耕地区土壤生态系统服务评价方法研究

发布时间：2020-11-21 08:02

　　 耕地作为地球生命系统中最主要的农业生产资料,既是土壤安全的重要保障,又是探究生态系统发生机理与能量循环的关键区域。研究耕地区土壤生态系统服务的构成与分布,完成精准的定量评估,对发现当今土壤资源空间分布利用和管理中存在的问题、提供土壤生态环境的可持续性建设具有重要理论和实际意义。耕地区土壤生态系统服务具有较为强烈的空间异质性和空间自相关性,其空间格局受地理位置、尺度效应以及成土因素等多方面影响,且不同区域不同服务间耦合效果不同,因此需结合数字土壤制图方式实现对耕地区土壤生态系统服务的直观表述与评价。为建立一整套适用的、科学的、系统的耕地区土壤生态系统服务评价方法与指标体系,本文以土壤生态系统服务及其分类的理论为依据,以数字土壤制图方法为实现工具,选取了襄阳市耕地区的土壤生态系统服务及参评环境变量,确定了该区域土壤生态系统服务的最佳评价方法,评估了该区域各土壤生态系统服务间的权衡与协同关系,得到以下主要结果:(1)基于研究区土壤的主要生态功能所确立的生态系统服务分别为土壤固碳支持服务、土壤侵蚀调节服务和土壤粮食供给服务。在获取的多源协同环境信息数据中,可作为土壤固碳支持服务预选参评指标的有21项,确定参与土壤侵蚀调节服务的指标有9项,而参评土壤粮食供给服务的主要指标有2项,这些指标主要来自地形、生物、气候等成土因素,也包含土壤属性、土地利用类型以及统计年鉴等相关数据。(2)在对土壤固碳支持服务进行评价与分析时,研究区全部样点的SOC含量介于2.376 g/kg~26.088 g/kg之间,属中等变异强度。各评价方法趋势项残差的块基比均呈现强烈空间相关性,说明预测中可能被空间非平稳性所掩盖的SOC局部变化主要受结构性因素影响。最终,使用趋势项和残差项相结合的回归克里格、地理加权回归克里格、偏最小二乘回归克里格、人工神经网络克里格和支持向量机克里格法评估的土壤固碳支持服务空间分布规律趋于一致,人工神经网络克里格的预测精度提高了28.718%,被选为研究区土壤固碳支持服务的最佳评价方法;选取修正通用土壤流失方程为土壤侵蚀调节服务的参评框架,先后通过Wischmeier公式、EPIC模型、Renard公式、曲线模型以及土地利用类型赋值方式,生成降雨侵蚀力因子R值、土壤可蚀性因子K值、坡长坡度因子LS值、植被覆盖因子C值和水土保持措施因子P值的空间分布图,并累积为范围在0.000 t/(hm~2·a)~14.528 t/(hm~2·a)的研究区潜在土壤侵蚀模数A值。全区以微度侵蚀为主,局部位置存在轻度侵蚀;探索土壤粮食产量空间分布特征的过程中,累计各县域NPP总和并对应粮食产量可算出0.357 t·m~2/(kg·C)~1.334 t·m~2/(kg·C)的各县域收获指数,最终获得范围在0.000 t~1.088 t间研究区粮食供给服务评价结果图。此外,粮食产量高低还与农用地分等类别相关,优等区产量更高。(3)地理探测器的探测结果为研究区各单一土壤生态系统服务对其他服务的空间分布解释率范围为2.22%~21.05%,若两种服务间发生交互作用则可将解释率提高到10.42%~28.03%,3种服务并不互为决定性因素。全局空间自相关分析表明,各土壤生态系统服务的整体空间分布呈极显著协同作用,并伴随有强烈的空间聚类现象。局部空间自相关结果显示,单一土壤生态系统服务协同区图斑多于权衡区,而两两土壤生态系统服务间协同区图斑普遍少于权衡区,各服务之间权衡与协同关系的空间分布特征与前期评价结果密切相关。
【学位单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S154.1
【部分图文】：

