丁亞鵬,張俊華,3,*,劉玉寒,盧翠玲,王爍騫,秦靜婷,丁圣彥,3

1 黃河中下游數(shù)字地理技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河南大學(xué),開封 475004 2 河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院,開封 475004 3 河南省大氣污染綜合防治與生態(tài)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,開封 475004

土壤作為陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫[1-2],在全球碳循環(huán)中占據(jù)重要作用[3-5]。土壤中的碳素主要以有機(jī)碳的形式存在[6],土壤有機(jī)碳含量及其儲(chǔ)量的變化都會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定及功能發(fā)揮產(chǎn)生重要影響。土壤有機(jī)碳含量受土地利用方式[7-8]、管理措施[9-10]、群落結(jié)構(gòu)[11-12]、地形地勢[13-14]等諸多因素的綜合影響,在空間上具有明顯的差異性[13,15]。土壤有機(jī)碳含量的微小變化會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和全球氣候變化產(chǎn)生重要影響[16-17]。對(duì)土壤有機(jī)碳空間分布特征及影響因素的研究有助于認(rèn)清土壤有機(jī)碳變化過程及區(qū)域化反應(yīng)。同時(shí),能夠加強(qiáng)對(duì)土壤碳庫的科學(xué)認(rèn)識(shí),進(jìn)一步了解土壤碳庫"源"和"匯"的關(guān)系,在土壤有機(jī)碳的提升和土地資源管理方面有重大意義。

傳統(tǒng)方法采用空間地統(tǒng)計(jì)分析對(duì)土壤有機(jī)碳空間分布進(jìn)行研究,該方法只考慮樣點(diǎn)之間距離的空間關(guān)聯(lián)性,而忽視了各影響因素的貢獻(xiàn)率[18-19]。探究土壤有機(jī)碳影響因素的研究多采用最小二乘法(Ordinary least squares，OLS)和逐步回歸等方法[20-21]。這些線性回歸模型都是基于全局回歸模型,來反映區(qū)域總體狀況,其認(rèn)為各要素對(duì)空間上所有區(qū)域的影響是相同的,忽略了各影響因子的局部性,導(dǎo)致模擬結(jié)果與實(shí)際情況相差較大[22-23]。地理加權(quán)回歸模型(Geographically weighted regression,GWR)是一種基于樣點(diǎn)地理位置的局域空間分析方法,能夠?qū)⒕植糠秶囊蜃兞亢徒忉屪兞窟M(jìn)行合并,從而得到每個(gè)樣點(diǎn)各解釋變量的回歸系數(shù)。與傳統(tǒng)回歸模型相比,該模型在研究土壤有機(jī)碳的空間建模中具有更高的精度。因此該方法在研究土壤有機(jī)碳分布及與環(huán)境因素、土壤性質(zhì)的關(guān)系方面得到了廣泛應(yīng)用[13,24-25]。受研究區(qū)范圍影響,在空間大尺度上側(cè)重環(huán)境因素和土壤有機(jī)碳的關(guān)系[13],在小尺度上側(cè)重土壤性質(zhì)對(duì)有機(jī)碳空間特征的影響[26],綜合考慮環(huán)境因素和土壤理化因子對(duì)有機(jī)碳的共同作用的成果較少。

流域是社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-自然要素綜合作用的復(fù)合體,其組成要素的多樣性決定了流域的復(fù)雜性。在流域尺度上探討各因素對(duì)土壤有機(jī)碳的影響,是對(duì)開展區(qū)域生態(tài)學(xué)問題研究、維持各生態(tài)系統(tǒng)良性發(fā)展、綜合考慮各類要素間利用和協(xié)調(diào)發(fā)展問題進(jìn)行的有益探索。本文以伊河流域土壤為例,利用GWR模型探索土壤有機(jī)碳與環(huán)境因子和其它土壤性質(zhì)之間的關(guān)系,揭示伊河流域土壤有機(jī)碳的空間分布特征及影響因素,以期為伊河流域土地利用和管理提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

