摘 要

土壤有机质(SOM)是土壤的重要组成物质，SOM的含量及其动态平衡也是反映土壤质量或土壤健康的一个重要指标。土壤有机质在很大程度上影响着土壤结构的形成和稳定性、土壤的持水性能和植物营养的生物有效性以及土壤的缓冲性能和土壤生物多样性等。因此，研究土壤有机质含量规律对于土壤性质分析具有重要作用。

本文基于GIS技术、统计学方法，研究了沂源县土壤表层有机质空间分布特征。研究采用系统抽样方法，均匀布设样点，在分析景观因子如：高程，坡度，坡向，曲率，土地利用，土壤类型与土壤有机质关系的基础上，揭示土壤有机质的空间分布规律。主要结论如下：

（1）沂源县SOM 含量较高，变幅为2.39 g·kg^-1-48.9 g·kg^-1，平均值为18.56 g·kg^-1，变异系数是49.58%，属中等变异水平。

（2）土壤有机质与地形变量之间存在着显著地相关关系。高程和平面曲率与有机质有线性关系。坡度、坡向均与有机质分布之间有相关关系。剖面曲率与有机质没有相关关系。不同土地利用方式中，草地有机质含量最高。不同土壤类型中褐土有机质含量最高。

（3）土壤表层有机质含量分布差异主要是由于土壤所处的环境与人为因素互相影响，其中人为因素主要体现在于对土地的利用以及施肥。土壤养分的积累与消耗水平最终导致了有机质含量的差异。

关键词：土壤有机质，GIS，空间分布，统计分析

Distribution characteristics of soil organic matter at Yiyuan County in Shandong Provinceas

ABSTRACT

Soil organic matter is an important component of soil. The content of SOM and its dynamic balance is a key indicator to reflect the quality of soil. The formation and stability of soil structure, the water holding capacity of the soil, the biological availability of plant nutrition, the buffering capacity of soil and soil biodiversity are greatly influences by soil organic matter. Therefore, the study of soil organic matter content is play an important role on the analysis of soil properties.

Based on GIS technology and statistical method, the spatial distribution characteristics of soil organic matter in Yiyuan county were studied in this paper. Systematic sampling method was used to create the uniformly distributed samples. Based on the analysis of the relationship between soil organic matter and landscape factors such as elevation, slope, aspect, curvature, land use and soil type, the spatial distribution of soil organic matter was revealed. The main conclusions were as follows:

(1) SOM content in Yiyuan county is slightly high, the amplitude is 2.39 g·kg^-1 to 48.9 g·kg^-1, the average value is 18.56 g·kg^-1, the coefficient of variation is 49.58%, which belongs to the medium variation level

(2) The elevation and plane curvature have a linear relationship with organic matter. There is a correlation between slope, slope direction and organic matter distribution. There is no correlation between sectional curvature and organic matter. Among different land use patterns, the organic matter content of grassland is the highest. Different soil types, soil organic matter content of Cinnamon soil is the highest.

(3) The distribution of soil organic matter content is mainly due to the interaction between the environment and human factors, which is mainly embodied in the use of land and fertilization. The accumulation and consumption of soil nutrients lead to the difference of organic matter content in the area.

Key words：Soil organic matter, GIS, Spatial distribution, statistical analysis

目录

1 绪论 1

1.1研究的目的及意义 1

1.2 国内外研究概况 1

1.2.1 国外研究概况 1

1.2.2 国内研究概况 2

1.3 研究内容 3

1.4 技术路线 4

2 研究区概况 5

2.1地理位置 5

2.2 地形地貌 5

2.3土地利用现状 6

2.4 土壤类型 6

3 材料与方法 7

3.1采样点布设状况分析 7

3.2 测定方法 7

3.3土壤表层有机质总体状况 9

3.4土壤有机质分布特征分析 9

3.4.1不同地形地貌的有机质分布 9

3.4.2 不同土地利用方式的有机质分布 15

3.4.3 不同土壤类型的有机质分布 16

3.4.4主要土地利用方式中不同坡度下有机质分布 18

3.4.5主要土壤类型中不同坡度下有机质分布 20

4 结论 23

致 谢 24

参考文献 25

1 绪论

1.1研究的目的及意义

土壤有机质(SOM)是土壤的重要组成物质，SOM的含量及其动态平衡也是反映土壤质量或土壤健康的一个重要指标，直接影响土壤肥力和作物产量的高低^[1]。研究表明，土壤有机质在很大程度上影响着土壤结构的形成和稳定性、土壤的持水性能和植物营养的生物有效性以及土壤的缓冲性能和土壤生物多样性等，缓解和调节与土壤退化及土壤生产力有关的一系列土壤过程^[2～5]。