2.1 研究区概况襄阳市位于湖北省西北部(31°13′～32°37′N,110°45′～113°06′E)，是湖北省域副中心城市和汉江流域核心城市。该市属亚热带季风气候，年均降水量 878.3mm，年均气温 15.1 ～16.9 ，全年无霜期 241d，雨热同期，四季分明。全境地形复杂，高程范围在 40 m～1932 m 之间，西部为山区，海拔多在 400 m 以上，是武当山和荆山山脉的组成部分；中部属江汉平原北部，受汉江及其支流冲积，形成河漫滩堆积平原，是农产品的主要生产区；东部则为低山丘陵，海拔在 90m～250 m 之间，地势平坦开阔、土壤肥沃。襄阳市土壤类型多样，土类以黄棕壤、黄褐土、水稻土及石灰土为主。全市耕地区面积为 0.703 万 km2，熟制为一年两熟，主要作物是水稻、玉米、油菜和小麦。突出的地理区位优势和良好的农业发展前景，使得襄阳市历年粮食产量位列全省第一。其中，2017 年襄阳市粮食作物产量为 500.139 万 t，占全省粮食总产量的 19.582%。

图 5-1 研究区 SOC 及其环境因子的相关矩阵图1 Correlation matrix map of SOC with environmental variables in the stuA B

E F图 5-2 研究区 SOC 主要环境因子空间分布特征图Fig.5-2 Spatial distribution characteristics of main environmental factorsof SOC in the study area注：图 5-2A-F 分别为 PER、DEM、NDVI、TUD、TEM 和 SOS 的空间分布图。其中 PER 数据单位为 mm，DEM 数据单位为 m，TEM 数据单位为℃。Note: Figure 5-2 A-F show the spatial distribution of PER, DEM, NDVI, TUD, TEM and SOS, respectively. Theunit of PER data is mm, the unit of DEM data is m, and the unit of TEM data is °C.5.1.3 SOC 数字制图法趋势项结果(1) 在使用 MLR 方法建模时设置逐步线性回归，可从 21 种环境变量中筛选出 PER 和 EVI 这 2 种未检测出共线性冗余(VIF<7.5)的因子作为预测 SOC 空间分布的解释变量。按照 MLR 拟合方程对关键环境变量赋予全局系数完成栅格计算：
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 唐萱恩;;土壤生态系统的稳定性[J];生物化工;2017年05期

2 赵其国;;《土壤生态系统》专著评述[J];土壤学报;2006年06期

3 查加才;略论生态系统与土壤科学[J];池州师专学报;2004年03期

4 吴文英 ,李林;福州土壤生态系统分析[J];福州师专学报;1995年03期

5 魏朝富，高明，车福才，邓春;浸润垄作稻田土壤生态系统的研究[J];生态学杂志;1993年03期

6 武志杰;人类生产活动对土壤生态系统的影响[J];生态学杂志;1993年04期

7 罗益镇;;土壤生态系统与农田蛴螬发生的关系及其综合防治的途径[J];生态学杂志;1987年04期

8 沈思渊;徐琪;;区域土壤生态系统空间结构的研究[J];土壤学进展;1988年03期

9 吴广礼;赵洪翔;朱平;;畜牧业生产发展对土壤生态系统影响的研究——南崴子乡土壤生态系统演变与调控初探[J];吉林农业科学;1988年01期

10 李元沅,刘觉民;苎麻土壤生态系统的类型和组成[J];湖南农学院学报;1989年S1期

相关硕士学位论文 前10条

1 段丽君;耕地区土壤生态系统服务评价方法研究[D];华中农业大学;2019年

2 耿思敏;海河流域干旱对典型农田土壤生态系统演变的影响机理[D];中国海洋大学;2012年

3 李立新;干旱对海河流域典型森林土壤生态系统演变的影响研究[D];东华大学;2012年

4 张宁;河南省典型土壤生态系统服务功能及其价值评价研究[D];河南农业大学;2016年

5 彭世良;湖南土壤酸化与土壤生态系统酸相对敏感性研究[D];湖南师范大学;2002年

6 尹春芹;轮作方式对烟草土壤生态系统及产量和质量的影响[D];东北农业大学;2005年

7 秦嘉励;岷江上游不同土地利用方式下土壤生态系统服务价值评估研究[D];四川农业大学;2009年

8 代光银;土地开发整理对区域土壤生态系统服务价值的影响研究[D];四川农业大学;2009年

9 于洪艳;培肥方式对黑土区土壤氮素转化的影响[D];东北农业大学;2006年

10 孟芳;种植转胱硫醚-γ-合酶基因大豆对其根际真菌、固氮细菌和氨氧化细菌的影响[D];南京农业大学;2015年

本文编号：2892773