伊河流域位于河南省西部山區(qū)(33°39′—34°41′N、111°19′—112°54′E),地處我國二、三階梯的過渡地帶。伊河發(fā)源于熊耳山,流域總面積約6100 km2[27],海拔88—2128 m。地勢西南高,東北低,地貌類型豐富,主要包括山地、丘陵和平原。該區(qū)域處于北亞熱帶向暖溫帶過渡區(qū),屬季風(fēng)性氣候,年均溫12.4—15.1℃,年均降水量700—900 mm[28],四季變化明顯。伊河流域雨熱同期,降水多集中于夏季,且降雨強(qiáng)度較大,土壤易受侵蝕；流域內(nèi)上游降水較為充足,其年降水量約是下游的2倍。伊河流域土壤類型較多,分布最廣的是褐土,同時(shí)還存在棕壤、紅黏土、沙土等。該流域植被類型以暖溫帶落葉闊葉林為主,在海拔較高地區(qū)存在針葉、落葉闊葉混交林,平原區(qū)和低山丘陵區(qū)是人類活動(dòng)的主要場所,大面積的低山丘陵被開發(fā)為農(nóng)田,自然植被分布較少。

伊河流域總?cè)丝?37.2萬,城鎮(zhèn)化率42.68%,人口集中分布在河流沿岸,尤其是中下游的丘陵和平原區(qū)[28]。伊河流域土地利用類型以耕地和林地為主(圖2),城鎮(zhèn)和村落等建設(shè)用地面積約325.10 km2,主要分布在河流沿岸的丘陵和平原區(qū)；耕地面積約2458.87 km2,主要分布在丘陵和平原區(qū),在低山區(qū)也有少量分布；林地面積約2714.57 km2,主要分布在低山和中山區(qū),在丘陵和平原區(qū)有零星分布；草地面積約360.82 km2,主要分布在低山區(qū),在其它地區(qū)有零星分布。

圖2 研究區(qū)土地利用類型圖Fig.2 Land use type map of study area

1.2 樣品采集和指標(biāo)測定

根據(jù)研究區(qū)面積和交通可達(dá)性,對(duì)研究區(qū)采用6 km×6 km網(wǎng)格取樣,采集表層(0—20 cm)土壤樣品141個(gè),其中農(nóng)田樣品76個(gè),森林樣品59個(gè),草地樣品6個(gè)。將采集的土樣帶回室內(nèi)自然風(fēng)干,取適量土樣研磨過篩(2 mm、0.25 mm、0.15 mm)備用。土壤理化性質(zhì)測定方法參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[29],具體方法如下(表1)：

表1 土壤理化性質(zhì)測定方法

1.3 研究方法

1.3.1環(huán)境變量提取

本文以伊河流域DEM數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),通過ArcGIS 10.2空間分析模塊對(duì)DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行地形指標(biāo)的提取計(jì)算。共計(jì)算了11個(gè)地形因子,包括：海拔、坡度、坡向、曲率、平面曲率、剖面曲率、地形起伏度、地表粗糙度、復(fù)合地形指數(shù)(CTI)、匯流動(dòng)力指數(shù)(SPI)和沉積物運(yùn)移指數(shù)(STI)。其中CTI、SPI和STI分別由公式(1)、(2)、和(3)計(jì)算獲得。研究區(qū)DEM來源于91衛(wèi)圖的GoogleEarth高程數(shù)據(jù),空間分辨率為15 m。選取的2個(gè)氣象因子(年均溫、年均降雨量)通過逐日氣象數(shù)據(jù)計(jì)算獲得,數(shù)據(jù)來源于中國氣象局(http://data.cma.cn/)。另外選取與土壤樣品采集同時(shí)期的歸一化植被指數(shù)(NDVI),來反映研究區(qū)植被覆蓋情況,數(shù)據(jù)來源于美國NASA網(wǎng)站(https://www.nasa.gov/),空間分辨率為250 m。將上述14個(gè)因子作為探討影響土壤有機(jī)碳的環(huán)境因子。

(1)

SPI=ln(AC×tanβ×100)

(2)

(3)

式中,AC為垂直于水流方向的特定匯流面積,β為坡度。

1.3.2GWR模型

最小二乘法模型(OLS)是隨機(jī)變量(y)與確定性變量(x1,x2、xi)的多元線性函數(shù),這是一種基于全局回歸的函數(shù)(式4)。GWR模型[30]是對(duì)OLS模型的拓展,是一種局部回歸模型,將數(shù)據(jù)的地理位置嵌入到回歸參數(shù)之中,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)的局部估計(jì)(式5)。

(4)

(5)

