河南省耕地表层土壤有机碳储量估算与尺度效应分析

摘要

如何有效地对研究区内表层土壤有机碳进行储量估算，并做相应的尺度效应分析，很多学者都采用了不同的研究区或不同的方法来做了有益地探索和研究。本文基于3S技术和土壤有机碳储量的估算方法，选取了河南省和汝阳县为研究对象，开展了省域和县域不同尺度上的耕地表层土壤有机碳方面的研究。研究内容有以下三个方面:河南省耕地表层土壤有机碳密度和储量的分布;河南省耕地表层土壤有机碳密度的空间变异尺度效应;县域耕地表层土壤有机碳估算方法的对比分析。
　　本文根据河南省耕地地力评价结果，运用地统计学插值方法分别得到了全省耕地的表层土壤有机碳含量和有机碳密度分布图，分析了河南省内耕地表层土壤有机碳的分布，估算了相应的有机碳储量，结果表明:河南省耕地的表层土壤有机碳密度为0.14～11.63kg/m2之间，平均值为2.39kg/m2，耕地表层土壤有机碳的储量为0.19Pg。结合河南省行政区划图、土壤类型图、生态农业区分区图、DEM图等数据，分析了河南省不同省辖市、不同土壤类型、生态农业区分区的耕地表层土壤有机碳密度和储量。
　　本文以计算得到的耕地表层土壤有机碳密度为对象，基于相似性度量的研究方法，对河南省耕地表层土壤有机碳密度的空间变异尺度效应进行了研究。对河南省大数据量的样点数据按照一定样点数量进行抽样，相应得到20个数据集。通过地统计插值方法得到20个数据集的耕地表层土壤有机碳预测图，计算各个栅格预测图与总数据集得到的栅格预测图之间的协方差矩阵和相关系数矩阵，对相关系数与对应的抽样点数进行拟合，说明在很大程度上相关系数与采样点之间成对数函数关系，这样可以近似计算要求达到的精度程度所对应的最适合的采样点数。同时，运用同样的方法对四个生态农业区做了对比分析。
　　本文结合汝阳县耕地地力评价项目的相关数据，分别运用回归和插值的方法分析了研究区域内耕地表层土壤有机碳密度的分布。回归分别采用了多元线性回归和空间回归方法，插值则分别采用了克里格插值方法以及结合土壤类型、地形信息的泛克里格法，并对不同方法的估算精度、相关系数做了对比分析。结果表明:多元线性回归的效果最差，另外三种方法的预测结果相近，从均方根误差上分析，克里格法的效果最好。但在实际的制图中，克里格法的预测结果平滑效应较强，而空间回归模型能够相对准确地表征耕地表层土壤有机碳密度的空间变异的细节特征，结合土壤类型、地形信息的泛克里格法可以在一定程度上反映由于土壤类型和地形的不同造成的表层土壤有机碳密度的空间变异特征，都能使平滑效应降低。

目录

声明

摘要

1 研究综述

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 有机碳估算方法

1．3．1 土壤类型法

1．3．2 模型法

1．3．3 相关关系统计法

1．3．4 地统计学插值法

1．3．5 遥感数据估算

1．3．6 3S技术在土壤有机碳储量估算中的重要作用

1．4 预测制图的空间变异尺度效应

2 研究材料和方法

2．1 研究区概况

2．1．1 河南省

2．1．2 河南省生态农业区

2．1．3 汝阳县

2．2 相关数据的来源与处理

2．3 研究方法

2．3．1 土壤有机碳密度计算方法

2．3．2 地统计学估算方法

2．3．3 多元线性回归估算方法

2．3．4 空间回归估算方法

2．3．5 土壤有机碳储量计算方法

2．3．6 栅格图层之间的相关系数计算方法

3 河南省耕地表层土壤有机碳密度和储量分布

3．1 河南省耕地表层土壤有机碳密度和储量的空间分布

3．2 河南省耕地表层土壤有机碳密度和储量的数据分析

3．2．1 河南省省辖市表层土壤有机碳密度和储量

3．2．2 河南省耕地不同土壤类型表层土壤有机碳密度和储量

3．3 不同生态农业区耕地表层土壤有机碳密度和储量

4 河南省耕地表层土壤有机碳密度的空间变异尺度效应

4．1 数据集的统计特征

4．2 构建变异函数模型

4．3 计算相关系数，分析分形特征

4．4 不同生态农业区表层土壤有机碳密度的空间变异尺度效应

5 汝阳县耕地表层土壤有机碳密度的估算

5．1 多元线性回归估算结果

5．2 空间回归估算结果

5．2．1 距离权重矩阵

5．2．2 自相关性分析

5．2．3 模型的选择

5．2．4 普通回归模型

5．2．5 空间滞后模型

5．2．6 空间误差模型

5．2．7 空间回归估算结果

5．3 克里格插值估算结果

5．4 结合土壤类型、地形信息的泛克里格法估算结果

5．4．1 结合土壤类型、地形信息确定分区

5．4．2 各个分区数据的统计特征

5．4．3 泛克里格法地统计插值

5．5 数据检验以及对比分析

6 结论与展望

6．1 结论

6．1．1 河南省耕地表层土壤有机碳密度和储量分布

6．1．2 河南省耕地表层土壤有机碳密度的空间变异尺度效应

6．1．3 汝阳县耕地表层土壤有机碳密度的估算

6．2 展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与科研成果

致谢