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太湖地区水稻土有机碳空间表征尺度效应研究

刘莎  
【摘要】:土壤有机碳库在保持土壤肥力、提高土壤质量以及减缓气候变化中均起着重要作用,因此,土壤有机碳储量及源汇问题一直是国内外研究的热点问题。水稻土是自然土壤在人为水耕熟化过程中形成的特殊的人为湿地土壤,属《中国土壤系统分类》中独特的水耕人为土亚纲,是国际上公认为中国特色的土壤。根据《全国第二次土壤普查数据》,中国水耕地土壤的有机碳含量平均是旱耕地的137%,水稻土水耕熟化过程中有机碳的积累是普遍趋势。在农业土壤固碳潜力中,水稻土明显占较高的份额。因而对水稻土有机碳储量的准确估算和空间表征分布进行研究,对中国水稻生产经营方式下农业的碳汇效应在全球农业与碳循环中具有重要意义。 对于土壤数据的空间表征,随着观察尺度变化,其比例尺和精度也在变化。在离散采样点数据有限的情况下,如何对区域尺度水稻土储量和空间分布进行精确表征有待进一步研究。利用土壤图可以实现对水稻土有机碳储量和空间分布的表征,但目前关于制图尺度对水稻土有机碳储量估算的影响还不十分清楚。空间插值技术和土壤类型法均可以实现土壤数据由点到面的尺度转换,但在区域尺度土壤属性由点到面的尺度转换中,哪种方法较好有待进一步探讨。本文以太湖地区水稻土为研究对象,基于“土壤类型GIs连接法”,将全国第二次土壤普查的1107个水稻土剖面数据分别连接到6个不同制图比例尺(1:5万、1:20万、1:50万、1:100万、1:400万、1:1400万)土壤图,建立了6个不同制图尺度的太湖地区水稻土剖面数据库,研究了制图尺度的变化对水稻土有机碳储量的估算和表征影响,并将土壤类型法与GIs技术整合来预测水稻土有机碳的空间分布,从而实现水稻土有机碳数据由点到面的尺度转换。主要结论研究如下: (1)太湖地区不同制图尺度水稻土(0~100 cm)有机碳储量的估算结果有一定差异。从区域尺度来看,水稻土有机碳储量随制图比例尺的下降,呈现先上升,后下降再上升的变化规律;从不同地形区来看,在不同制图尺度下,四大土区所占研究区水稻土有机碳储量的排序:低洼圩田土区冲积平原土区太湖平原土区低山丘陵土区。 (2)不同制图尺度水稻土有机碳总储量的估算结果主要受潴育型水稻土、潜育型水稻土、脱潜型水稻土和渗育型水稻土控制,这4个水稻土亚类的碳储量占不同制图尺度碳储量的83%以上。但不同制图尺度影响最大的是潜育型水稻土和潴育型水稻土,尤其在1:1400万制图尺度下这两个水稻土亚类的有机碳量明显高于其它尺度,这主要是由于土壤图比例尺减小的土壤图图斑概化过程所导致的。从1:5万到1:20万主要受青泥土图斑概化的影响,从1:50万到1:100万主要受以黄泥土为主的土属图斑概化的影响,而从1:400万到1:1400万水稻土碳储量的变化主要由于脱潜型水稻土、渗育型水稻土、漂洗型水稻土和淹育型水稻土的制图单元均被概化到潴育型水稻土和潜育型水稻土制图单元。 (3)在制图尺度由1:5万降低至1:1400万的过程中,水稻土有机碳储量、密度及面积均有较大变化,图斑概化过程对有机碳储量估算结果影响较大。对有机碳储量的估算,在考虑估算结果的同时也要考虑有机碳的空间分布,1:5万土壤数据库有最为详尽的有机碳属性数据和空间数据,利用“PKB”连接法,与其它5个制图尺度相比,不仅能够充分反应水稻土的有机碳的空间分布,更能够精确的估算水稻土有机碳储量。 (4)利用普通克里格法、泛克里格法、“PKB”法三种方法对太湖地区长兴县水稻土有机碳密度空间分布(0~100 cm)的预测中,“PK_B”法的预测效果最好,对总方差的解释程度为87%,预测结果的平均绝对误差及均方根误差也最小,对有机碳密度的空间分布表达较为细致,能很好的反应该地区丘陵、平原之间的差异及其它地形单元内的局部变异;其次是普通克里格法,泛克里格法的预测结果最不理想,这两种方法只能从宏观上反映水稻土有机碳密度的空间分布,平滑效应强烈。


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