式中,yi為樣點(diǎn)i的因變量,xik為第i個(gè)點(diǎn)上第k個(gè)變量的觀測值,(μi,νi)為第i個(gè)點(diǎn)的位置坐標(biāo),β0(μi,νi)為截距,βk(μi,νi)為第i個(gè)的回歸系數(shù),εi為誤差項(xiàng)。

GWR模型中參數(shù)的估算關(guān)鍵在于空間權(quán)重函數(shù)的選取,本文比較4種常用空間權(quán)重函數(shù),以確定適合本區(qū)域的最優(yōu)空間函數(shù),分別是固定高斯函數(shù)(Fixed Gaussian)(式6)、自適應(yīng)高斯函數(shù)(Adaptive Gaussian)(式7)、固定截尾型函數(shù)(Fixed bi-square)(式8)和自適應(yīng)截尾型函數(shù)(Adaptive bi-square)(式9)。

(6)

(7)

(8)

(9)

式中,ij代表給定研究區(qū)域的任意一點(diǎn),θ>0代表窗寬或者光滑參數(shù)。

帶寬的選擇是影響GWR模型分析結(jié)果的關(guān)鍵因素,帶寬的大小會(huì)直接影響回歸參數(shù)的估計(jì)。本文采用黃金分割搜索來選擇帶寬,以AICc作為帶寬選擇準(zhǔn)則。

AIC=2K-2ln(L)

(10)

(11)

其中,K是參數(shù)數(shù)量,L是似然函數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在Excel中記錄整理；地形因子通過ArcGIS 10.2提取、計(jì)算；GWR模型在GWR 4.0中運(yùn)行；文中空間分布圖均采用WGS_1984地理坐標(biāo)系；相關(guān)分析、多元線性回歸和共線性診斷在R軟件中實(shí)現(xiàn),相關(guān)分析采用斯皮爾曼(Spearman)法(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 伊河流域土壤有機(jī)碳的描述性統(tǒng)計(jì)特征及與環(huán)境變量和土壤性質(zhì)的相關(guān)性

伊河流域表層土壤有機(jī)碳范圍在3.37—38.34 g/kg,平均含量為12.23 g/kg,變異系數(shù)為0.47,屬于中等變異水平(表2)。流域上、中、下游有機(jī)碳平均含量分別為12.43 g/kg、12.48 g/kg和11.72 g/kg,變異系數(shù)分別為0.59、0.46、0.29,均屬于中等變異水平,變異系數(shù)自上游到下游逐漸降低,表明伊河流域土壤有機(jī)碳存在空間分布差異,其中上游差異最大,下游差異最小。

表2 伊河流域表層土壤有機(jī)碳含量特征/(g/kg)

將土壤有機(jī)碳與環(huán)境因子和其它土壤性質(zhì)進(jìn)行相關(guān)分析(圖3)。環(huán)境因子中的年均氣溫與土壤有機(jī)碳呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05),其它環(huán)境因子與有機(jī)碳的相關(guān)性較弱；土壤因子中的容重、銨態(tài)氮與土壤有機(jī)碳表現(xiàn)出顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)的趨勢；50—250 μm和250—1000 μm粒級(jí)含量、活性有機(jī)碳、全氮、硝態(tài)氮和全磷與有機(jī)碳呈正相關(guān),且相關(guān)性顯著(P<0.01)；pH和速效磷與有機(jī)碳相關(guān)性不顯著。

圖3 土壤有機(jī)碳與環(huán)境因子和土壤性質(zhì)的相關(guān)分析Fig.3 Correlation analysis of soil organic carbon with environmental factors and soil propertiesTOC: 有機(jī)碳; CTI: 復(fù)合地形指數(shù); SPI: 匯流動(dòng)車指數(shù); STI: 沉積物運(yùn)移指數(shù); NDVI: 歸一化植被指數(shù); AOC: 活性有機(jī)碳; TN: 全氮; TP: 全磷; AP: 速效磷

