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1、 分类号： S127 单位代码： 10335 密 级： 无 学 号： 20714105 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 中文论文题目中文论文题目：龙游县龙游县低丘红壤肥力时空变异特征及低丘红壤肥力时空变异特征及 开发潜力评价研究开发潜力评价研究 英文论文题目英文论文题目： Spatio-temporal variability of red soil fertility and utilization potential evaluation in low hill region of Longyou County 申请人姓名： 张 玲 指导教师： 许红卫 副教授 专业名称： 农业遥感与信
2、息技术 研究方向： 遥感与 GIS 应用 所在学院： 环境与资源学院 论文提交日期论文提交日期 2010 年年 5 月月 龙游县低龙游县低丘红壤肥力的时空变异特征及开发潜力评丘红壤肥力的时空变异特征及开发潜力评 价研究价研究 论文作者签名论文作者签名: 指导教师签名指导教师签名: 论文评阅人 1：张秀英副教授南京大学地理与海洋科学学院 评阅人 2： 汪海珍副教授浙江大学环资学院 评阅人 3： 邓劲松副教授浙江大学环资学院 评阅人 4： 评阅人 5： 答辩委员会主席： 王珂教授浙江大学环资学院 委员 1： 卢升高教授浙江大学环资学院 委员 2： 沈掌泉副教授浙江大学环资学院 委员 3： 许红卫副
3、教授浙江大学环资学院 委员 4： 委员 5： 答辩日期： 2010 年 6 月 6 日 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 浙江大学浙江大学 或其他教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 浙江大学浙江大学 有权保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印
4、件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权 浙江大学浙江大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书） 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 I 致致 谢谢 本论文是在许红卫导师的精心指导和殷切关怀下完成的，论文的字里行间 都凝聚着导师的大量心血。导师她敏锐的学术洞察力、勤勉的敬业精神、渊博 的专业知识、严谨的治学态度，使学生我受益匪浅，终身难忘。在此，向我的 导师致以最诚挚的敬意和衷心的感谢。同时，特别感谢王珂老师、沈掌泉老师、 邓劲松老
5、师在我学习过程中给予的无私帮助和热心指导，以及对为本论文提出 的宝贵意见。 在研究生学习期间，得到了遥感所王人潮老师、梁建设老师、黄敬峰老师、 史舟老师、周斌老师、吴嘉平老师、周炼清老师等给予的热情帮助和耐心指导， 在此对他们表示由衷的感谢。 特别感谢师姐林芬芳，学友邱乐丰、严世光、敖为赳在实验数据处理及论 文写作中的指导。 感谢师兄章仲楚、丁晓东、师姐张晶、韩凝、石媛媛、朱晓云、王新辉、 黄芳、祝锦霞、贾春燕及学友陈祝炉、凌在盈、AMIR、李波、黄启厅、石晶晶、 陈霞、张东彦、杨超、陈利苏、付志鹏、路雪、吴静、雒瑞森、陆超、干牧野、 马利刚、虞舟鲁、顾清、李佳丹、李琴琴、李震、张鸣、汪娟、吕
