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《中国农业大学》 2005年
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基于空间数据库的土壤侵蚀和碳氮储量研究

门明新  
【摘要】:农业资源环境是维持人类赖以生存和发展的最基本条件,是农业生产的基础,也是经济和社会可持续发展的保障。本文以河北省农业资源环境各因素为研究对象,以GIS和SOTER为技术平台,整合不同信息源数据,初步建立了涵盖土壤/土地、地形地貌、气候、植被、社会经济等因素的全省1:50万的农业资源环境数据库。在此基础上,应用数据库对河北省土壤侵蚀和土壤有机碳与氮储量及时空变化进行分析。为农业资源的利用和生态环境的保护提供辅助决策服务。 在系统分析建立农业资源环境数据库理论与方法的基础上,应用GIS技术建立省级尺度的河北省农业资源环境数据库,实现了对分散在各部门、不同时空尺度、不同投影与坐标系系统、不同规范与标准数据的整合研究。河北省农业资源环境数据库共包括基础地理信息数据库、土壤数据库(SOTER)、土地利用数据库、气候数据库和农业生产管理与社会经济五个子数据库。 利用双参数修正的经验逻辑生长模型模拟土壤质地不同粒径的累积分布,实现河北省现有土壤质地资料由卡庆斯基制转换为美国制。应用公式法对河北省土壤可蚀性进行了估算,并利用GIS绘制了河北省1:50万土壤可蚀性因子图:得出该省土壤可蚀性K值在0.25-0.4之间的易蚀性和较易蚀性土壤面积占总土地面积的58.6%,易蚀性土壤面积所占比重大。 应用建立的河北省气候数据库中的气象台站的降雨资料,建立了河北省降雨侵蚀力的简便算法,模型基本形式为Y=0.6698x~(1.865)(R~2=0.7866),应用该模型计算气象台站降雨侵蚀力。在方向性分析基础上,通过比较不同的半方差函数模型和插值方法对降雨侵蚀力估值的影响,得出了采用高斯模型和析金克里格插值方法能更好的拟合降雨侵蚀力,并应用析金克里格方法建立河北省250m×250m的高空间分辨率的降雨侵蚀力数据集。 采用RUSLE模型,从建立的河北省农业资源环境数据库中提取相关数据,对河北省土壤侵蚀风险进行定量化评价。将河北省土壤侵蚀状况分为微度土壤侵蚀、轻度土壤侵蚀、中度土壤侵蚀、强度土壤侵蚀、极强度土壤侵蚀和剧烈土壤侵蚀六类,其中微度水土流失为10.8万km~2,占全省面积的58.2%;轻度水土流失面积3.5万km~2,占18.9%;中度水土流失面积1.1万km~2,占6.1%;强度与极强度水土流失面积分别为8183km~2与1.0万km~2,分别占全省面积的4.4%和5.6%;剧烈土壤侵蚀面积为12万kmz,占全省面积的68%。 应用建立的河北省SOTER数据库,计算出该省不同土壤组合的土壤有机碳和氮的密度,并应用GIS技术分析该省土壤有机碳和氮密度的空间分布特征。该省土壤的平均有机碳密度为10.83kg·m~(-3),平均氮密度为1070.96g·m~(-3),C/N比为9.99。在土壤侵蚀风险评价基础上,估算河北省因水蚀年损失的有机碳、氮分别为1.95x10~6t和1.62x10~5t,主要分布在燕山、太行山低山丘陵区。通过比较上世纪80和90年代河北省耕层土壤有机碳密度和储量在各行政区随时间变化和变化幅度的空间分布,结果表明有机碳储量与有机碳密度时空变化基本一致,两者的时空变幅出现由北向南逐渐有增加的趋势。
【学位授予单位】:中国农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:S153.61;S157

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