2.2 GWR模型構(gòu)建

2.2.1模型變量選擇

相關(guān)性作為模型解釋變量選擇的初步條件,通過相關(guān)分析,初步篩選出年均氣溫、活性有機(jī)碳、全氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、容重、全磷、50—250 μm和250—1000 μm粒級(jí)含量9個(gè)指標(biāo)作為土壤有機(jī)碳的解釋變量。為減少解釋變量存在共線性引起GWR預(yù)測產(chǎn)生偏差,需對(duì)解釋變量進(jìn)行共線性診斷,并篩選剔除存在共線性的變量。本文選取方差因子(Variance inflation factor,VIF)、特征值、條件索引和方差比例來判定各解釋變量之間是否存在共線性。由表3發(fā)現(xiàn),各解釋變量VIF值均小于10,在所有主成分中,只有9和10的條件索引大于30,且每一主成分各解釋變量的方差比例只存在單一變量的方差比例大于0.5,加之最后一個(gè)主成分不能提取出來信息,特征值接近0,條件索引相應(yīng)會(huì)很大。綜上所述,年均氣溫、活性有機(jī)碳、全氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、容重、全磷、50—250 μm和250—1000 μm粒級(jí)含量均為土壤有機(jī)碳的解釋變量。

表3 土壤有機(jī)碳解釋變量間的共線性診斷

2.2.2模型診斷與選擇

以土壤有機(jī)碳為因變量,年均氣溫、活性有機(jī)碳、全氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、容重、全磷、50—250 μm和250—1000 μm粒級(jí)含量為自變量,選擇不同的空間權(quán)函數(shù)進(jìn)行建模。在模型運(yùn)行時(shí)需對(duì)模型的擬合效果進(jìn)行診斷和選擇,選擇最優(yōu)模型。診斷參數(shù)包括殘差平方和、 AICc、R2和調(diào)整后R2[31]。不同權(quán)函數(shù)GWR模型殘差平方和和AICc值均小于OLS,R2和調(diào)整后R2均高于OLS(表4),表明對(duì)于本研究區(qū)來說,GWR模型優(yōu)于OLS模型。高斯空間權(quán)函數(shù)的殘差平方和、AICc值均高于截尾型函數(shù),R2和調(diào)整后R2均低于截尾型函數(shù)。自適應(yīng)截尾型空間權(quán)函數(shù)的殘差平方和和AICc值最低,分別為1945.76和825.20,R2與調(diào)整后R2最大,分別為0.58和0.49,自適應(yīng)截尾型空間權(quán)函數(shù)是本研究區(qū)的最優(yōu)空間權(quán)函數(shù),其模型精準(zhǔn)度最高。

表4 不同權(quán)函數(shù)GWR模型與OLS模型對(duì)比

2.3 GWR模型土壤有機(jī)碳解釋因子系數(shù)空間分布

GWR模型預(yù)測伊河流域土壤有機(jī)碳空間分布整體結(jié)果較好,局部決定系數(shù)在0.49—0.64之間,自下游到上游,決定系數(shù)逐步提高,對(duì)上游的預(yù)測精度更高(圖4)。土壤有機(jī)碳各解釋因子回歸系數(shù)具有一定差異。回歸系數(shù)最大的是AOC,范圍在1.28—2.98,表明土壤有機(jī)碳受AOC影響最大,容重的回歸系數(shù)絕對(duì)值最小,在-0.45—-0.01之間,表明有機(jī)碳受容重影響較小。各解釋因子空間分布具有局部性和非均勻性,表明同一因子對(duì)不同地點(diǎn)有機(jī)碳的影響程度不同。年平均氣溫對(duì)土壤有機(jī)碳的影響整體均為負(fù)效應(yīng),在伊河流域年平均氣溫越高,土壤有機(jī)碳含量越低,其系數(shù)絕對(duì)值中、上游最大,下游最小,年平均氣溫對(duì)中、上游有機(jī)碳限制性影響最大,下游影響微弱。全氮對(duì)有機(jī)碳的影響為正效應(yīng),全氮含量越高,有機(jī)碳含量越高,全氮系數(shù)自上游到下游逐步增加,下游有機(jī)碳受全氮影響最大,上游全氮系數(shù)在0.173—0.607,上游有機(jī)碳受全氮影響較弱?；钚杂袡C(jī)碳對(duì)有機(jī)碳是正效應(yīng),系數(shù)自上游到下游逐步減小,活性有機(jī)碳對(duì)上游有機(jī)碳的影響最大,中游次之,下游最小。硝態(tài)氮的系數(shù)在0.18—1.61之間,自下游到上游逐步增加,上游系數(shù)較小,硝態(tài)氮對(duì)上游有機(jī)碳影響較弱,對(duì)下游影響較大。銨態(tài)氮系數(shù)在-1.13—0.58之間,銨態(tài)氮對(duì)有機(jī)碳是一個(gè)負(fù)效應(yīng),在中游地區(qū)最為明顯,上游和下游系數(shù)較小,影響較弱。容重整體系數(shù)較小,對(duì)有機(jī)碳影響較弱,也存在空間差異,自上游到下游,對(duì)有機(jī)碳的負(fù)效應(yīng)逐步加大。全磷對(duì)有機(jī)碳的影響在空間上有較大差異,系數(shù)范圍在-0.18—1.29之間,在下游地區(qū),全磷系數(shù)為負(fù)值,全磷對(duì)有機(jī)碳影響為負(fù)效應(yīng),中游和上游其系數(shù)為正值,對(duì)有機(jī)碳影響為正效應(yīng),在上游地區(qū)全磷系數(shù)較大,上游全磷對(duì)有機(jī)碳的正效應(yīng)影響最大。土壤顆粒組成對(duì)土壤有機(jī)碳的影響在空間上分異較大。其中50—250 μm粒級(jí)系數(shù)在中上游為負(fù)值,表明對(duì)有機(jī)碳的影響為負(fù)效應(yīng),但絕對(duì)值較小,說明在對(duì)中上游有機(jī)碳影響較弱,其系數(shù)下游為正值,表明對(duì)下游有機(jī)碳的影響為正效應(yīng)。250—1000 μm粒級(jí)系數(shù)范圍在0.83—1.68,下游系數(shù)較小,中游最大,表明250—1000 μm粒級(jí)對(duì)下游有機(jī)碳影響較小,對(duì)中游和上游影響較大。

