土壤空间分布多样性研究中网格尺寸的选取策略

空间分布多样性是土壤多样性研究中最新的一种计量方法,而土壤斑块实际分布特征、斑块空间位置和网格尺寸是土壤空间分布多样性评价精度的主要影响因子。以河南省典型样区的土壤数据为例,从大尺寸(25 km)到小尺寸(500 m)依次计算了样区内各土属类型在13种网格尺寸下的空间分布多样性,并分析了不同网格尺寸下多样性数值的变化特征,以期探索土壤空间分布多样性评价中最佳网格尺寸的设置准则。研究表明：在以土属为基本分类单元的空间分布多样性评价中,使用3 ~ 1 km尺寸之间的网格为宜。在设置网格尺寸时,应首先保证所选网格面积至少小于或接近所有土壤分类单元中面积最小分类单元的面积。     

河南省多级地貌特征及与土壤多样性的关系

从土壤多样性向地多样性发展符合土壤地理学的研究趋势,选择河南省作为研究区,将地貌这一主要的地学要素加入到土壤多样性的研究中,并用改进的仙农熵公式对多级地貌空间分布多样性及其与土壤多样性的相关性进行探讨。首先,对河南省1︰175万地貌类型图进行矢量化得到地貌类型等级系统;然后,对地貌和土壤的构成组分多样性和2种不同分类体系的分支率进行计算并分析其特征;最后,在3 km×3 km网格尺度下分析地貌和土壤多样性间的相关性。研究表明:河南省共有3个一级地貌,12个二级地貌和37个三级地貌;随着土壤和地貌分类的等级细化,其分类个数和构成组分多样性值均呈上升趋势,即土壤和地貌所有分类单元在数量构成上的均匀程度越来越高;两种分类系统中,土壤分类较地貌分类有更详细的分类体系,且分支率有较大范围的变化;河南省一级地貌、二级地貌和三级地貌的空间分布多样性值和面积值均最大的类型分别是流水地貌、冲积平原和泛滥平坦地,是不同级别的优势地貌类型;一级地貌类型与土类、亚类和土属多样性间存在紧密的相关关系,且以流水地貌与土壤多样性间的相关性最强。     

以地形为基础的河南省域土壤多样性的格局

选取河南省作为研究区域,对其DEM数据进行处理得到河南省地形分类图。以地形分类图为基础用经典的土壤构成组分多样性算法计算丰富度指数S、多样性指数H′和均匀度指数E,再使用改进的仙农熵指数(Yh)计算不同地形下每个土类面积占本土类总面积的比例及其在1 km×1 km网格尺度下的土壤空间分布多样性。结果表明:河南省主要有平原、丘陵、山地和盆地4种地形,且以平原地形为主;河南省有15种土类,从平原、丘陵、山地到盆地地形,土壤丰富度依次递减,且随着地形面积的增加,土类丰富度指数S也不断增加且二者拟合函数为多项式函数;多样性指数H′测度分析显示,4种地形下从土类、亚类到土属多样性值均处于递增趋势,且从平原、丘陵、山地到盆地地形,土类和亚类的多样性值呈"先上升后下降"趋势,土属一直呈"下降"趋势;土属的均匀程度高于土类和亚类的均匀程度,且从平原、丘陵、山地到盆地地形均匀度指数E/土壤构成组分多样性均呈"先上升再下降"趋势;土壤分支率与构成组分多样性间的拟合函数均为多项式函数。经研究,河南省地形和土壤的形成及空间分布多样性有密切的联系,如河南省广阔的平原赋予了潮土分布的地域背景条件,山地地形中山间谷底仅有少量潮土分布,然而平原地形下潮土空间分布斑块多、斑块面积大、空间分布多样性指数高而成为平原地形下空间分布离散性强的优势土壤类型,同时平原也是省内极少面积盐土和碱土仅有的分布区域;同样,山地和丘陵地形下面积最大且空间分布多样性值最大的土类均为褐土;盆地地形以黄褐土、砂姜黑土为主。通过对比,不同地形下指数Yh在空间分布表达上优于其他指数。     

