基于GIS的江汉平原土壤养分空间分异及土壤有机碳研究

摘要

土壤碳库是陆地生态系统碳库中最重要的，土壤有机碳发生较小的变化都会影响大气中温室气体的浓度进而引起全球气候变化。耕地土壤长期受人类活动影响，所以其有机碳库也发生着变化，因此，农田土壤有机碳密度和储量以及固碳潜力的估算、空间分异分析以及有机碳的影响因素的研究，可以为制定土壤有机碳的提升方案提供依据。
　　本研究依据湖北省测土配方施肥数据，利用江汉平原范围内3071个样点，建立土壤数据库，利用GIS技术研究了江汉平原耕地耕层土壤养分空间分异特征、土壤有机碳密度和有机碳储量及空间变化，并估算江汉平原耕层有机碳潜力，最后对耕层有机碳的影响因子进行了讨论。主要研究结果如下:
　　(1)研究江汉平原农田耕层土壤有机质、全氮、全磷、全钾、pH值、速效磷和速效钾的变异性，变异系数高低依次为:速效磷＞速效钾＞全钾＞全氮＞全磷＞有机质＞pH值。变异系数最大的是速效磷，所以速效磷为高度变异。其他指标都属于中等变异。基于江汉平原土壤数据库研究表明，江汉平原土壤pH大多处于中性，但江河湖泊分布较多的地区土壤明显偏碱性。土壤养分空间分异特征主要受土壤母质、地形因子以及施肥等因素的影响。
　　(2)基于江汉平原土壤空间数据库，通过ArcGIS，计算得出江汉平原耕层土壤不同土类土壤有机碳密度高低次序为:水稻土＞潮土＞黄棕壤＞紫色土＞石灰土，土壤有机碳储量与有机碳密度分布规律一致。水田土壤有机碳密度和储量明显大于旱地，而且有机碳所占比例与江汉平原水田和旱地所占面积比例相似。在统计的江汉平原16个县区研究对象中，耕层土壤有机碳密度最大和最小的分别是应城市和天门市，而有机碳储量最大和最小的分别是监利县和沙市区。
　　(3)通过己经建立的基于长期定位试验的农田固碳潜力模型估算江汉平原的固碳潜力，结果显示目前江汉平原耕层有机碳密度均值为3.33 kg/m2，达到饱和状态的有机碳密度即SOCP平均为8.18 kg/m2，土壤碳增长潜力为4.85 kg/m2。江汉平原的SOCP空间分异明显，西南地区略高于东北地区。具体来说，公安县饱和状态有机碳密度最大，仙桃市最小，而碳密度增长潜力最大的为枝江市，这与水热等气候资源分布和土壤特性有着密切关系。江汉平原耕层土壤(0～20cm)的碳储量在耕地土壤有机碳处于饱和状态下的值为17519.07万吨，即可增加固碳10385.88万吨。
　　(4)通过自然因素和人为管理这两个方面对江汉平原耕层有机碳的影响因素进行讨论，结果显示土壤养分因子中对耕层有机碳有显著影响的是:全氮、全钾、碱解氮和阳离子交换量(CEC)，而土壤pH与土壤有机碳的相关性很差，且不稳定。成土母质及土壤物理性质对耕层有机碳含量具有显著影响:不同质地下耕层有机碳含量大小依次为:粘壤土＞粘土＞壤土＞砂土，不同土壤类型下耕层土壤有机碳含量高低依次为:水稻土＞潮土＞黄棕壤，不同土壤母质发育的土壤有机碳含量大小依次为:泥质岩类风化物＜河湖沉积物＜碳酸盐岩类风化物＜第四纪红色粘土＜红砂岩类风化物＜结晶岩类风化物。农田管理措施对土壤有机碳含量影响也较大，例如轮作制度和灌溉水平:不同灌溉水平的耕层有机碳含量的均值分布规律表现为:充分满足＞基本满足＞无灌溉措施。不同轮作制度的耕层有机碳含量的分布规律表现为:柑橘＜麦-玉＜麦-稻＜菜-稻＜油-稻。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 土壤养分指标的研究

1．2．2 影响土壤有机碳储量的因素

1．2．3 土壤有机碳的估算方法

1．2．4 土壤固碳潜力研究

1．2．5 GIS技术应用

1．3 研究内容

1．3．1 江汉平原耕层土壤养分空间分异研究

1．3．2 江汉平原耕层土壤有机碳库估测

1．3．3 江汉平原耕层土壤有机碳潜力估算

1．3．4 江汉平原耕层土壤有机碳影响因素研究

1．4 技术路线

2 材料与方法

2．1 研究区概括

2．1．1 地理位置和行政区划

2．1．2 自然环境状况

2．2 研究方法

2．2．1 基础数据收集与整理

2．2．2 土壤采样点布设与样品采集

2．2．3 土壤属性分析测定方法

2．2．4 土壤肥力指标分级标准

2．2．5 有机碳密度估算方法

2．2．6 土壤有机碳潜力估算原理

2．2．7 基于GIS的有机碳库估算

2．2．8 影响有机碳因素的分析方法

2．2．9 分析所用软件

3 江汉平原耕层土壤养分空间分异特性

3．1 土壤养分指标综合描述

3．2 pH和有机质空间分异特征

3．2．1 pH

3．2．2 有机质

3．3 主要养分的空间分异特征

3．3．1 全氮

3．3．2 全磷

3．3．3 全钾

3．4 速效养分的空间分异特征

3．4．1 速效磷

3．4．2 速效钾

3．5 小结

4 基于GIS的江汉平原耕层土壤有机碳估算

4．1 江汉平原耕层土壤有机碳估算思路

4．1．1 数据准备

4．1．2 计算方法

4．2 江汉平原耕层有机碳库储量估算及有机碳密度分布

4．2．1 基于土壤类型图

4．2．2 基于土地利用图

4．2．3 基于行政区划图

4．3 小结

5 江汉平原耕层土壤固碳潜力估算

5．1 江汉平原耕层土壤固碳潜力估算思路

5．1．1 数据准备

5．1．2 固碳潜力模型

5．2 江汉平原耕层土壤固碳潜力估算

5．2．1 江汉平原耕层土壤饱和碳密度估算

5．2．2 江汉平原耕层土壤有机碳增长潜力估算

5．3 小结

6 江汉平原耕层土壤有机碳影响因素研究

6．1 土壤养分含量

6．1．1 土壤有机碳含量样点统计特征

6．1．2 不同养分因子对有机碳含量的相关性分析

6．2 土壤pH值

6．2．1 不同土壤pH值的土壤有机碳分布

6．2．2 土壤pH值对土壤有机碳的影响

6．3 土壤质地

6．3．1 不同土壤质地下土壤有机碳的分布

6．3．2 土壤质地对土壤有机质的影响

6．4 土壤类型

6．4．1 不同土壤类型下土壤有机碳的分布

6．4．2 土壤类型对土壤有机碳的影响

6．5 土壤母质

6．5．1 不同土壤母质下土壤有机碳的分布

6．5．2 土壤母质对土壤有机碳的影响

6．6 灌溉水平

6．6．1 不同灌溉水平下土壤有机碳的分布

6．6．2 灌溉水平对土壤有机碳的影响

6．7 轮作制度

6．7．1 不同轮作制度下土壤有机碳的分布

6．7．2 轮作制度对土壤有机碳的影响

6．8 小结

7 结论与展望

7．1 主要结论

7．2 特色与创新

7．3 研究展望

参考文献

致谢