基于仙农熵的土壤多样性和土地利用多样性关联评价

以南京市为例,将多样性理论与方法应用于土壤和土地利用相关性评价中,对该市1986年和2003年的遥感数据进行了土地利用分类,计算了各土壤类型和各土地利用类型的构成组分多样性指数以及多网格尺度下的空间分布多样性指数,并提出一种用于评价土壤和土地利用相互关系的关联系数,求算了5 km网格尺度下南京市典型土种单元同9种土地利用类型之间的关联系数。研究结果表明,1986年至2003年这十余年间,南京市土地利用的构成组分变化明显,其中1986年的构成组分多样性为0.361,2003年为0.444。2003年南京市土地利用的空间分布离散性更高,5种主要土地利用类型的空间分布多样性均有明显增加。南京市典型土种与各土地利用类型关联系数的计算结果表明,多组关联系数的变化趋势相同,由此推断相比于1986年,2003年南京市土壤与土地利用之间的相互联系更为复杂多变。     

西安市土壤与土地利用多样性及其关联分析

运用仙农熵指数的方法,对1995年、2005年和2010年西安市土壤和土地利用的组成和空间分布多样性及其关联性进行了研究。结果表明:随着海拔高度的升高,成土因素趋向复杂,土壤组成多样性逐渐降低;西安市土壤构成组分相对均匀,多样性指数为0.78,1995—2005年和2005—2010年两个时间段土地利用混乱程度提高不明显,构成多样性指数分别增加0.011和0.008;研究区51个土属中6个土属多样性指数在0.65以上,面积最大、多样性指数(0.793)最高的为麻骨石棕壤性土,最低的为黄绵土,仅为0.023;6种土地利用类型中除未利用地外多样性指数均高于0.7,其中农用地最高,达到0.927,由1995—2010年,农用地面积减少了185.119 km~2,建设用地增加193.677 km~2,并且近5年的变化率明显更快,但多样性指数均小幅度降低;与油土和黄墡土公共面积最大的两种土地利用类型是农用地和城镇建筑用地,同时二者之间的关联度系数也都在0.8以上。因此,以仙农熵来评估西安市土壤和土地利用的多样性是可行的,且1995—2010年间西安市城市的扩展对于主要的农业土壤占用量不大,未出现重要土壤类型受到威胁的情况,但对油土的占用应引起重视。     

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。     

地形及土壤多样性与耕地动态变化的相关分析

本文以河南豫北、豫中和豫南3个典型样区为研究对象,运用地统计学方法,从多样性、相关性角度定量分析了地形、土壤的多样性特征及其与耕地变化(2001年、2007年和2017年)面积的空间分布多样性特征的关系,以期为耕地资源动态变化的驱动力分析及合理利用提供新的研究角度。研究表明:1)豫北和豫中样区的地形构成组分多样性呈现出均匀性,豫南样区表现为相对单一性;各研究区的地形空间分布多样性为平原丘陵山地。2)豫南的土壤构成组分最为均匀且丰富,豫中的土壤构成组分相对单一;各研究区的典型土壤各异但总体上分布皆较均匀,各样区的土壤空间分布多样性的显著差异与地形条件密切相关。3)研究尺度影响地形、土壤空间分布多样性特征的表达, 3 km×3 km网格是相对适宜的研究尺度。4)地形和土壤的空间分布多样性指数与耕地变化面积空间分布都具有明显的相关性,其中地形中平原相关性较大,达0.95左右;各样区典型土壤如豫南的水稻土,豫中、豫北的褐土以及豫北的潮土的相关性更为明显,达0.9以上。综合来看,典型样区的地形、土壤因子的构成组分多样性及空间分布格局有显著差别;在不同网格尺度下,耕地的变化面积与地形、土壤因子的空间分布多样性指数密切相关。     

基于灰色理论与回归模型的土壤类型预测研究

土壤的类型在一定程度上影响着土地的利用方式,而不同的土地利用方式又会促使土壤类型发生波动。为研究未来土壤多样性指数的动态变化,采用灰色关联模型分析1985-2013年阜新市土地利用对土壤多样性的影响,并利用多元线性回归模型对未来土壤多样性进行预测。研究表明:城镇用地、农用地、林地、水域、其他类型用地这5个因素是土壤多样性波动的主导因素。然后在灰色关联分析的基础上,根据2015年土地利用类型所占面积比例,利用所建立的多元线性回归方程对2015年阜新市土壤多样性指数进行预测和检测,最后,将此应用于根据土地利用类型对未来阜新市土壤多样性的预测,并提出相应的合理化建议。     