土壤有机质在陆地生态系统中起到重要的作用，因此为保护珍贵的土壤资源以维持经济的可持续发展，需要人们对SOM的分布特征进行研究。目前在全球变化的背景下，对土壤有机质储量、分布、转化、衰减机理进行研究，并揭示其影响因素和生态效应，将有助于探求如何科学地利用和保护有限的土壤资源，减缓土壤中温室气体排放、提高土壤质量、对退化土地的生态恢复及环境治理和保护等都有重要的意义^[6-8]。研究SOM分布状况、变异规律及其主要影响因素是评估区域土壤碳储量，实现土壤可持续利用的前提，也是土壤质量研究的重要内容。地形、母质、植被等自然因素和人为因素共同作用形成了不同的土壤类型，各种因素相互作用的差异，导致了SOM含量的变异^［6］。目前，在省域尺度上土壤有机质密度的影响因素已有些研究^[7-8]，但是对于县域尺度上的影响因素研究较少。本研究以山东省沂源县为研究区域，通过野外典型采样与室内实验，研究土壤表层有机质空间分布特征，探索土壤有机质与环境景观因子之间的相关关系。

1.2 国内外研究概况

1.2.1 国外研究概况

国外学者二十世纪六、七十年代开始研究土壤特性空间变异时，主要是应用地统计学方法研究土壤物理性质空间变异。目前，关于GIS与地统计相结合的研究己有很多。国外应用地统计学对土壤的空间变异性的研究较多^[9、11]。国外研究中，Post(1982)对陆地不同生命带碳密度的研究表明，冻原(Rain Tundra)的碳密度可达到36.6kg·m²，而干旱高温的暖温带沙漠(Warm Temperate Desert)平均土壤碳密度只有1.4kg·m^{2 [9]}。Burke等(1989)在美国中部大平原草地上研究认为，SOM含量随降雨量和土壤粘粒含量增加而增加，随温度增加而降低^[10]。Nichols(1984)在美国南部大平原的研究，SOM含量与土壤粘粒含量呈正相关，而降雨量的影响很小^[11]。Jenkinson等(1991)根据Rothamsted模型模拟结果估计，如果全球温度每年升高0.03℃，全球土壤在未来的60a将从土壤有机质中增加CO₂-C排放61Gt^[12]。Davis J G等(1995)研究了土壤pH、可交换性酸、有效磷、交换性盐基和有机质的空间变异，得到了土壤化学性质空间变异的模式，并在两个地方作了比较，证明了对采样策略的重要意义^[13]。由于地统计学通常要求均匀取样，这给大区域范围的土壤养分时空变异定量研究带来一定的困难，所以以往大多数有关土壤养分的空间变异研究局限于小尺度范围。较早应用GIS和地统计学方法研究较大尺度下土壤养分空间变异的是Yost等人(1982)^[14]，他们进行了夏威夷岛土壤养分的空间相关性研究。九十年代以来，世界各国土壤科学家相继开展了土壤定量化的研究，结合了数字地形分析，GIS技术和土壤调查技术的定量化土壤-景观模型研究己经成为近年来土壤学研究的一个非常活跃的领域^[6、8]。Gessler等随后在澳大利亚继续开展了这项工作，并对方法进行了发展，来预测土壤A层厚度，土体深度等^[6，8，15]。Mckenzie and Austin根据景观性质将土壤划分为相对单一的“土胞(Pedoderm)”，然后对每个土胞建立通用线性模型在中小比例尺上预测土壤性质^[16]。

1.2.2 国内研究概况

我国从80年代初期开始利用地统计学对土壤有机质进行研究。近年来，随着计算机的普及，越来越多的学者从不同角度去考虑、研究问题。许多学者利用GPS，GIS等相关技术来研究土壤养分空间分布及其管理，并取得了一定的成果。G1S强大的空间信息和属性信息管理功能为土壤资源信息系统的建立提供了技术支撑。面对信息技术的快速发展，它与土壤科学和肥料科学的结合研究已成为近年来的研究热点之一。