鄂西犟河流域表層土壤有機(jī)碳時空變化及其影響因素

符雅盛, 張利華, 鄭蕓薔, 朱志儒, 馬永明, 崔 越

〔中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) 地理與信息工程學(xué)院地理系, 湖北 武漢 430074)〕

土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫[1]，是陸地植被碳庫(5.00×1011～6.00×1011t)的2～3倍，是全球大氣碳庫(7.50×1011t)的2倍多[2]。土壤有機(jī)碳(soil organic carbon， SOC)包括植物、動物及微生物的遺體、排泄物、分泌物及其部分分解產(chǎn)物和土壤腐殖質(zhì)。土壤有機(jī)碳的儲量是植物殘體進(jìn)入土壤并受土壤微生物作用分解損失后的動態(tài)平衡結(jié)果[3]。土壤碳是全球碳儲量的重要組成，其固定及釋出，不僅影響到陸地植被的養(yǎng)分供給，也影響了陸地生態(tài)系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)、分布及功能，更對溫室氣體及全球氣候變化具有重要影響[4]。其庫容大小受到氣候、植被、土壤理化性質(zhì)以及人類活動等諸多自然和人為因素的影響。深入研究SOC在小型丘陵山地集水區(qū)的分異規(guī)律及其影響因素對小流域碳循環(huán)、碳分配以及防止森林SOC流失、土壤肥力退化具有重要意義。

中外學(xué)者在土壤有機(jī)碳儲量、密度、空間分異、時間變化及其影響因子等方面做了大量研究，對全球土壤碳庫和碳循環(huán)研究具有借鑒意義。全球主要生態(tài)系統(tǒng)及土壤剖面的土壤有機(jī)碳庫研究已較成熟，不同模型和方法的計算結(jié)果無數(shù)量級差異。區(qū)域插值模型、回歸擬合模型和機(jī)器學(xué)習(xí)等模型被較多的運用于土壤有機(jī)碳含量的估算[5]?？臻g變異性、依賴性以及各環(huán)境因子對土壤有機(jī)碳的影響可以被用來認(rèn)識和研究其含量[6]。當(dāng)前，隨著研究程度的加深和研究對象的細(xì)化，中小尺度的土壤有機(jī)碳空間分異和動態(tài)變化及其影響因素的研究尚存在一些不足。小尺度的土壤有機(jī)碳研究集中在單一土地覆蓋類型下土壤有機(jī)碳含量與海拔、地形之間的關(guān)系[7]。首先，傳統(tǒng)的有機(jī)碳空間分布預(yù)測局限于土壤普查等歷史數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)陳舊、更新慢、時間分辨率低。全國土壤普查在小流域尺度的實測剖面不足，空間分辨率低。其次，目前的研究多以土地利用、生態(tài)類型和地貌類型為研究對象，研究較多的有耕作模式、植被類型以及生境對土壤有機(jī)碳含量的影響。對于地表復(fù)雜、山體破碎的小流域尺度土壤SOC的影響因子的研究還不夠充分。此外，人類活動的規(guī)模不斷擴(kuò)大，地表植被的非自然演替以及土地利用使得傳統(tǒng)方法不再具有普適性。小流域尺度的研究區(qū)還有著地表形態(tài)復(fù)雜、人為活動強(qiáng)度大、土壤變異性強(qiáng)等特點，地形的復(fù)雜弱化了空間自相關(guān)，地統(tǒng)計方法的效果被削弱。

本文基于野外工作、實驗室測定、遙感影像解譯和地形因子計算，研究環(huán)境變量對土壤有機(jī)碳含量的影響；通過地統(tǒng)計分析研究區(qū)土壤有機(jī)碳變異特征，引入植被、地形等因子進(jìn)行擬合，比較其相關(guān)性并作主成分分析，確定研究區(qū)土壤有機(jī)碳含量時空變化的影響因子和主導(dǎo)因素，以期為當(dāng)?shù)睾皖愃茀^(qū)域的水土保持提供科學(xué)建議。