市域尺度的稀有濒危土壤类型的界定与评价——以郑州市为例

在当今世界城市化高速发展的背景下,土壤资源的保护也越来越受到人们的关注,土壤多样性骤减也成为了全球关注的焦点,界定和评价稀有濒危土壤对于保护土壤资源及其多样性具有非常重要的指导意义。本文以郑州市为例,应用土壤类型密度和土壤多样性两种多样性测度方法分别对郑州市1 km×1 km和5 km×5 km网格尺度下基于不同分类级别的土壤空间多样性分布格局进行了分析和定量化研究;利用1988、2001、2007和2013年4期遥感资料进行土地利用分类,结合基于第二次土壤普查的1∶20万郑州市土壤图,采用多时相连续对比法对郑州市近25年来土地利用变化对土壤的扰动情况进行了分析;结合土壤多样性方法和传统评价方法界定和评价了稀有濒危土壤。结果表明,郑州市土壤整体分布较为均匀,且随着分类单元级别的降低,构成组分多样性指数升高,即分类越细,土壤类型分布越均匀;1988~2013年郑州市土壤受到非农建设扰动剧烈,干扰比例为16.01%,随着时间的推移,土壤受扰动的速度是呈上升趋势的;稀有土属有16种,濒危土属有2种,稀有濒危土属有4种。截止2013年濒危土属整体受到扰动比例高达35.38%,而稀有土属受到扰动比例为8.76%。     

基于生物多样性保护的土地利用结构预测

土地利用结构预测是土地利用与管理的核心问题,基于生物多样性保护的土地利用结构预测对生态环境良好、物种丰富的地区尤其重要。该文应用元胞自动机-马尔科夫模型(CA-Markov)模型建立了基于生物多样性保护的乐东县土地利用结构预测模型,获得了2020年土地利用结构。结果表明:2020年土地利用结构预测结果较2009年更合理,其中建设用地布局更加集中,北部生物多样性极为丰富区内建设用地大部分转变为林地,滨海地区在发展旅游建设的同时海岸带生态资源得到保护;耕地元胞单元增加,且增加部分主要分布在西部生物多样性丰富度一般区。预测结果突出了对生物多样性的保护,对乐东县土地可持续利用具有重要的现实意义。     

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。     

从土壤多样性到地多样性的研究进展

根据2016年出版新著《地土壤学(Geopedology)》部分章节与相关文献,综述了从土壤多样性到地多样性的相关概念、国内外研究方法、现状与进展,着重总结了土壤多样性和地多样性的研究模式。首先,介绍了从土壤多样性到地多样性概念的发展和提出;然后,阐述依据地学要素形态从面状到线状的方法论研究探索,着重介绍空间分布面积指数(MSHDAI)和空间分布长度指数(MSHDLI)的适用性分析;进而,评述了国内外土壤多样性与主要地学要素(地形、母质、土地利用、水体和植被要素)地多样性的主要研究模式;最后,指出从土壤多样性到地多样性以及各要素间相关分析的国内外研究实践看,符合土壤地理学的研究趋势与需求,同时也充满挑战。     

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。     

河南省土壤及地形与耕地多样性格局的特征

耕地分布受众多自然因素的影响,土壤、地形与之密切相关。选取河南省作为研究区,利用改进的仙农熵测度法和互熵关联分析法对河南省地形、土壤与耕地多样性格局特征进行分析。结果表明:河南省18个地市的地形、土壤的构成组分多样性与各要素的类别丰富度有关,与面积大小呈弱相关;其中地形、土壤与其丰富度值的相关系数分别为0.79和0.35,而与面积大小的相关系数小于0.1。基于土壤空间分布多样性指数大小的分级划分河南省的优势土类是潮土和褐土,劣势土类是盐土和碱土,且不同地市的土壤空间分布多样性格局有显著差异,显示河南省土壤类型的丰富性。土壤及地形要素与耕地多样性格局的相关性表现为:地形与耕地的空间分布多样性相关关系除豫南的盆地和豫西丘陵、山地外,整体为平原丘陵山地;土壤与耕地的空间分布多样性之间的关联度与河南省土壤空间分布多样性的格局特征具有基本一致性。     

河南省县域耕地面积的时空演变

采用地理集中指数、不平衡指数等统计指标,在软件ArcGIS 9.0的帮助下,探索了河南省县域耕地面积和人均耕地面积在1994,1999和2004年的空间格局,不同时期两者变化的数量和速度及其空间分异特征等。研究结果表明:(1)河南省县域耕地面积分布呈现出东南部相对较多,西北部相对较少的空间格局。(2)在研究前期(1994—1999年),耕地面积增加的县级行政区划在空间和数量上均比较集中,耕地减少的县级行政区划在空间和数量上均比较分散。而在研究后期(1999—2004年)则出现了相反的发展态势。(3)县域耕地面积变化率与地形地貌等因素有关。(4)人均耕地面积相对较多的地区主要集中在京广铁路沿线、南阳市和三门峡市两地区的部分县级区划单位单位。(5)河南省县域人均耕地面积变化量总体上呈现出"南多北少"的空间格局。(6)河南省县域人均耕地变化率较高的地区主要分布在豫西南地区,三门峡市和豫北地区的部分县级区划单位人均耕地面积变化率则相对较低。     

