丘陵山區(qū)農(nóng)田土壤有機(jī)碳密度影響因素與制圖研究.pdf

1、土壤有機(jī)碳（SOC）是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫之一，對全球氣候和農(nóng)業(yè)有非常重要的影響。作為評價(jià)土壤質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，土壤有機(jī)碳可以維持土壤良好的物理結(jié)構(gòu)、土壤穩(wěn)定性、和土壤生物多樣性。自然和人為的干擾對土壤有機(jī)碳的分布和儲(chǔ)量有著重要影響，而且影響的關(guān)系隨著不同研究尺度而變化。在不同地理環(huán)境和地形地貌上，土壤有機(jī)碳影響因素和空間分布也有所不同。
　　本文以多山丘陵地區(qū)農(nóng)田土壤為研究對象，研究區(qū)域選在重慶江津區(qū)，借助數(shù)字地形分析方法

2、，地理信息系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，應(yīng)用經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和機(jī)器學(xué)習(xí)方法全面系統(tǒng)地探討了土壤類型，土地利用類型，地形因子對土壤有機(jī)碳密度的影響和作用機(jī)理。分類探討了影響因子對研究區(qū)不同土壤類型的影響。將分類決策樹，支持向量機(jī)，梯度提升回歸樹和隨機(jī)森林應(yīng)用到土壤有機(jī)碳密度預(yù)測分析中，并比較四種方法的預(yù)測精度，應(yīng)用最佳預(yù)測方法完成影響因子的相對重要性分析和土壤有機(jī)碳密度制圖。得到以下結(jié)論：
　　(1)研究區(qū)農(nóng)用地0-20cm土壤有機(jī)碳密度的變化范

3、圍為0.45 kg/m2-6.18 kg/m2，變異系數(shù)為39.8％，屬于中等程度變異，平均值為2.64 kg/m2。通過預(yù)測得出研究區(qū)的農(nóng)田土壤有機(jī)碳密度的最大值為3.92 kg/m2，最小值為1.03 kg/m2，均值為2.74kg/m2，低于全國土壤有機(jī)碳密度(3.0kg/m2)。
　　(2)研究區(qū)土壤類型包括水稻土、沖積土、紫色土和黃壤土四類。不同土壤類型的土壤有機(jī)碳密度平均值大小不同，水稻土有機(jī)碳密度（2.68 kg/m

4、2）最高，其次為黃壤有機(jī)碳密度（2.53 kg/m2），紫色土有機(jī)碳密度（2.21kg/m2）最低。
　　(3)研究區(qū)農(nóng)用地的土地利用類型主要有水田、旱地、果園、其他園地四中類型中，水田（3.17 kg/m2）的土壤有機(jī)碳密度最高，其次為果園（2.53 kg/m2），其他園地（2.13 kg/m2）的土壤有機(jī)碳密度最低。
　　(4)研究區(qū)的坡位分為六種：山脊、上坡、中坡、平坡、下坡和溝谷。土壤樣點(diǎn)在具體坡位的分布情況為中間坡

5、位(中坡和平坡)分布最多，溝谷中分布最少。在所有影響因子中坡位對有機(jī)碳密度的相對重要性程度為中等，其中坡位對水稻土有機(jī)碳的影響程度最大，對沖積土的有機(jī)碳密度影響程度最小。
　　(5)本研究中，相關(guān)分析得出的土壤有機(jī)碳密度與地形因子的相關(guān)關(guān)系與隨機(jī)森林得出的地形因子對有機(jī)碳密度的影響關(guān)系走勢大致相同，但是地形因子在不同的區(qū)間對土壤有機(jī)碳密度的影響程度和局部趨勢有所變化。土壤有機(jī)碳密度與地形因子均呈及顯著相關(guān)關(guān)系((p<0.01)。海

6、拔，SAGA濕度指數(shù)，谷底平坦綜合指數(shù)對土壤有機(jī)碳密度的影響程度較大且為正相關(guān)關(guān)系。溝谷網(wǎng)絡(luò)垂直距離，坡向?qū)ν寥烙袡C(jī)碳密度的影響程度極小。
　　(6)通過建立預(yù)測模型，并進(jìn)行影響因子重要性排序，影響土壤有機(jī)碳密度因子重要性排序前三為：土壤類型、土地利用類型、海拔；水稻土有機(jī)碳密度影響因子的重要性排序前三的為：SAGA濕度指數(shù)、溝谷深度、坡長坡度因子；紫色土有機(jī)碳密度影響因子重要性排序前三為：土地利用類型、SAGA濕度指數(shù)、谷底平坦

7、綜合指數(shù)；黃壤有機(jī)碳密度影響因子重要性排序前三的為：土地利用類型、谷底平坦綜合指數(shù)、SAGA濕度指數(shù)；沖積土有機(jī)碳密度影響因子重要性排序前三的為：SAGA濕度指數(shù)、溝谷深度、谷底平坦綜合指數(shù)。土壤類型對土壤有機(jī)碳密度的影響程度最大，影響因素的相對重要性在不同土壤類型中不同。土地利用類型對紫色土和黃壤土有機(jī)碳密度重要影響程度最大，SAGA濕度指數(shù)對水稻土和沖積土有機(jī)碳密度影響程度最大。土地利用類型對沖積土土壤有機(jī)碳密度的幾乎沒有影響。

8、r>　　(7)在本研究中，比較隨機(jī)森林，梯度提升回歸樹，支持向量回歸和回歸樹四種土壤有機(jī)碳密度預(yù)測模型精度，結(jié)果表明，對全區(qū)土壤有機(jī)碳密度而言，隨機(jī)森林的預(yù)測精度最高，在水稻土和紫色土有機(jī)碳密度預(yù)測模型中，隨機(jī)森林的預(yù)測精度明顯高于其他三種預(yù)測模型，在黃壤和沖積土有機(jī)碳密度預(yù)測模型中，回歸樹的預(yù)測模型精度最高。
　　(8)應(yīng)用隨機(jī)森林得到研究區(qū)的農(nóng)田土壤有機(jī)碳密度的分布圖，由圖可知土壤有機(jī)碳密度的變化趨勢大致與研究區(qū)的地形變化和土