土壤空间分布多样性与景观指数的关联分析

选取河南省中部典型样区为研究对象,利用仙农熵变形公式计算了1 km×1 km、3 km×3 km、5 km×5 km三种网格尺度下的土壤空间分布多样性,运用GIS技术和灰色理论探讨了多样性指数与景观指数之间的关联性,综合评价了研究区的土壤类型空间分布格局,研究表明:平均斑块形状指数大多小于2.0,说明土属斑块形状相对比较规则,受人为干扰的程度比较高;同一土属的空间分布多样性指数在不同网格尺度下具有相似的分异规律,其中空间分布相对比较均匀的土壤是黄砂潮褐土(多样性指数为:0.790);景观分离度指数与土壤空间分布多样性之间存在一定的负相关关系,相关系数为R2=0.866;平均斑块面积指数与空间分布多样性指数之间的回归方程为y=0.099ln(x)+0.644,R2=0.625;面积指数与土壤空间分布多样性之间存在明显的正相关关系,相关系数R2=0.865。     

不同分类级别土壤矢量图与最小可分栅格的关系研究

土壤空间信息的矢量-栅格转换是利用土壤数据进行地表碳、氮等模拟研究的重要基础,由土壤矢量图转化成栅格图时,不同分类级别土壤矢量图与可转化为最小栅格之间的关系一直不够明确。本文利用江西省余江县1∶5万土壤图,研究了在土类、亚类、土属和土种分类水平上,土壤矢量图转化成不同大小栅格图过程中各类土壤分布的面积变化,设定某类土壤栅格分布总面积占同类土壤矢量面积的95%时所对应的栅格大小视为最小可分栅格,并且在不同土壤分类级别的土壤矢量图中,定义面积小于10 km2的土壤类型为小面积土壤类型、面积介于10 km2至100 km2的土壤类型为中等面积土壤类型,面积大于100 km2的土壤类型为大面积土壤类型。结果表明:余江县土壤空间数据的矢量-栅格在转换过程中,由于面积过小和图斑过于分散使得各土壤分类级别均有小面积土壤类型和部分大、中面积土壤类型的栅格面积随着栅格尺度的变小而变大;图斑聚集的大面积土壤类型和中等面积土壤类型栅格面积伴随栅格尺度的变小而变小;土类和亚类中,最小可分栅格分别为1 km和0.2 km,在土属和土种中,最小可分栅格均为0.1 km。     

发生分类高山土与系统分类参比特征

本文利用最新建立的1:100万中国土壤数据库,研究了我国发生分类高山土与中国土壤系统分类的参比及其在系统分类下的空间分布和数量特征。结果表明,我国发生分类高山土总面积为197.8万km2,分布规律明显;高山土参比后分属于4个系统分类土纲,雏形土、干旱土、新成土、均腐土,它们分别占高山土总面积的50.2%、29.8%、15.1%、4.9%,其中包含了系统分类的11个土类和19个亚类,参比关系复杂,不是简单一对一的关系。分析高山土参比后分属的系统分类不同类型土壤面积比例及其标准偏差,表明土壤参比的单元级别越低,越易于参比和把握,进一步开展土壤系统分类的基层分类研究显得十分必要。发生分类到系统分类的参比关系复杂,参比难度大,原因在于它们的分类体系和划分标准是完全不同的。研究结果对于土壤类型的正确参比具有很好的参考应用价值。     

郑州市土壤多样性和土地利用多样性研究及关联分析

以郑州市为研究对象,将多样性理论及其测度方法应用于土壤和土地利用多样性研究.选取2004年和2009年两个时期的TM影像进行土地利用分类,并基于第二次土壤普查的郑州市土壤矢量数据,对郑州市土壤和土地利用的组成分布多样性和空间分布多样性进行了初步分析和定量化研究,探索了土壤和土地利用之间的关联性。结果表明:郑州市土壤构成组分较为复杂,其组成分布多样性指数取值0.776,土地利用组成分布多样性指数由2004年的0.610增加为2009年的0.651;郑州市同一土属或土地利用类型的空间分布多样性指数在不同网格尺度下存在相似的分异规律,其中空间分布最离散的土壤类型为砂土,空间分布最离散的土地利用类型为耕地;在3种空间网格尺度下,城镇建筑用地、农村居民点和工矿用地与各典型土壤的关联系数随研究时期推进均呈不同程度的增加趋势。     