1 研究區(qū)概況

犟河位于丹江口水庫上游100 km處，是堵河的一級支流，發(fā)源于十堰市張灣區(qū)大獨嶺，東西流向，在十堰市黃龍鎮(zhèn)東灣村附近匯入堵河，干流全長25 km左右。犟河流域跨越東經(jīng)110°31′42″—110°43′24″，北緯32°29′51″—32°42′32″，流域面積326 km2，是南水北調(diào)中線工程的重要水源地之一。流域地處秦巴山區(qū)東延余脈，位于大巴山和武當(dāng)山之間，地勢南高北低，自西南向東北傾斜，間有河谷平地，海拔集中在150 m到1 100 m之間。流域地層以中元古界武當(dāng)山群為主，巖性為淺變質(zhì)巖系，以石英片巖為主。流域土壤質(zhì)地以壤質(zhì)砂土為主，流域氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)性氣候，多年平均氣溫為15.4 ℃，多年平均降水量為769.6 mm，年總平均降水日數(shù)為115～120 d。流域?qū)儆诒眮啛釒Ш蜏貛н^渡區(qū)的自然生態(tài)系統(tǒng)，森林覆蓋率近80%，既具有保存完整的原生林，也具有次生經(jīng)濟(jì)林和涵養(yǎng)水源林，植被類型以常綠針葉林、落葉闊葉灌木和針闊混交林為主。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

基于ArcGIS的水文分析模塊對十堰市ALOS World 3 D-DSM(空間分辨率為30 m，下載于http:∥www.eorc.jaxa.jp/ALOS/en/aw3 d30/)進(jìn)行水文分析，獲得犟河流域的流域邊界，以犟河流域的ALOS World 3 D-DSM和2017年3月的Landsat8-OLI影像(下載于http:∥www.gscloud.cn/)為基礎(chǔ)資料，提取犟河流域的主要水系(見封2，附圖4)和土地覆蓋類型(見封2，附圖5)。使用ENVI的地形模塊計算坡度、坡向、剖面曲率、橫向曲率、縱向曲率和水平曲率。提取植被指數(shù)包括經(jīng)典的歸一化植被指數(shù)(NDVI)和比值植被指數(shù)(RVI)。將犟河干流及其支流分為上游、中游、下游3個部分進(jìn)行土壤樣品采集(見封2，附圖4)：樣品采集時間為2017年1，6月和10月以及2018年1月，共采集表層土壤樣品100個；土壤采集樣區(qū)的土地覆蓋方式以針葉林、闊葉灌木和農(nóng)田為主(見封2，附圖5)，采集深度均為去除枯枝落葉層后10—15 cm，每個樣區(qū)面積為5 m×5 m，均采集四角及對角線中心點的樣品進(jìn)行混合，然后采用四分法采集總量均為1 000 g左右的混合樣品裝入樣袋并進(jìn)行記錄，回室內(nèi)后自然風(fēng)干研磨過篩(0.25 mm)備用。土樣SOC含量由中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地球科學(xué)學(xué)院的總有機(jī)碳分析儀(德國Elementar公司的vario TOC)進(jìn)行分析和測定。

2.2 研究方法

用地統(tǒng)計的克里格模型預(yù)測研究區(qū)土壤有機(jī)碳含量的空間分布并作誤差分析，用SPSS軟件作影響因子的非線性擬合以及主成分分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 描述性統(tǒng)計和地統(tǒng)計分析

