GIS支持下的黑土区环境地球化学空间特征研究——以黑龙江省黑土区为例

黑土区向来是我国重要的商品粮生产基地,对于我国的粮食安全和国民经济的稳定都有着举足轻重的作用。但是大范围的关于黑土环境地球化学特征的研究却很少,本文主要利用黑龙江省1:50万区域化探资料应用GIS分析了黑龙江省黑土区环境地球化学空间特征。研究得出:黑土区大部分微量元素的含量还是比较高的,但是某些重金属元素如Pb等出现多个高值,反映了污染范围广而分散的特点;某些植物必需微量元素如Zn、Mo显现出不足的趋势,这对本区的可持续发展是不利的,应当予以重视。     

基于GIS的陇南市土壤侵蚀敏感性评价及其空间分异特征

土壤侵蚀是地理环境多因子综合作用的结果。以水土流失通用方程为理论基础,利用国内外已有的土壤侵蚀研究成果,运用数学模型和GIS分析相结合的方法,分析降水、地形、土壤和植被因子对陇南市土壤侵蚀敏感性的影响,并按照敏感性等级标准进行土壤侵蚀敏感性评价。明确了土壤侵蚀敏感性分布规律及其地域差异。结果表明:陇南市土壤侵蚀整体敏感性较高,极敏感区和高度敏感区面积达13107.51 km2,占总面积的46.94%,主要分布在武都区、文县和礼县的中西部。轻度敏感和不敏感区面积较小,分别占总面积的17.85%和3.14%。在综合评价陇南市土壤侵蚀敏感性空间分异的基础上,针对不同敏感等级的土地利用规划提出对策。     

东北黑土区地埂坡耕地土壤物理性质的空间分布特征

[目的]揭示东北黑土区有、无地埂措施土壤物理性质空间分布的差异,为黑土区水土保持工程措施及坡耕地土壤恢复效果的评价提供科学依据。[方法]以东北黑土区修筑水土保持工程措施(地埂)的坡耕地为研究对象,以无措施坡耕地作为对照,采用空间均匀布点取样法,获取了表层(0—15 cm)土壤物理性质基本指标,量化有、无地埂措施坡耕地土壤持水能力和土壤结构的空间分布特征。[结果](1)修筑地埂后,土壤含水率、饱和持水量、田间持水量和毛管持水量分别提高7.89%,30.15%,17.83%,19.41%;(2)在坡上、坡中及坡下位置修筑地埂样地的土壤持水能力均高于无措施对照样地,且随坡位的下降,土壤的持水能力也在逐渐增大;(3)修筑地埂后,土壤容重和分形维数分别降低12.04%,0.58%,而土壤总孔隙度、毛管孔隙度、WR_>0.25、平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)分别增大14.02%,17.83%,17.74%,28.48%,21.31%;(4)在坡上、坡中及坡下位置修筑地埂样地的土壤结构较无措施对照样地更好,尤其是坡上位置主要影响土壤总孔隙度、平均重量直径(M...     

黑土区典型坡耕地土壤酶活性空间分布特征研究

基于对松花江流域东山沟小流域坡耕地表层0-20 cm土壤酶活性和养分含量分析,研究了东北黑土区典型坡耕地土壤酶活性空间分布特征及其影响因素.结果表明,小流域下游的土壤转化酶、脲酶、碱性磷酸酶活性均高于流域上游和中游;坡面侵蚀区3种土壤酶活性均低于坡面沉积区;土壤酶活性沿坡长分布呈现坡顶较高—坡中低—坡下高的变化趋势,与坡面土壤侵蚀强度相对应.3种土壤酶活性之间呈极显著相关关系.土壤酶活性空间分布特点与土壤侵蚀强度空间分布趋势呈现相一致的规律,表明土壤侵蚀降低了土壤酶活性.     