河南省成土母质与土壤空间分布多样性的特征

成土母质作为土壤发育的主要形成因素,二者间的关系密切。选取河南省作为研究区,从多样性的角度运用经典的仙农熵测度方法分析成土母质和土壤要素的构成组分多样性、不同母质基础上各土壤分类级别的多样性特征,并运用改进的仙农熵公式研究5 km×5 km网格尺度下不同成土母质对土类空间分布离散程度的影响及不同成土母质和土壤的空间分布多样性特征和相关性。结果表明:(1)成土母质类型虽少,但其构成组分多样性高于土类,这与二者分类系统的分支率有关;(2)6类母质类型中,残积、坡积物母质面积最大且发育土壤类型最为复杂;15种土壤类型与6类母质之间的关系有一对多、一对一和多对一3种类型;(3)不同母质上发育的土类的空间分布离散性程度不同,残积、坡积物母质上分布的优势土类为粗骨土,河流冲积物和河湖相沉积物母质上的优势土类分别是潮土和砂姜黑土,洪积物和黄土与红土母质上发育较好的两种土类为黄褐土和褐土,风积物母质上仅发育了风砂土一种土类;(4)潮土和河流冲积物母质分别是是河南省面积最大、空间分布多样性值最高的土类类型和成土母质类型,且成土母质与土类空间分布多样性间存在不同程度的相关性。综上,河南省的6大类成土母质与15种土类的构成组分多样性和空间分布离散性程度存在差异,且二者的空间分布多样性间存在一定的相关性。     

发生分类淋溶土与系统分类参比特征研究

利用最新建立的中国 1∶10 0万土壤数据库 ,研究了我国发生分类淋溶土与中国土壤系统分类的参比及其在中国土壤系统分类下的空间分布和数量特征。结果表明 ,我国发生分类淋溶土总面积为10 5 975 7.8km2 ,分布规律明显 ;与系统分类参比 ,发生分类淋溶土分属于中国土壤系统分类 4个土纲 ,即淋溶土、雏形土、新成土和灰土 ,它们分别占发生分类淋溶土总面积的 72 .8%、2 6 .1%、1.0 %、0 .1% ,其中包含系统分类的 2 5个土类和 4 7个亚类 ,参比关系复杂 ,不是简单的一对一的关系。分析发生分类某一类型土壤分属于系统分类不同类型的面积比例及其标准偏差 ,结果表明土壤参比的单元级别越低 ,越易于参比和把握。为了使中国土壤系统分类更实用、更易于普及 ,深入开展土壤基层分类研究 ,进一步发展和完善中国土壤系统分类是必要的 ,也是十分迫切的。研究结果对于土壤类型的正确参比、中国土壤系统分类的应用与发展 ,具有很好的参考应用价值     

中国中、东部典型县域土壤与地表水体多样性的粒度效应及关联性

选取河南省和江苏省的6个典型县域作为研究区,在1 km×1 km网格尺度下采用空间粒度方法研究优势土属(DSF)和稀有土属(RSF)的土壤多样性值、3个研究时期空间分布面积指数(MSHDAI)和空间分布长度指数(MSHDLI)的粒度响应类型和4个指数间的关联性和相关关系的粒度响应及稳定性。结果表明:土壤DSF和RSF多样性值对空间粒度的响应基本上属于"无响应型",且RSF空间位置位于研究区边缘时随着粒度的增大而影响土壤多样性的稳定性;地表水体多样性MSHDAI和MSHDLI指数对粒度的响应均属于"下降型",二者间及二者平均值间的尺度效应关系为多项式函数时,拟合度最高;2000—2013年间,襄城县和吴江区土壤和地表水体多样性间的相关性类型为稳定型,二者相关关系的粒度效应有显著正、负相关两种,且相关性均未发生本质性变化,具有一定的稳定性。林县、固始县和溧水县为不稳定型,如皋市由于水网密度过大未表现出相关性。由此可知,研究区的地形、水体形态和密度及人类活动干扰等是影响土壤和地表水体多样性关系的主要因素。     