3.1.1 土壤有機(jī)碳含量的描述性統(tǒng)計 土壤有機(jī)碳含量的描述性統(tǒng)計是一種能夠反映土壤有機(jī)碳含量基本特征的統(tǒng)計學(xué)方法。土壤樣品分為2017年冬(2017年1月)，2017年夏(2017年6月)，2017秋(2017年10月)，2018冬(2018年1月)共4期，次年春季的土樣因?qū)嶒炇覂x器損壞而損毀。根據(jù)SPSS描述性統(tǒng)計及正態(tài)檢驗結(jié)果(見表1)，土壤有機(jī)碳含量的變異系數(shù)大于水體有機(jī)碳，因為土壤質(zhì)地、覆蓋類型和地形因素等都對土壤有機(jī)碳有影響?？傮w而言，變異系數(shù)由大到小依次為：冬季、夏季、次年冬季、秋季。

表1 4期土壤有機(jī)碳含量描述性統(tǒng)計特征

Kolmogorov-Smirnov檢驗(K-S檢驗)是一個比較頻率分布f(x)與理論分布g(x)或者兩個觀測值分布的檢驗方法。K-S檢驗是一種適用于小樣本的非參數(shù)檢驗方法。根據(jù)K-S檢驗結(jié)果，有3期樣本的顯著性大于0.05，滿足正態(tài)分布，為后續(xù)地統(tǒng)計分析提供參考。

3.1.2 土壤有機(jī)碳的地統(tǒng)計空間分布模擬 描述性統(tǒng)計可以描述數(shù)據(jù)的總體分布特征，但無法準(zhǔn)確反映土壤有機(jī)碳的空間變異結(jié)構(gòu)。地統(tǒng)計學(xué)基于參數(shù)估計和假設(shè)檢驗的思想，既考慮樣本值的大小，又重視樣本空間位置及樣本間的距離，彌補(bǔ)了經(jīng)典統(tǒng)計學(xué)忽略空間方位的缺陷。因此采用地統(tǒng)計學(xué)方法對研究區(qū)SOC含量的結(jié)構(gòu)性與隨機(jī)性進(jìn)行定量描述。2018年1月樣本分布最均勻，且樣本數(shù)量較大，因此選擇該期樣本進(jìn)行克里金插值，擬合全流域的土壤有機(jī)碳分布狀況。

分別用高斯模型和指數(shù)模型對半變異函數(shù)點云進(jìn)行擬合并制圖，并比較兩種模型生成的預(yù)測圖的優(yōu)劣，比較的統(tǒng)計指標(biāo)見表2。對比表2中的數(shù)據(jù)，確定高斯模型作為最適模型。插值結(jié)果(見封2，附圖6)示，犟河流域土壤有機(jī)碳含量的低值出現(xiàn)在陽南溝上游—鮑花溝中游—安溝下游—安溝一線以北以及財神溝中游地區(qū)；土壤有機(jī)碳含量的中等水平分布在大西溝下游、鮑花溝下游、犟河中下游低坡地區(qū)；土壤有機(jī)碳含量的高值分布在大西溝上游及財神溝上游以南的山地地區(qū)。由附圖7可知：犟河中游以西—陽南溝鮑花溝中游以南—大西溝和財神溝中游以北地區(qū)預(yù)測誤差小，預(yù)測誤差最大處主要在大西溝和枧堰溝上游及以南山區(qū)。當(dāng)模型非常適合用于生產(chǎn)和制圖時，預(yù)測誤差的平均值應(yīng)趨于0，標(biāo)準(zhǔn)均方根趨于1，均方根以及平均標(biāo)準(zhǔn)誤差應(yīng)盡可能小。高斯模型的參數(shù)如下：塊金值C0=36.762，偏基臺C=0，變程=0.217，方向=9°?？臻g異質(zhì)比為塊金值/基臺值，用于衡量隨機(jī)因素和結(jié)構(gòu)性變異對土壤空間分異性的影響。C0/(C+C0)=1>0.75，說明土壤有機(jī)碳的空間相關(guān)性極弱，即距離不是土壤有機(jī)碳含量發(fā)生空間變異的主導(dǎo)因子，其變異主要由結(jié)構(gòu)性因素和隨機(jī)性因素導(dǎo)致。

表2 克里金交叉驗證參數(shù)