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。     

郑州市郊土壤重金属的分布变异及来源

分析了郑州市郊区土壤的Cd、Hg、As、Pb、Cr含量,利用地统计学、多元分析和GIS作图等方法分析了郑州市郊区土壤重金属的分布变异和来源。结果表明:郑州市土壤重金属含量10余年来略有上升。土壤Hg、Cd含量分别在6300m和5500 m变程上有不同程度的空间相关性,但土壤Pb、Cr和As的空间变异则呈现较大的随机性。多元分析表明土壤Cd的空间分布主要体现了其自然背景值特征。土壤Cr变异受外源投入的影响较大,但一定程度上也受土壤自然背景因素控制。土壤Pb、As、Hg空间变异都主要受人类活动影响,其中土壤Hg空间变异受土地利用方式影响最明显。     

Urbanization alters the functional composition,but not taxonomic diversity,of the soil nematode community

We evaluated the response of riparian forest soil nematode community structure to the physico-chemical environment associated with urban land use. Soils were sampled seasonally between December 2000 and October 2002 along an urban—rural transect in Asheville, North Carolina. We characterized the taxonomic (to genus) and functional composition (trophic groups) of the nematode community of forest soils, as well as several nematode ecological indicators (maturity index, channel index, weighted faunal index). The diversity of nematode genera was not affected by urban land use. However, there tended to be functional differences in the nematode communities along the land use gradient. The urban soils tended to have lower abundances of predatory and omnivorous nematodes. Differences in channel index scores indicated that there was less fungal dominance in the soil food webs of the urban soils. Our results indicate that the functional composition of the soil food web is an important component of soil biodiversity that can be affected by land use practices. This study was conducted in a relatively small city; hence the influence of pollutants on the soil environment was not as great as in larger cities. Correspondingly, the impact on the soil nematode community was not very severe. The utilization of the nematode community assemblage as an indicator of soil conditions should be further explored in urban places of differing magnitudes of environmental effects.     

不同土地利用方式下围垦海涂微生物群落和土壤酶特征

利用DGGE技术,从微生物多样性的角度,结合土壤酶活性研究不同农林利用方式对围垦海涂养分特征的影响。结果表明:未利用海涂盐分含量最高,而有机质和碱解氮含量最低;相比于蔬菜地和林地,棉花地和水稻田的有机质、碱解氮、过氧化氢酶和蛋白酶活性更高。四种利用方式土壤的脲酶和磷酸酶活性差异不显著。细菌是土壤中的主要种群,其数量与土壤有机质、碱解氮等养分特征呈显著正相关,表现为水稻田、棉花地>蔬菜地、林地>未利用。DGGE图谱分析结果显示未利用土壤shannon多样性指数最高为2.81,与水稻田、棉花地较为接近,其次为蔬菜地和林地,分别为2.52和2.38。围垦利用引起土壤中的Gaetbulibacter marinus与Gillisia mitskevichiae种属变化。围垦利用后土壤质量优于未利用海涂。相比而言,种植水稻对提高土壤肥力水平,维持土壤质量较为有利。     

嘉陵江流域不同类型植被多样性与土壤养分和酶活性的关系

基于2013—2015年对嘉陵江流域中游（四川段）不同植被类型（混交林、草甸、针叶林、阔叶林、灌丛和裸地）多样性和土壤生境的调查分析数据,采用相关分析法和群落排序法研究不同植被类型土壤养分和酶活性分布特征及其与植被多样性之间的关系。结果表明:嘉陵江流域不同植被多样性指数、丰富度指数、优势度指数和植被盖度基本表现为乔木林>灌木林>草甸>裸地,裸地显著低于其他植被类型（p < 0.05）。嘉陵江流域除了裸地和灌丛,其他植被类型土壤pH值均显酸性,pH值与土壤容重变化趋势相一致,基本表现为:裸地>灌木林>乔木林>草甸,裸地显著高于其他植被类型（p < 0.05）。嘉陵江流域土壤养分、有效养分含量和酶活性基本表现为乔木林>灌木林>草甸>裸地,裸地显著低于其他植被类型（p < 0.05）。相关性分析表明:植被多样性与土壤养分和酶活性密切相关,是造成不同植被类型土壤养分差异的重要原因,土壤养分和酶活性在一定程度上决定了植被丰富度和多样性指数,土壤理化性质在一定程度上决定了植被优势度指数,而土壤全碳和全氮在一定程度上决定了植被盖度。冗余分析结果显示丰富度指数、多样性指数、优势度指数和植被盖度之间均呈正相关,与土壤养分和酶活性呈正相关,与pH值和土壤容重呈负相关,这与相关分析的结果相一致。