于传统的土壤质量演变规律。与农业生态系统相比,城市生态系统更加复杂,城市化过程中土壤演变研究的挑战性也更大。深入开展城市化过程中土壤质、量响应及其生态环境效应的系统研究意义重大。