3.2 影響土壤有機(jī)碳的因素分析

影響土壤有機(jī)碳含量的結(jié)構(gòu)性因素和隨機(jī)因素主要有土壤質(zhì)地、土地覆蓋、植被等環(huán)境因子以及海拔、坡度、坡向、地表曲率等地形因子。

3.2.1 土地覆蓋 根據(jù)由犟河流域采集得到的46個表層土壤樣品的SOC含量數(shù)據(jù)以及流域土地利用數(shù)據(jù)，采用描述性統(tǒng)計分析方法得到如表3所示的統(tǒng)計結(jié)果。

表3 不同土地利用方式下土壤有機(jī)碳含量統(tǒng)計特征

犟河流域SOC含量為14.32±8.62 g/kg，不同土地利用下SOC含量差異不顯著(p>0.01)。其中，農(nóng)田SOC含量的均值最大，園地、混交林和針葉林次之，灌木最小。不同的土地利用方式會直接導(dǎo)致地表覆被的改變，植被覆蓋越高，枯枝落葉堆積越多，有利于表層土壤有機(jī)碳的富集。土壤SOC的含量存在顯著差異。園地受人為因素影響嚴(yán)重，生活污水的傾倒和排放也間接給作物提供肥力。作物不同，對農(nóng)田進(jìn)行施肥、播種、松土等活動的頻次和強(qiáng)度不同，使得農(nóng)田的土壤有機(jī)碳含量的差異也較大。由此可見，農(nóng)田和園地受人為因素影響最大。比農(nóng)田的土壤有機(jī)碳含量稍低的是混交林，混交林整體的土壤有機(jī)碳水平較針葉林高?；旖涣种械臉浞N有杉樹、竹、楊樹、泡桐樹等，由于生物群落復(fù)雜，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性高，有利于土壤有機(jī)碳的生成與積累[8]。

3.2.2 土壤類型 成土過程、發(fā)育程度及耕作管理措施的差異形成了不同的土質(zhì)類型，不同土質(zhì)的理化性質(zhì)也存在不同。石灰性沖積土的土壤有機(jī)碳含量相對較高，簡育高活性淋溶土和不飽和雛形土的土壤有機(jī)碳含量接近(見表4)。

表4 不同土壤類型的土壤有機(jī)碳含量統(tǒng)計特征

3.2.3 坡度 分析4期土壤樣品有機(jī)碳含量與坡度的Pearson線性相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)僅2017年夏季樣本相關(guān)系數(shù)為0.618(p<0.05)，即土壤有機(jī)碳含量隨坡度的增加而增加，其他幾期并無明顯規(guī)律。其中，線性模型為最優(yōu)擬合模型，模型表達(dá)式為：Y=6.067+0.299X，表明其有機(jī)碳含量隨坡度的增加而增加(見表5)。

表5 2017年夏季土壤有機(jī)碳含量與坡度回歸擬合模型

3.2.4 土層深度 課題組于2018年在流域東部的頭堰水庫采集樣本，樣點位于人跡罕至的山坡坡頂，排除了人為干擾，植被覆蓋為針葉闊葉混交林，坡度為42°。去掉枯枝落葉層后的土壤厚度為25 cm。以5 cm為一個單位厚度采集同一剖面的土樣5個，測得其土壤有機(jī)碳的含量分別為5.22 g/kg(0—5 cm)，15.57 g/kg(5—10 cm)，38.51 g/kg(10—15 cm)，19.17 g/kg(15—20 cm)，8.93 g/kg(20—25 cm)。該剖面土壤有機(jī)碳含量的平均值為17.48 g/kg，且隨土壤厚度的加深有先增后減的趨勢。

3.2.5 坡位 在頭堰水庫的42°坡的坡中采集土樣，覆蓋為針闊葉混交林，其土壤有機(jī)碳含量為14.34 g/kg；在坡腳采集土樣，土地覆蓋為灌叢，測得其土壤有機(jī)碳平均值為13.99 g/kg。坡頂、坡中、坡底的土壤有機(jī)碳含量接近，有不明顯的遞減趨勢。