圖4 土壤有機(jī)碳解釋變量回歸系數(shù)分布圖Fig.4 Distribution chart of regression coefficient of soil organic carbon explanatory variables

2.4 土壤有機(jī)碳空間分布特征

GWR模型預(yù)測伊河流域土壤有機(jī)碳含量在4.31—26.93 g/kg之間(圖5),土壤有機(jī)碳含量的最大值和最小值都在上游地區(qū),且低值區(qū)占的面積較大,說明上游地區(qū)有機(jī)碳含量差別較大,空間變異性最大。下游地區(qū)有機(jī)碳含量較接近,大多在10.95—22.03 g/kg之間,空間變異性較小。中游地區(qū)高值區(qū)、中值區(qū)和低值區(qū)范圍接近,空間變異性居中?？傮w來說,土壤有機(jī)碳空間分布的高值區(qū)大多集中在海拔較高的中山區(qū)和地勢平坦的平原區(qū),低值區(qū)主要分布在低山、丘陵和河流沿岸。

圖5 土壤有機(jī)碳空間分布圖Fig.5 Spatial distribution map of soil organic carbon

3 討論

環(huán)境因子影響土壤有機(jī)碳的空間分布[13-14,24,32],研究發(fā)現(xiàn),地形因子、NDVI和氣象因子中的年均降水量與有機(jī)碳相關(guān)性不顯著,與羅梅等[13]研究年均降水量、歸一化植被指數(shù)、高程以及地形粗糙指數(shù)與有機(jī)碳含量呈極顯著相關(guān)關(guān)系有差別,可能是因?yàn)檠芯繀^(qū)人類活動(dòng)劇烈,從而干擾了環(huán)境因子的作用,加之研究區(qū)范圍較小,環(huán)境因子作用不明顯。從土壤有機(jī)碳的空間分布來看,與地形有較為一致的規(guī)律,有機(jī)碳分布的高值區(qū)大多在海拔較高地區(qū)。高海拔地區(qū)氣溫較低,植被覆蓋以灌木和草本為主,大量枯枝落葉堆積,對(duì)降水的緩沖截留,避免了土壤有機(jī)碳的流失。但從相關(guān)分析來看,有機(jī)碳的空間分布與海拔關(guān)系較弱,這方面的原因可能是由于采樣造成的,海拔較高的地方難以到達(dá),采樣點(diǎn)較少,從而影響了海拔與有機(jī)碳的相關(guān)關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn),年平均溫度對(duì)土壤有機(jī)碳是負(fù)相關(guān),這與吳春生等[33]研究一致,氣溫降低,土壤有機(jī)碳釋放速率降低,碳氮礦化速率減慢,同時(shí)環(huán)境微生物活性降低,分解動(dòng)植物殘?bào)w速度減慢,致使土壤有機(jī)碳和全氮含量積累量顯著[34-35]。