Challenges of pedodiversity in soil science

Soil diversity is not a completely new concept in soil science. It has been discussed from early times but it was not challenged this much broad. Ibañez with introducing the pedodiversity opened a new conceptual window to ease the induction of the soils complexity, spatial and temporal evolution and distribution. Pedodiversity now attracts more attention and goes to open new windows in soil science. Pedodiversity faces now with different challenges, which could be critical in its way on. Do the current soil diversity indices conceptually define all aspects of soil variability, or do we need to bind them with other characteristics like taxonomic distances? How is the soil individualism defined within the context of spatial variability and soil continuum? How are pedocomplexity, connectance, pedodiversity and soil spatial structure related? Can the changes of soil diversity be accounted as the rate of soil development? Can a range of pedodiversity index be a scale for soil series definition? Initial and some of current pedodiversity studies were/are focused on the concepts and measurement of pedodiversity and soil complexity indices of soilscape compared with the biological diversity and complexity. However, for the pedogenetic studies, the most important issues are the evolutionary concerns out of this approach compared with the other biotic systems. The new contexts, which should be more undertaken in future studies are: functional diversity, temporal diversity, study of soil and landform extinction and preservation. The last question could be: how pedodiversity could be changed under different understanding levels? A case study has been carried out in Charmahal and Bakhtiary province, Iran. Its objectives are the following: comparing the pedodiversity indices combined with and without taxonomic distances within tow replication of a geomorphic surface (Pi 111). What the pedodiversity says here? Did the unique calcification process which rules the soil formation here result in endemism or soil zonality? Do different pedodiversity indices correlate with the soil patterns?     

Pedodiversity and Its Significance in the Context of Modern Soil Geography

Methodological basics of the study and quantitative assessment of pedodiversity are discussed. It is shown that the application of various indices and models of pedodiversity can be feasible for solving three major issues in pedology: a comparative geographical analysis of different territories, a comparative historical analysis of soil development in the course of landscape evolution, and the analysis of relationships between biodiversity and pedodiversity. Analogous geographic concepts of geodiversity and landscape diversity are also discussed. Certain limitations in the use of quantitative estimates of pedodiversity related to their linkage to the particular soil classification systems and with the initial soil maps are considered. Problems of the interpretation of the results of pedodiversity assessments are emphasized. It is shown that scientific explanations of biodiversity cannot be adequately applied in soil studies. Promising directions of further studies of pedodiversity are outlined. They include the assessment of the functional diversity of soils on the basis of data on their properties, integration with geostatistical methods of evaluation of soil variability, and assessment of pedodiversity on different scales.     

Analysis on pedodiversity and spatial subset representativity—the German soil map 1:1,000,000

Knowledge about spatial soil variation in terms of measured pedodiversity, as well as the spatial distribution of soils in terms of spatial subset representativity, offers the possibility to estimate the quality and variance within a soil map. Additionally, it can help to identify representative sample locations. Demonstrated at the German soil map at a scale of 1:1,000,000, this study describes a methodology to analyze the distribution of taxonomical pedodiversity using the Simpson index and a new approach to derive representative spatial subsets based on a modified χ²‐test (χ_m²), which can be used as monitoring areas. To analyze the spatial composition of the soil map and to detect differences in the underlying mapping schemes of the German soil map 1:1,000,000, three different spatial data structures were studied: (1) the entire soil map, (2) the soil map segmented into geomorphological regions, and (3) the soil map segmented into the Federal States of Germany. Representative patches of varying sizes were statistically derived for all spatial subsets as well as the entire soil map ranging from 20 km × 20 km up to 70 km × 70 km. The results show that the measured pedodiversity is linked to both the geomorphology as well as the political borders of the Federal States. On the one hand, this reveals the uncertainty of measuring pedodiversity on the basis of soil‐class maps as the spatial representation of pedodiversity is influenced by the different mapping traditions and methods applied in the 16 Federal States of Germany. On the other hand, it allows the analysis of the aggregation schemes of different landscapes. The presented approach helps to understand large soilscapes and to compare different soil maps of different states and countries as well as to enhance the soil map with additional information. Furthermore, the representative patches can be used to select soil‐monitoring areas.     

土壤多样性:土壤地理学研究的契机

介绍了土壤多样性研究的起源、概念及学科意义,在此基础上系统论述了土壤多样性在国内外的主要研究进展和取得的主要成果,并对未来的应用前景进行了展望。首先,生物多样性的保护是以土壤多样性为基础的,保护土壤多样性意义重大,而事实证明广泛应用于生物学中的计量方法同样适用于土壤地理学和土壤资源有关研究中;其次,有关国家已经在土壤多样性的测度方法及其在土壤资源空间表达中作了很多尝试,诸多案例为土壤地理学研究提供了新的角度;最后,新近研究及发展方向主要集中在土壤多样性与土地利用多样性、土地利用类型(耕地、水体、植被等)多样性的关联分析中,已经取得显著进展。这一研究领域日趋活跃,将在土壤地理学及土壤资源相关研究中扮演重要角色并呈现良好的发展前景。     

郑州市城市土壤砷含量的分布特征及其成因探讨

在对郑州市城市土壤采样分析的基础上,探讨了土壤中As的含量、分布、成因及其与人类活动的关系.结果表明,郑州市城市土壤表层土壤的平均As含量为7.67 mg/kg,变幅为3.25～10.00 mg/kg,未达到污染的水平;但城市土壤中As含量普遍高于郊区对照样,城市土壤高As值区位于老居民区、文教区和商业区.郑州市城市土壤As含量自表层向下没有一定的分布规律,且与土壤理化性质之间没有相关关系;其主要与人类活动强烈干扰有关,是典型的人为源重金属元素.城市土壤外源性As的输入主要是工业"三废"和市民日常生活中所丢弃的含As废物.     