黑龙江省肇源县土壤汞的空间分异研究

研究土壤汞的空间分异,可以探明影响汞分布的因素,从而有助于解决汞污染等重大生态环境问题。以肇源县的表层和深层土壤为研究对象,利用统计指标、GS⁺软件中的半方差函数模型和ArcGIS软件支持下的克里格插值法,对258个深层土壤样品和1 030个表层土壤样品进行分析,探讨了研究区重金属汞的积累特征。结果表明:样本点之间具有一定的空间相关性。表层土壤汞分布较深层更为不均匀,表层差异更大主要是受人为因素影响,与灌溉、施肥、工农业活动密切相关。深层土壤汞分布状况主要受自然因素影响。     

东北黑土土壤磷的纬向分异

以中国东北的中纬度黑土区为样带,研究了有机磷浓度与有机质、全氮浓度的关系;全磷、有机磷、无机磷及有机磷和无机磷的比率与纬度分布的关系。结果表明,有机磷和有机质、全氮浓度具有良好的相关性,它们之间的相关系数分别为0.90和0.92,呈极显著正相关(P<0.01)。全磷、有机磷、无机磷、P_o/P_i在纬度上都存在不同程度的分异规律,即随着纬度的升高,其浓度或比率均有逐渐升高的趋势;其相关系数分别为0.68、0.77、0.26和0.60,相关分析表明,这些纬向分异规律都达极显著水平(P<0.01)。除了无机磷的纬向分异原因尚不明确之外,其他纬向分异的原因可能是由于黑土南北样带气候热量上的差异和人类活动的影响所致,从而造成南北样带之间有机质的矿化程度和速率产生差异。     

基于GIS的杭州市居民区土壤重金属污染现状及空间分异研究

研究了杭州市50个代表性居民小区土壤重金属(Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn)的含量,按照国家《土壤环境质量标准》对该市居民区土壤重金属污染状况做出了评价,并在GIS技术支持下,研究了土壤重金属污染的空间变异性。结果表明,杭州市居民区土壤均受到了不同程度的污染。其中4%的土壤轻度污染,54%的土壤中度污染,42%的土壤严重污染。土壤重金属污染具有显著的空间分异特征,严重污染区域大致呈西北-东南走向,包括了城北的大部分地区、市中心和城东南一些地区。工业生产和居民区形成时间对居民区土壤重金属积累有较大的影响。     

侵蚀黑土容重空间分异与地形和土地利用的关系

以黑土侵蚀和重点治理的典型流域——黑龙江省拜泉县通双小流域为案例,通过田间取样和测定、数字高程模型（DEM）导出、遥感影像（Landsat-7ETM＋）解译分别获得容重、地形因子和土地类型数据。运用经典统计和地统计学方法,结合地理信息系统（GIS）,探讨侵蚀黑土表层土壤容重空间分异与地形和土地利用的关系。结果表明：小流域尺度上,黑土土壤容重变异（14％）和空间自相关性（块金值／基台值。Co／Co＋C=41．18％,变程2402m）均属于中等强度。坡位和土地利用是影响容重变异的最突出因素。地形是控制空间白相关性的主要结构因素。土地垦殖、耕作方式和管理措施等随机因素强烈地影响了土壤容重的空间自相关性,有48．3％的农田耕层土壤容重过大,结构不良。目前黑土小流域的侵蚀治理方式是适合的,也是很成功的。但在保证土壤不再移位的前提下．如何提高土壤的质量和生产力．即培肥土壤是又一严峻的挑战。     

典型黑土区坡耕地土壤微生物群落数量的空间分布研究

选取土壤侵蚀较严重的黑龙江省宾县宾州河流域为研究区,通过采集流域上、中和下游6个典型坡面的坡上、坡中和坡下部土壤样品,分析了坡耕地土壤微生物群落数量在流域和坡面尺度上的分布规律,并比较了土壤微生物群落数量空间分布与土壤侵蚀空间分布的关系。结果表明,在流域尺度上,土壤微生物总数量和细菌数量均表现为:下游>中游>上游土壤真菌数量表现为:上游>下游>中游土壤放线菌数量表现为中游最大,而上游和下游数量相当。在坡面尺度上,土壤微生物总数量和细菌数量均呈现:坡中部<坡上部<坡下部,土壤真菌数量呈现:坡下部<坡中部<坡上部,土壤放线菌数量呈现:坡中部<坡下部<坡上部。研究表明,流域土壤微生物总数量和土壤细菌数量的空间分布皆与侵蚀-沉积速率的空间分布相对应,反映出侵蚀-沉积速率是影响该流域土壤微生物群落数量的主要因素。     