3.2.6 植被指數(shù) 秋季是利用遙感影像光譜信息評估不同植被生長狀況的最佳觀測時期。經(jīng)預(yù)處理后計算出歸一化植被指數(shù)(NDVI)和比值植被指數(shù)(RVI)(見圖1)。NDVI和RVI都是反映植被長勢和營養(yǎng)信息的重要指標(biāo)之一，前者在低植被區(qū)的敏感性強(qiáng)，在植被覆蓋度高(50%)的地區(qū)敏感性降低，而RVI對高值被覆蓋度下的植被差異響應(yīng)明顯。歸一化植被指數(shù)圖中亮色為低值，暗色為高值；圖1中顯示犟河流域除了犟河干流、流域靠近市區(qū)的東北部以及南北數(shù)條溝內(nèi)為非植被，其余地區(qū)都覆有植被。比值植被指數(shù)圖中顏色越暗，植被越密、長勢越好。由圖1可知RVI以犟河干流為軸向兩側(cè)逐漸增加，而南北兩側(cè)又沿著溝向兩側(cè)山坡逐漸增加。由于犟河南部的面積比犟河北側(cè)部分的面積大，人類活動少，海拔差異也越大，植被表現(xiàn)出一定程度的差異：犟河南側(cè)東北部頭堰水庫附近有較多人工種植的次生針葉林，財神溝海拔中游和上游海拔700 m以上為原生針葉林，中游海拔500～700 m以下為原生針葉林灌木混交林，下游與頭堰水庫一致，為次生針葉林。

圖1 犟河流域植被指數(shù)分布

(1) NDVI值。秋季土壤樣本與NDVI存在中等程度的正相關(guān)(相關(guān)系數(shù)為0.49，p<0.01)，即土壤有機(jī)碳含量隨NDVI的增加而增加(見表6)。

表6 2017年秋季土壤有機(jī)碳含量與坡度回歸擬合模型

(2) RVI值。秋季土壤樣本與RVI存在強(qiáng)正相關(guān)(相關(guān)系數(shù)為0.494，p<0.05)，即土壤有機(jī)碳含量隨RVI的增加而增加(見表7)。

表7 2017年秋季土壤有機(jī)碳含量與RVI回歸擬合模型

3.2.7 地表曲率 地面曲率是度量地形表面單位點的扭曲變化程度的重要因子，是地面復(fù)雜程度以及地面切割破碎程度的體現(xiàn)。垂直方向上的分量稱為剖面曲率，水平方向上的水平曲率。

水平曲率是等高線方向的變化率，即坡向的變化率，它是一個反映等高線彎曲程度的指標(biāo)，反映了坡向的變化。剖面曲率是指地面上任意一點位地表坡度的變化率，即垂直方向上地形的凹凸變化。經(jīng)過線性和非線性擬合，在2017年1月和6月的樣本中均發(fā)現(xiàn)土壤有機(jī)碳含量隨地表曲率絕對值的增大而增加的規(guī)律。使用線性、指數(shù)、對數(shù)等模型進(jìn)行擬合分析，結(jié)果表明指數(shù)函數(shù)的擬合效果優(yōu)于其他函數(shù)，最優(yōu)擬合模型的參數(shù)見表8。而秋季和次年冬季的樣本并無明顯規(guī)律。2017年秋季發(fā)生持續(xù)性降水，犟河干流水位達(dá)到1986年以來的最高值，土壤有機(jī)碳流失加重；2018年冬季采樣主要目的是分析不同土地利用方式對土壤有機(jī)碳的影響，因此土壤有機(jī)碳含量更多的受土地利用方式控制。

