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。     

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。     

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。     

玛纳斯河流域土壤类型空间分布格局分析

以玛纳斯河流域为例,运用G IS技术和景观生态学原理,对土壤类型空间分布格局进行了定量分析,得出以下结论:(1)玛纳斯河流域各土壤类型的分离度指数大多集中在0~3之间,各土壤类型的分布相对比较集中;(2)玛纳斯河流域土壤空间分形结构特征客观存在;(3)玛纳斯河流域各土壤类型的斑块形状复杂性差距较大。分维数最大的是草甸盐土,为1.709,土壤斑块的镶嵌结构最复杂。平均形状指数最大的是新积土,为3.684,土壤斑块的长短轴之比较大,斑块形状偏离正方形或圆形的程度较大;(4)玛纳斯河流域土壤类型多样性指数为3.037,均匀度指数为0.803,表明研究区内各土壤类型的异质性和多样性较高;(5)土壤类型的优势度指数为2.465,斑块密度指数为0.027,表明流域内的土壤是由半固定风沙土等少数几种土壤类型所控制。     

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。     

基于土地利用变化的黄河流域景观格局及生态风险评估

黄河流域生态环境脆弱,水土流失严重,诊断其景观格局及生态风险对促进流域高质量发展具有重要意义。该研究采用黄河流域2000、2010和2018年的土地利用数据,计算景观格局指数并构建生态风险评价模型,从网格尺度和县域尺度揭示生态风险的时空演化特征和空间关联性。结果表明:1)草地和耕地面积之和占黄河流域总面积的70%以上,2000—2018年,耕地面积减少14 243 km2,未利用地面积减少9 410.3 km2,建设用地面积增加12 179.8 km2。2)2000—2018年,黄河流域斑块数、斑块密度、最大斑块指数、景观形状指数、香农多样性指数值上升,蔓延度指数值下降,黄河流域景观格局趋于复杂化、破碎化和分散化。3)2000—2018年,黄河流域的生态风险值呈上升趋势,较高风险区和高风险区的面积增加,低风险区和较低风险区的面积大幅度减少,生态风险等级大多由低等级向高等级转移。4)2000—2018年,黄河流域生态风险呈现空间正相关,但空间聚集程度和空间分异性减弱。网格尺度的Moran’s I指数大于县域尺度,表明网格尺度的空间正相关性更强。基于上述结果,该研究将黄河流域划分为生态风险重点管控区、严格管控区和一般管控区,并提出差别化的管控建议,以期为流域管理及风险防控提供定量参考和决策依据。     

新疆三工河流域土壤类型复杂性研究

运用分形理论,选取斑块形状指数,在对三工河流域土壤斑块的标度-频度分形关系进行定量分析的基础上,结合土壤斑块面积-周长分维数,讨论了流域内土壤斑块空间分布的复杂性。结果表明:三工河流域内土壤斑块标度-频度分形关系及土壤类型斑块面积-周长分形关系客观存在;流域内土壤类型分维值具有一定差异,其中潮土的分维数最大,硫酸盐草甸盐土最小。复杂性指数与分维数和形状指数之间具有很好的相关性,能较客观地反映土壤类型斑块在空间分布上的复杂性;流域内高山寒漠土的复杂性指数最大,空间分布最复杂(K=2.403),半固定风沙土的复杂性指数最小,空间分布最简单(K=1.259)。     

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。     

土壤与地表水体空间分布格局的交互关系研究

水要素是重要的成土因素之一，土壤与地表水体空间分布格局之间存在密切联系。以中国中部典型农业区的土壤和地表水体数据为例，基于改良的土壤多样性计量方法计算并统计了1km网格尺度下的土壤类型个数、土壤构成组分多样性、土壤空间分布多样性和地表水体空间分布多样性等多类数据指数，探索了区域土壤与地表水体在地理空间分布格局上的内在联系。结果表明：①研究区内最具代表性土类潮土和褐土（两者面积加和占研究区总面积85%，两者空间分布多样性均大于0.8）的空间分布格局与区域地表水体的空间分布格局之间存在数据联系，回归分析中的判定系数R2大于0.5，这与水要素在两种土壤类型成土过程中所起的作用密切相关。②研究区面积的增加一般会造成地表水体对区域内土壤类型数量的影响作用减弱。与其他成土因素相比，水要素在土壤形成中影响作用的重要程度与研究尺度的大小有关。③基于资源地理空间分布离散性分析的土壤多样性计量方法及理论为水、土等不同资源类型的空间分布格局评价及其交互关系研究提供了理论及数据支持。     

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。