6、少芳等等在 课题研究及平日工作中给予的帮助和支持，更要感谢他们营造了遥感所朝气蓬 勃、轻松和谐的环境，让我在这里度过了难忘的三年美好时光。 特别感谢我的父母和家人多年来对我一如既往的关心和支持，谨以此文献 给他们并献上我深深的祝福。 感谢环资学院各位领导、老师、学友七年来的关心和帮助。 向上面没有提及的所有帮助过我的人表示感谢！ 向参加论文评阅和答辩的各位老师和专家致以诚挚的谢意！ 张 玲 2010 年 5 月于杭州 浙江大学硕士学位论文 摘要 II 摘摘 要要 本文以浙江省衢州市龙游县低丘红壤资源为研究区，采用第二次土壤普查 期龙游县土壤样点等数据和 2005 年浙江省低丘红壤开发治理项目中
7、龙游县数 据，应用地统计分析、土壤综合肥力评价等方法，研究低丘红壤区土壤肥力的 时空变异特征，分析评价龙游县低丘红壤资源的土壤肥力和土地资源开发利用 潜力，对于合理开发利用低丘红壤资源，解决当前土地资源严重不足的社会问 题具有重要意义，为县（市）级土地（土壤）可持续利用管理决策提供依据。 论文的主要研究内容和研究结果如下： (1) 通过对 1983 年、 2005 年龙游县低丘红壤区土壤样点的土壤各肥力因子 的养分特征的比较分析， 经过 20 年的低丘红壤资源的开发与利用， 龙游县低丘 红壤区土壤有机质含量略有上升，速效磷、速效钾含量显著下降，土壤酸度增 大。通过叠置分析不同时期的土地利用现状
8、图层可知，水田和林地土壤有机质 含量增加，园地变化不显著，旱地土壤有机质含量下降；农用地中，土壤速效 磷、速效钾含量均显著下降；在不同的土地利用方式下，低丘红壤区土壤酸度 均增大， 园地和林地对土壤酸度总量的影响要比旱地和水田大， 其中林地最大； (2) 对 2005 年土壤采样点数据采用地统计分析得到龙游县低丘红壤区土壤 单因子肥力的空间变异特征，并对各单因子肥力进行普通克里格插值得到其空 间分布图，为低丘红壤区土壤综合肥力评价提供基础数据。 (3) 利用 2005 年现有数据中的有机质、有效氮、速效磷、速效钾和 pH 等 5 个土壤肥力因子，通过土壤质量评价中的隶属度函数、相关系数法及指数
9、和综 合评价模型，得到龙游县低丘红壤区土壤综合肥力指数。结果显示：龙游县低 丘红壤区土壤整体质量不高，缺磷钾严重，土壤酸瘦，其中类土壤（极差） 占 7%，类土壤（差）占 32.8%，类土壤（中等）占 36.66%，类土壤（良 好）占 23.53%。结合土地利用现状图可知，园地土壤综合肥力条带覆盖传统耕 作。 通常，农地休闲后的前 20 年，土壤有机质因为分解加速反而降低，随后才 开始增加，相反实施轮作、残茬覆盖、施用化肥和种植绿肥，可以在短期内提 高土壤有机质含量。 1.2.2 土壤肥力空间变异的形成 土壤特性空间变异的来源包括系统变异和随机变异两种。 自然过程 （地形、 母质、土壤类型、气候
10、）是土壤养分空间变异的内在驱动力，它有利于土壤特 性空间变异结构性的加强和相关性的提高， 尤其是在较大尺度上表现更为明显； 而人为活动如施肥、灌溉、耕作措施、种植制度则是养分变异的外在影响因素， 表现出较大的随机性，它往往对土壤特性空间变异的结构性和相关性具有消弱 作用，使土壤特性的空间分布朝均一方向发展（林芬芳，2009） 。但由于我国种 植制度复杂，以家庭承包责任制为主，小规模生产，因此人为管理的差异也能 造成土壤养分的变异。一些研究指出，土壤母质、气候、地形、生物和人类活 动（如施肥、耕作措施、种植制度、灌溉）等因素对土壤特性（物理、化学及 浙江大学硕士学位论文 第一章 绪论 4 生物性