自然因素和人類活動(dòng)綜合影響土壤有機(jī)碳的空間分布特征,且具有明顯的地域性。在海拔較高的中上游區(qū)域,土壤有機(jī)碳含量主要受年平均氣溫、活性有機(jī)碳和全磷含量的影響。活性有機(jī)碳主要來源于土壤有機(jī)碳的水解,植物根系的分泌物、及其凋落物的分解,和土壤微生物本身及其代謝產(chǎn)物[36-37]；而全磷主要來源于成土母質(zhì)[38]。這表明在自然狀態(tài)下,土壤有機(jī)碳主要受立地環(huán)境、成土母質(zhì)和地表覆蓋的影響。在中上游的低山丘陵區(qū),土壤有機(jī)碳主要受容重、250 μm以上粒級(jí)含量和速效氮的影響。低山丘陵區(qū)大多被改造為耕地,受季風(fēng)性氣候的影響,降水集中,多暴雨,土壤侵蝕嚴(yán)重,細(xì)顆粒物、速效氮易被淋溶、沖刷,是引起土壤中碳含量減少的原因,加之低山丘陵區(qū)耕作交通不便,化肥和有機(jī)肥難以大量施用,收獲的秸稈主要被用來當(dāng)作燃料,使得有機(jī)碳?xì)w還較少,也就導(dǎo)致該區(qū)有機(jī)碳含量較低。這表明在低山丘陵區(qū),人類活動(dòng)和環(huán)境因素,尤其是在地形和氣候的共同作用影響了土壤有機(jī)碳的含量。平原區(qū)有機(jī)碳含量較高,主要受全氮和硝態(tài)氮的影響,可能是因?yàn)槠皆瓍^(qū)主要是耕地,地勢平坦,交通便利,大量化肥和有機(jī)肥的投入,從而使得土壤有機(jī)碳含量較高[9]。

GWR模型預(yù)測土壤有機(jī)碳可以恰當(dāng)?shù)胤从吵鲆蜃釉诰植繀^(qū)域的影響,并且其預(yù)測效果在自然狀態(tài)下或人為干擾較弱的地區(qū)更好。通過對(duì)比四種空間權(quán)重矩陣函數(shù)結(jié)果,GWR模型在空間權(quán)重矩陣函數(shù)的選擇上,自適應(yīng)型函數(shù)可以根據(jù)采樣點(diǎn)之間的距離調(diào)整權(quán)重,更具有合理性[39]。該模型在土壤方面應(yīng)用的最大的問題之一就是解釋變量的局部共線性[40],土壤性質(zhì)間相互作用,有較強(qiáng)的相關(guān)性[41],很容易產(chǎn)生局部共線性問題,這是現(xiàn)階段GWR模型在土壤方面應(yīng)該被重視的問題之一,也是今后該模型需要解決的主要問題。

4 結(jié)論

伊河流域表層土壤有機(jī)碳范圍在3.37—38.34 g/kg,流域上、中、下游有機(jī)碳平均含量分別為12.43 g/kg、12.48 g/kg和11.72 g/kg,伊河流域土壤有機(jī)碳存在空間分布差異,其中上游差異最大,下游差異最小。相關(guān)分析表明,土壤有機(jī)碳含量受年平均氣溫以外的環(huán)境因子影響較小,與土壤理化性質(zhì)相關(guān)性顯著。

GWR模型預(yù)測土壤有機(jī)碳可以恰當(dāng)?shù)胤从吵龈饕蛩卦诰植繀^(qū)域的影響。結(jié)果表明,在海拔較高的中上游區(qū)域,土壤有機(jī)碳含量較高,主要受立地環(huán)境、成土母質(zhì)和地表覆蓋的影響。在中上游的低山丘陵區(qū),人類活動(dòng)和環(huán)境因素共同影響下土壤有機(jī)碳含量較低。中下游平原區(qū)農(nóng)業(yè)活動(dòng)和化肥投入是影響土壤有機(jī)碳含量較高的原因。這為伊河流域各亞區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的合理發(fā)展和管理提供了依據(jù)。

GWR模型預(yù)測伊河流域土壤有機(jī)碳空間分布整體結(jié)果較好,局部決定系數(shù)在0.49—0.64之間,自下游到上游,決定系數(shù)逐步提高,對(duì)上游的預(yù)測精度最高。該模型能夠較好預(yù)測伊河流域土壤有機(jī)碳的空間分布特征,對(duì)人為干擾較弱的區(qū)域預(yù)測效果更好。