地表水体、土壤与地形地貌多样性的格局特征及关联分析

摘要

土壤作为重要的自然资源和水资源、地形地貌等主要的地学要素具有密切的联系，共同支撑着人类的生产和生活。目前，随着经济的快速发展和城市化进程的加剧，水土资源时空分布不均衡、土壤表层破坏、土地利用不合理及植被减少和退化等问题越来越突出并受到人们的重视。
　　土壤多样性在国内外已经被越来越多地看作是一个有研究价值和充满创新性的土壤计量手段，有关研究虽取得了显著的进展，但如何将与其他资源的多样性进行比较已成为急需解决的关键问题之一，对其的研究也逐渐由土壤多样性向地多样性发展，并成为土壤地理学新的研究趋势。鉴于此，本文以地表水体作为主体，将中国中部的河南省和东部江苏省的典型样区作为研究对象，在最新的土壤多样性理论和测度方法的基础上，同时引入生态学中的空间粒度方法，与土壤和地形地貌一起刻画多样性的关系，以期实现由单一要素向多要素的多样性跨越及方法的递进，从本质上改变传统土壤学和土壤多样性的研究模式。
　　探索了面状和线状地表水体形态的多样性测度方法。总结前人研究水体多样性测度方法作为基础，引入空间粒度方法并加以应用，提出了新的测度方法即空间分布长度指数（MSHDLI），对研究样区不同形态的多样性测度方法进行了深入研究。研究结果表明:该指数与河流密度(RD)、空间分布面积指数(MSHDAI)的相关关系较为显著，对应的平均相关系数r分别为0.997和0.878，P＜0.01。对三者的多元线性回归模型进行分析发现新指数与其他两指数呈线性相关且对它们的解释程度高于95％。即空间分布长度指数(MSHDLI)可以将河流密度(RD)对水资源广度的描述优势与空间分布面积指数(MSHDAI)对水资源空间分布离散性的描述优势结合起来而作为评价地表水体空间分布离散性程度的重要指标。
　　分析了水土资源多样性的相关性及相关关系的稳定性。对研究样区进行土地利用监督分类获取地表水体信息，采用空间粒度方法研究地表水体和土壤多样性的格局特征及相关性。研究证明:2000～2013年，襄城县和吴江区土壤与地表水体多样性间的相关性类型为稳定型，并与其平原地形有关;林州市、固始县和溧水县因较多的山地丘陵而呈不稳定型;如皋市因具有过大的水网密度并未呈现出相关性。因此，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。此外，对地表水体多样性指数的适用性进行延伸探索。
　　在土壤多样性的研究中增加了地形地貌要素。首次运用改进的仙农熵公式对河南省大尺度控制下的不同地形上的土壤多样性格局进行了研究。研究表明:河南省主要有平原、丘陵、山地和盆地4种地形和15种土类，其地形与土壤的形成、空间分布多样性有密切的联系。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，同时省内极少面积的盐土和碱土也仅分布在平原区域。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，盆地地形则以黄褐土、砂姜黑土为主。
　　获取更为详细的地貌等级分类体系，在此基础上运用改进的仙农熵公式对多级地貌特征及其与土壤多样性的关系进行了探讨。研究表明:河南省共有3个一级地貌，12个二级地貌和37个三级地貌，不同级别的优势地貌类型分别是流水地貌、冲击平原和泛滥平坦地。随着土壤和地貌分类等级的细化，二者所有分类单元在数量构成上的均匀程度越来越高。且与地貌分类相比，土壤的分类体系更详细，分支率也有较大的变化范围。一级地貌类型与土类、亚类和土属多样性间存在紧密的相关关系，其中，流水地貌与土类和亚类均相关，与99％的土属也相关。
　　水、土壤和地形多样性的格局特征分析。以河南省为研究区，分析3个要素的构成组分多样性和空间分布多样性。研究发现:河南省地形与土壤之间关系密切，二者的相关系数，r值大于0.50的占76％以上，相关性高。6个分区中，东部分区为单一的平原地形但空间分布长度指数(MSHDLI)值次高，平原地形水系发育较好，西部分区以山地为主且地形复杂，其地表水体多样性指数MSHDLI值达到最小，山地条件下水系发育较为简单。当研究区面积相近时，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，相关系数R2值为0.94。综上，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。

目录

声明

论文说明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 研究综述及存在的问题

1．2．1 土壤多样性

1．2．2 地多样性

1．2．3 存在的问题

1．3 研究思路、内容和技术路线

1．2．1 确定研究思路

1．3．2 研究内容

1．3．3 技术路线

2 地学要素间的发生联系与多样性测度方法

2．1 中国中、东部主要自然要素特征对比

2．1．1 土壤资源

2．1．2 地表水资源

2．1．3 地形地貌

2．2 不同自然要素间的交互关系

2．2．1 土壤和水资源

2．2．2 土壤和地形地貌

2．2．3 地形和水资源

2．3 不同自然要素多样性的研究方法

2．3．1 研究使用软件和数据来源

2．3．2 土地利用分类

2．3．3 土壤和地形地貌多样性

2．3．4 地表水体多样性

2．3．5 空间粒度效应

2．3．6 资源分布的关联性

2．4 小结

3 单一地学要素多样性的内涵探索—地表水体多样性特征

3．1 空间粒度方法的引入

3．2 地表水体多样性特征的实例研究

3．2．1 研究区概况与数据来源

3．2．2 提取地表水体中心线

3．2．3 研究方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 研究区各指数值的粒度响应

3．3．2 不同指数间的关联性分析

3．3．3 指数间的尺度效应关系和回归模型分析

3．4 本章小结

4 水土资源多样性的相关性

4．1 材料与方法

4．1．1 研究区概况

4．1．2 数据来源及处理

4．1．3 研究方法

4．2 结果与讨论

4．2．1 土壤多样性的特征

4．2．2 优势和稀有土属的粒度效应

4．2．3 地表水体多样性的粒度响应

4．2．4 土壤、地表水体多样性的相关性

4．2．5 土壤、地表水体多样性指数间相关关系的粒度效应

4．3 地表水体多样性的延伸探索

4．4 本章小结

5 以地形为基础的土壤多样性

5．1 将地形地貌要素加入到多样性研究中

5．2 材料与方法

5．2．1 数据来源与处理

5．2．2 研究方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 地形分类结果

5．3．2 不同地形下土壤的丰富度指数及分支率特征

5．3．3 不同地形下的土壤多样性特征

5．4 本章小结

6 多级地貌特征及与土壤多样性

6．1 材料与方法

6．1．1 数据来源与处理

6．1．2 研究方法

6．2 结果与讨论

6．2．1 地貌分类结果

6．2．2 地貌、土壤构成组分多样性和分支率

6．2．3 地貌空间分布多样性特征

6．2．4 土壤空间分布多样性特征

6．2．5 地貌和土壤多样性的关联性

6．3 本章小结

7 水、土与地形多样性格局特征

7．1 材料与方法

7．1．1 数据来源与处理

7．1．2 研究方法

7．2 结果与讨论

7．2．1 地形和土类空间分布多样性间的关联性

7．2．2 地形构成组分多样性和地表水体多样性特征

7．2．3 土壤构成组分多样性特征及其与地表水体多样性的关系

7．3 本章小结

8 结论与展望

8．1 主要结论

8．2 创新点

8．3 存在的问题和展望

参考文献

个人简历、在校期间发表的学术论文与研究成果

致谢