佳芦河流域1988—2013年土壤侵蚀时空变化特征

为了研究陕北风沙区近26年来的土壤侵蚀变化特征,利用中国坡面水蚀预报模型结合GIS和RS技术,定量估算了1988-1996,1997-2004,2005-2013年3个时段陕北佳芦河流域土壤平均侵蚀量,分析了不同植被覆盖条件下和不同土地利用类型下的土壤侵蚀时空变化特征.结果表明:(1)中国坡面水蚀预报模型适用于该地区;(2)土壤侵蚀等级和降雨侵蚀力,地貌和土地利用类型关系密切;(3)将26年划分为3个时段,第1时段1988-1996年、第2时段1997-2004年和第3时段2005-2013年.多年平均降雨侵蚀力分别为923.09,1 010.75,1 551.40 MJ·mm/(hm2·h),对应土壤侵蚀模数分别为4 513,5 855,3 556t/(km2·a).第1时段和第3时段总侵蚀量分别为5.10×106,4.02×106 t,相比减少了21.18％.还林还草工程后,流域内土地利用发生较大变化,耕地所占比重由53.38％减少到25.87％,草地所占比重由38.64％增加到69.64％,不同土地利用类型的水土保持效益从大到小分别是未利用土地,草地,林地和耕地.说明当还林还草工程后,佳芦河流域土壤侵蚀呈现总量减少,强度降低的趋势,表明还林还草工程取得了明显的水土保持效益.     

Are There Arid Land Soilscapes in Southwestern Europe?

No studies have proven the existence of soil assemblages typical of arid lands in Europe. This study was carried out in a representative territory of the southeastern part of the Iberian Peninsula, Almería province, which is the driest part of Europe, to determine if soils characteristic of arid lands are present. In order to analyse the spatial distribution of soils, the authors made use of mathematical tools previously developed in biodiversity and pedodiversity analysis, such as richness, entropy indices, abundance distribution models, diversity‐area relationships and nested subset analysis. The study demonstrates that the soil types or pedotaxa are typical of mountainous arid lands. Shallow and weakly developed soils (e.g. Leptosols, Regosols and Arenosols), Calcisols, Gypsisols and Solonchaks, cover most of the study area, and pedodiversity analysis demonstrates that the pedotaxa spatial patterns follow the same regularities as in other areas, environments and scales. In view of the fact that the class of landscapes identified in this study is unique in Europe, the Tarbernas desert and other arid lands sites of the study area merit preservation as part of the European geological, geomorphological and pedological heritage. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

河南省地形、土壤和地表水体多样性格局特征

在水土资源多样性的研究中,地形要素对其空间分布形式和内在联系有重要影响。选取河南省作为研究区,在1 km×1 km网格尺度下以变形仙农熵公式计算河南省的地形空间分布多样性和土壤空间分布多样性(土类级别)及关联性,并将河南省划分为6个面积相近的次级区域,用空间分布面积指数(Y_h)计算地形、土壤的构成组分多样性,用空间分布长度指数(MSHDLI)计算地表水体多样性,对以上特征及关联性进行研究。结果表明:平原和潮土是河南省面积最大且空间分布离散性最高的地形类型和土类。地形与土壤之间关系密切,有76%以上的相关系数r值大于0.50,相关性高;6个分区中,东部分区为单一的平原地形但MSHDLI值次高,平原地形水系发育好,西部分区地形复杂且以山地为主但地表水体多样性指数MSHDLI值最小,山地条件下水系发育较简单;研究区面积相近的情况下,土类构成组分多样性值主要取决于土类间面积大小的均衡程度,与土类面积比例平均变化量之间呈负相关,R~2值为0.94;面状的地形和土壤构成组分多样性指数与线状的地表水体多样性指数间无明显相关性。综上所述,地形、土壤和地表水体三要素间关系密切,共同影响地多样性的空间格局。