3.2.8 主成分分析 土壤有機(jī)碳含量的影響因子頗多，且各因子之間相互關(guān)聯(lián)，相互作用。用“降維”思想對各影響因子做主成分分析(見表9)。主成分對應(yīng)特征值大于1是主成分分析的原則。由表9可知，最終主成分的特征值分別為3.997，1.818，即原始變量的信息量分別被擴(kuò)大了3.997，1.181倍，其中前兩個主成分指標(biāo)的貢獻(xiàn)率分別達(dá)到66.228%和30.294%，累計能夠解釋所有原始變量信息的96.582%，且特征值均大于1，達(dá)到主成分分析的要求。

表8 犟河流域表層土壤有機(jī)碳含量與地表曲率回歸擬合模型

表9 土壤有機(jī)碳含量影響因子主成分的特征值和貢獻(xiàn)率

根據(jù)表10可知，第一主成分由剖面曲率、橫向曲率、水平曲率和縱向曲率決定，它們在主因子上的載荷分別為0.982，-0.978，0.963，0.944，是犟河流域土壤有機(jī)碳的主導(dǎo)影響因子，而曲率是地形因子的反映；第二主成分由NDVI和RVI構(gòu)成，它們在主因子上的載荷分別為0.926，0.904，是犟河流域土壤有機(jī)碳的次要解釋變量，代表了植被因子。

表10 地形和植被因素主成分因子載荷

4 討論與結(jié)論

4.1 討 論

犟河流域?qū)儆诙跷鞯湫偷那鹆晟降匦×饔?，山體破碎、地形起伏大。流域內(nèi)土壤樣本有機(jī)碳的平均含量為11.39 g/kg，低于全國平均值(22.28 g/kg)；變幅為0.6～63.9 g/kg，變異系數(shù)為76.97%，低于全國水平(96.10%)，最大值是最小值的106.5倍，變異幅度較大，具有強(qiáng)空間異質(zhì)性。塊基比為1，表明隨機(jī)部分引起的空間異質(zhì)性占系統(tǒng)總變異的比例高，即樣本間的變異更多的是由隨機(jī)因素引起，而非距離，因此SOC的空間自相關(guān)極弱[9]。地統(tǒng)計結(jié)果表明土壤有機(jī)碳含量在水平空間分布上無明顯趨勢，建立在地理學(xué)第一定律基礎(chǔ)上的地統(tǒng)計學(xué)方法在山體破碎、地表形態(tài)復(fù)雜地區(qū)的適用性不強(qiáng)。

此外，犟河流域?qū)儆诙跷鞅钡そ谒畮熘苓吷降厍鹆晁|(zhì)維護(hù)保土區(qū)，全區(qū)水土流失面積占區(qū)域國土面積的29.10%，研究區(qū)北部以中度侵蝕—強(qiáng)烈侵蝕—極強(qiáng)烈侵蝕為主，南部溝谷也有條帶狀輕度侵蝕—中度侵蝕，集中在城鎮(zhèn)建設(shè)用地以及大西溝和枧堰溝內(nèi)，中部犟河干流的侵蝕強(qiáng)度由東至西降低[10]。僅有7.77%的土樣的有機(jī)碳含量高于全國平均值，土壤有機(jī)碳儲存能力較弱。通常土壤中有機(jī)碳主要集中在土壤表層，并隨土層深度的增加而減少。人為耕作和管理可以提高土壤有機(jī)碳含量，但不合理的土壤資源利用也會破壞土壤碳儲量。犟河下游以石灰性沖積土為主，土壤類型樣本均值和地統(tǒng)計插值都顯示了高值。除了土壤類型因素，下游較多的農(nóng)田和園地，即土地覆蓋類型，亦是區(qū)域高值出現(xiàn)的原因。季節(jié)尺度的SOC變化體現(xiàn)了低溫下微生物活動分解作用減弱、SOC得以保存，而溫度上升和降水增加都能加重SOC的消耗。