基于土壤生物空间异质性分析的空间土壤生态学研究

土壤生物以不同的方式改变着土壤的物理、化学和生物学特性。了解土壤生物的空间异质性是很关键的。土壤生态学和空间生态学结合的新的研究领域─空间土壤生态学关注空间在土壤生物种群结构及动态中的重要性。本文通过对土壤生物空间异质性的分析,内容包括空间土壤生态学的提出、土壤生物空间异质性研究的意义、研究方法,重点综述了影响土壤生物分布格局的因素、尺度,土壤生物空间分布对植被-土壤系统的影响,土壤生物空间异质性的作用,其中包括土壤生物空间异质性与多样性的关系、土壤生物对局部干扰的响应、土壤生物空间格局对植被的影响。     

基于GIS和地统计学的攀枝花烟区土壤pH空间变异特征研究

利用GIS和地统计学对攀枝花烟区土壤pH的空间变异特征进行研究。结果表明,攀枝花烟区pH在4.5～8.3之间变动,空间变异性弱,集中分布在5.5～6.5,少数地区pH小于5.0或大于7.0,土壤pH能够满足优质烟生产需要。攀枝花烟区土壤pH变异函数的最佳理论模型为指数模型,其pH的块金值/基台值为13.61%,具有强烈的空间相关性,变程为5.40km,决定系数为0.491,空间变异主要是由地形、土壤类型、母质等结构性因素引起。攀枝花烟区土壤pH值大致呈现从西北到东南方向逐渐增加的趋势,米易县草场乡、盐边县共和乡和渔门镇有部分区域pH偏低,仁和区大龙潭有部分区域pH略高。     

呼伦贝尔市大兴安岭东麓黑土区土壤侵蚀研究

利用卫星遥感资料结合全国耕地地力调查与质量评价项目的实施,在内蒙古呼伦贝尔市大兴安岭东麓低山丘陵黑土区进行了土壤侵蚀现状调查研究,摸清了该地区土壤侵蚀现状。结果表明,该地区国土面积的29.83%、耕地面积的55.94%已经产生了水土流失,年流失表土层总量达916.74万t,已对当地人民的生产生活产生了严重影响。     

基于聚类分析的土壤盐渍剖面特征及其空间分布研究

通过对黄河三角洲地区典型地块土壤盐渍剖面的聚类分析,研究并总结该地区不同盐分剖面类型土壤含盐量在水平方向以及垂直方向的分布特征和规律,运用该规律对各盐渍剖面类型的空间分布进行了探讨。结果表明:研究区土壤盐分剖面可以明显分为表聚型、底聚型和平均型3类,按照垂直分布特征可将0～180cm土体划分为0～20cm、20～80cm、80～120cm和120～180cm四个层次;研究区土壤含盐量在垂直方向和水平方向上变异较强,总体上盐分分布具有一定的表聚性,且各土层含盐量的规律性可以作为判断土壤盐分剖面类型的依据;受结构性因素和随机性因素的共同影响,各土层含盐量均表现为中等的空间自相关性和相同的空间自相关变化尺度。Kriging插值与空间分析结果表明,微地形和气候条件是影响表层土壤盐分空间分布的主要因素,地下水性质主导深层土壤盐分的空间分布;表聚型盐分剖面是研究区最主要的剖面类型,其次分别为底聚型和均匀型;不同盐分剖面类型的空间分布反映了植被类型和土地利用方式的差异,人为农业措施是形成底聚型与平均型盐分剖面的最直接因素。该研究结果为黄河三角洲地区盐渍土地的分区、改良、管理以及合理利用提供了理论基础和实践依据。     