11、质）的空间异质性有较大的影响。 土壤母质对土壤形成与发育有强烈的影响，不同母质发育的土壤在理化性 状上往往存在较大的差异。一般来说，在没有人为因素影响下，母质养分含量 高，土壤中养分含量也会较高。在特定区域内，由于气候条件差异不大，经过 长期比较一致的种植和管理后，土壤养分空间变异将趋于缓和，即由于母质差 异等引起的变异逐渐减小，可形成表面上较为一致的区域（李子忠等，2000） 。 气候对土壤形成的影响主要体现在两个方面：一是直接参与母质的风化， 水热状况直接影响矿物质的分解与合成及物质积累和淋失；二是控制植物生长 和微生物的活动，影响有机质的积累和分解，决定养料物质循环的速度。 生物因素是促
12、进土壤发生发展最活跃的因素。由于生物的生命活动，把大 量的太阳能引进成土过程，使分散在岩石圈、水圈和大气圈中的营养元素向土 壤表层富集，形成土壤腐殖质层，使土壤具备肥力特性，推动土壤的形成和演 化。 地形影响水热条件和成土物质的再分配，其与土壤特性空间变异有直接的 关系，因而不同地形位置有着不同的土壤特性。有研究表明，土壤养分流失量 随坡度的增大而增加 （白红英等， 1991） ； 而由于侵蚀、 堆积和养分富集化作用， 一般坡下部土壤全量养分含量普遍高于坡上部（郑剑英等，1996） ；中国东南丘 陵区高肥力土壤多分布在平原地区，低肥力土壤主要分布在山区（孙波等， 1995） 。 人为活动对土壤
13、特性的影响极为深刻。人类活动如施肥、种植制度、耕作 措施、灌溉方式以及其他一些生产管理措施都是使得土壤肥力产生空间变异的 因素。还有工业化和城市化进程对土壤特性的影响也不容忽视。有研究表明， 城市化、交通建设等能引起的路域周边土壤理化性质恶化，进而造成土壤粗粒 化，且存在土壤污染的可能（余海龙等，2006） 。 不同的时空尺度、不同的地理区域、不同的人为干预条件下，由于促成其 时空变异的主导因素不同，进而形成了特定的时空变异特征，了解和理解土壤 的时空变异特性，是正确认识土壤有机体、管理好土壤养分的基础。 浙江大学硕士学位论文 第一章 绪论 5 1.2.3 地统计学在土壤肥力时空变异研究中的应
14、用 地统计学（Geostatistics）起源于 20 世纪 60 年代的矿藏勘探业，主要用来 预测矿物储量。其创始人 Matheron 对其的定义为：以随机函数的形式体系在勘 查与估计自然现象中的应用。随后，经过近 20 年的发展，地统计学在许多学科 和工业领域得到了广泛的应用，如地球物理学、气象学、水文地理学、人口遗 传学、环境治理、土壤科学等许多方面。 一些地统计学工作者对地统计学的定义是： “地统计学是以区域化变量理论 为基础，以变异函数为主要工具，研究那些在空间分布上既有随机性又有结构 性，或空间相关性和依赖性的自然现象的科学”。 利用地统计学对土壤肥力进行时空变异研究是 20 世纪
15、 70 年代引入的，到 目前为止，国内外研究者在此方面已做了大量工作。Davis（1995）对西非尼日 尔土壤化学性质的研究发现， 低矮植物和树木分布使速效磷的各参数 （基台值、 变程和块金系数）要比土壤 pH、可交换铝和氢的各个参数值高，南北方向比东 西方向的方差大。国内王其兵等（1998）等在内蒙古锡林河流域草原上对土壤 有机碳及氮素的空间异质性进行了分析研究，并应用空间局部内插法，绘制了 两个因子的空间等值分布图。郭旭东等（2000）研究了河北省遵化市土壤表层 碱解氮、全氮、速效钾、速效磷和有机质五种养分要素的空间变异规律，发现 五种养分要素的空间自相关程度都属于中等程度的自相关，但空间变异的尺度 范围不同，全氮最大；五种养分要素的各向同性的范围也不同，碱解氮和速效 磷在整个范围（0-28km）都表现出各向同性，全氮和有机质其次（0-10km） ， 速效钾最小（0-8km） 。孙波等（2002）将 GIS 和地统计相结合，研究了我国中 亚热带低丘红壤肥力的时空变异，得出地统计学方