相關(guān)分析表明：水平曲率、剖面曲率等地表曲率的絕對值以及RVI和NDVI兩個植被指數(shù)都和土壤有機(jī)碳呈顯著正相關(guān)關(guān)系。地表曲率能影響流水的侵蝕能力，而流水是地表重力作用的主要營力之一，地表曲率直接影響著降水對地表土壤的侵蝕強(qiáng)度，進(jìn)而影響土壤有機(jī)碳的流失，但與此同時也促使泥沙中有機(jī)碳的富集[11]。中等坡度與凹面剖面曲率和剖面曲率的組合導(dǎo)致了更高的SOC含量[12]。鮑偉佳[13]在安徽省舒城縣龍?zhí)缎×饔虻谋韺油寥烙袡C(jī)碳研究中也發(fā)現(xiàn)了地表曲率與有機(jī)碳含量的相關(guān)性，龍?zhí)缎×饔驅(qū)儆谏降厍鹆晷×饔颍０尾詈偷匦螐?fù)雜程度均不如犟河流域，研究發(fā)現(xiàn)平面曲率和剖面曲率與SOC含量的相關(guān)性分別達(dá)到0.46，0.56(p<0.01)，即SOC含量與平面曲率和剖面曲率存在極顯著的正相關(guān)，但SOC含量與NDVI和坡向的關(guān)系不顯著；盧宏亮等[14]利用隨機(jī)森林模型，預(yù)測了安徽省全省的土壤屬性，其中以水平曲率為代表的地形因子在隨機(jī)森林預(yù)測模型中的重要性位列第三，僅次于高程和NDVI，考慮安徽省山地和丘陵地貌類型的占比較大，其規(guī)律和本文結(jié)論接近。此外，在水文學(xué)和農(nóng)學(xué)領(lǐng)域的研究和經(jīng)驗也能證明地表曲率在水土流失過程中的作用，例如凹形坡(收斂形山坡)的含水量較凸形坡多，通常凹陷地貌的土壤碳儲量更高[15]。通過改造地表曲率，可以提升土壤的固碳能力，例如“順坡溝壟”和“橫坡溝壟”耕作方式可以減輕土壤有機(jī)碳的流失，且后者效果更好[16]。估算相鄰研究區(qū)丹江口某村莊的土壤有機(jī)碳庫的空間變化時，考慮建立在區(qū)域地形基礎(chǔ)上發(fā)展的地形農(nóng)業(yè)，可以提高預(yù)測的準(zhǔn)確性和可比性，研究發(fā)現(xiàn)水道或支流的分水嶺附近的SOC含量通常較高[17]。

因此，自然狀態(tài)下地表形態(tài)復(fù)雜的山地丘陵地區(qū)的土壤有機(jī)碳主要受地表曲率影響，地表的凸處和凹處分別具有侵蝕強(qiáng)度弱和堆積能力強(qiáng)的儲碳優(yōu)勢。植被指數(shù)代表了植被生長狀況，而植被又是土壤有機(jī)碳主要的重要來源之一[18]，因此植被指數(shù)作為次要解釋變量，可以評價相鄰或地表形態(tài)相近研究區(qū)的土壤有機(jī)碳含量。

4.2 結(jié) 論

(1) 丘陵山地小流域山體破碎、地形起伏大，其土壤有機(jī)碳含量變異幅度較大、空間異質(zhì)性強(qiáng)且空間自相關(guān)極弱。樣本間的變異更多的是由隨機(jī)因素引起，而非距離。建立在地理學(xué)第一定律基礎(chǔ)上的地統(tǒng)計學(xué)方法對類似地貌的研究區(qū)的適用性不強(qiáng)。

(2) 研究區(qū)不同季節(jié)土壤有機(jī)碳的控制因子并不單一，夏秋兩季土壤有機(jī)碳主要受地表曲率影響，意味著地表的凸處和凹處分別具有侵蝕強(qiáng)度弱和堆積能力強(qiáng)的儲碳優(yōu)勢。植被指數(shù)作為次要解釋變量，可以評價相鄰或地表形態(tài)相近研究區(qū)的土壤有機(jī)碳含量。