黑土农田养分供应能力和变化

本文通过５年的定位试验研究结果表明：松嫩平原典型黑白农田养分自然供给力Ｎ素为９０％左右，Ｐ素为９５％以上，Ｋ素达到１００％。农田土壤中Ｎ素的释放量一般５５－９９ｋｇ／ｈａ．ａ，Ｐ素的释放量一般１４－２６ｋｇ／ｈａ．ａ．，Ｋ素的释放量一般４８－９３ｋｇ／ｈａ．ａ。尽管黑土农田潜在肥力很高，对于施肥的依赖性也在不断增加。     

天津市平原土壤微量元素含量的空间自相关研究

空间自相关是区域化变量的基本属性之一，而空间自相关统计可用于检测研究区域内变量的分布是否具有空间结构。本研究以天津市平原区土壤微量元素为例，采用Ｍｏｒａｎ＇ｓＩ统计量，研究了土壤微量元素含量的空间自相关关系、空间自相关的方向性、空间自相关与距离的关系以及不同方向的自相关与距离的关系。结果证实在本研究的采样密度下（平均约３００平方公里一点），天津市平原区多数土壤微量元素含量表现出显著的正空间自相关；     

东北北部农田黑土障碍因子分析

选取中厚层黑土、中层黑土、侵蚀黑土、薄层黑土4种典型黑土进行定点定位研究,根据测定结果进行横向和纵向比较,分析黑土障碍因子的形成以及对土壤生产力的影响。     

南京城郊蔬菜基地土壤有效态铅、锌、铜和镉的空间分异及其驱动因子研究

利用地统计学和地理信息系统相结合的方法,从小尺度区域角度上研究了南京城郊土壤中铅(Pb)、锌(Zn)、铜(Cu)和镉(Cd)4 种重金属有效态含量的空间分布特征及其主要的影响因子。结果表明:(1) 研究区土壤中有效 Zn 变异程度相对较大,有效 Pb 的变异程度相对较小,而有效 Cu 和 Cd 为中等程度变异。(2) 研究区有效 Pb、Zn 含量空间分布具有中等程度的空间自相关性,而 Cu、Cd 空间分布具有强烈的空间自相关性;有效 Zn、Cd 的空间自相关尺度相对较大,而有效 Cu、Pb 相对较小。(3) 研究区土壤中有效 Pb 的空间分布主要受交通影响,交通量越大的道路附近土壤中有效 Pb 含量越高;有效 Zn 主要受城市生活废水的影响,城市生活污水灌溉和城市地表径流是土壤中有效 Zn 积累的主要原因;有效 Cu 主要与蔬菜种植过程中有机肥(主要是牛粪)施用关系密切,有机肥施用量越大,土壤中有效 Cu 含量越高;有效 Cd 受地形影响较大,地形低洼处土壤中有效 Cd 含量相对较高。     

不同土地利用下黑土密度分组中碳、氮的分配变化

陆地生态系统植被覆盖会影响有机质在土壤及其各组分中的分布,是控制土壤有机质储量的重要因子。通过对黑土有机碳、氮含量的估算,阐明土地利用变化对土壤有机碳库及轻组、重组有机碳、氮含量和结合态腐殖质有机碳含量的影响以及有机碳、氮的消长变化。结果表明:(1)不同土地利用方式下土壤0～20cm土层总有机碳(TOC)、全氮(TN)含量存在显著差异(p<0.05),自然土壤被破坏或转为农田,土壤总有机碳和全氮含量会持续下降,但农田化肥和有机肥配施后,土壤总有机碳和全氮含量显著增加;草地经过20年的植被恢复,土壤总有机碳含量显著高于农田化肥和无肥处理,有机碳库储量显著提高;(2)游离态轻组(Free-LF)和重组(HF)有机碳和氮含量与土壤总有机碳和全氮呈显著或极显著正相关,闭蓄态轻组(Occluded-LF)有机碳和氮在土壤中呈随机分布;(3)游离态轻组的C/N比高于全土和其他组分,易受微生物作用而降解,是土壤不稳定碳库的主要成分;(4)松结态胡敏酸碳含量与土壤总有机碳显著相关(p<0.05),土壤肥力随着胡敏酸的增加而提高。农田有机培肥不但能够提高有机质含量和土壤质量,也能显著提高农田生态系统抵押大气CO2的能力。