浙江天童20公顷常绿阔叶林动态监测样地土壤性质的空间异质性.docx
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浙江天童20公顷常绿阔叶林动态监测样地土壤性质的空间异质性
华东师范大学学位论文原创性声明
郑重声明：
本人呈交的学位论文《浙江天童20公顷常绿阔叶林动态监测样地土壤
性质的空间异质性》，是在华东师范大学攻读硕士/博士（请勾选）学位期间，在导师的
指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
除文中已经注明引用的内容外，本论文不包
含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，
均已在文中作了明确说明并表示谢意。
作者签名：
日期：
年月日
华东师范大学学位论文著作权使用声明
《浙江天童20公顷常绿阔叶林动态监测样地土壤性质的空间异质性》系本人在华
东师范大学攻读学位期间在导师指导下完成的硕士/博士（请勾选）学位论文，本论文的
研究成果归华东师范大学所有。
本人同意华东师范大学根据相关规定保留和使用此学位
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月日解密，解密后适用上述授权。
（）2.不保密，适用上述授权。
导师签名本人签名
年月日
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述部门审定的学位论文均为公开学位论文。
此声明栏不填写的，默认为公开学位论文，均适用
上述授权）。
张娜硕士学位论文答辩委员会成员名单
姓名职称单位备注
宋永昌教授华东师范大学主席
周秀佳教授上海中医药大学瘝委员
陈小勇教授华东师范大学委员
I
摘要
土壤空间异质性的研究是探讨土壤养分与环境因子关系的有效方法，其结果
对于了解土壤的形成过程、结构和功能具有重要的理论指导意义，而且对了解植
物与土壤的关系，如植被更新过程、土壤养分和水分对根系的影响以及植物的空
间格局等也具有重要的参考价值。
本研究通过土壤采样与室内理化分析，结合地统计学方法，探讨了天童20
公顷常绿阔叶林动态监测样地土壤性质（pH值、全碳、全氮和全磷）的空间异
质性和分布格局；并以全碳为例分析了不同采样密度对土壤性质的地统计学特征
和空间分布预测结果的影响；最后基于RDA排序和偏回归方法定量评价了地形
因子（包括海拔、凹凸度和坡度）对土壤性质的影响程度。
本研究的主要结果如下：
（1）天童20公顷常绿阔叶林动态监测样地土壤性质各指标都存在空间变
异，pH值、全碳、全氮和全磷的变异系数分别为5.18%、42.98%、36.55%和46.27%；
土壤性质的空间自相关范围为81.6~54.5m。
土壤pH值、全碳和全氮均呈现零
星斑块状空间分布格局，土壤全磷则呈条带状分布。
研究样地土壤性质各项指标
的结构比存在差异，全磷的空间自相关程度和空间自相关范围要明显大于其他土
壤性质指标。
（2）采样密度影响着土壤全碳的空间变异特征，并且对全碳的空间预测结
果产生影响：
随着采样密度的降低，全碳的空间自相关程度变弱，空间自相关的
变程也随着采样密度的降低而发生较大的变化；随着采样密度的降低，全碳的空
间分布趋向于均质化；这种均质化趋势，导致了预测值精度的降低，当采样密度
由85%降为10%时，其均方根误差（RMSE）增加了2.442%。
（3）凹凸度、海拔和坡度分别能单独解释土壤性质空间变异的10.53%，
7.47%和1.62%。
各地形因子中，凹凸度对土壤pH值和全磷的影响最大，均与
其呈负相关，该因子能分别单独解释pH值和全磷空间变异的21.24%和14.62%；
土壤全碳和全氮受海拔影响最大，且均与之呈正相关，海拔能分别单独解释全碳
和全氮空间变异的10.54%和10.60%。
不同地形因子对土壤性质各指标的空间变
异影响程度存在差异，暗示了不同地形因子的影响机制存在差异，这与地形因子
调控着本地区酸性降雨分配，及影响着局地土壤水分含量和气温等因素有关。
关键词：
土壤性质；空间变异；地形；常绿阔叶林；排序；采样密度
II
ABSTRACT
Thestudyofsoilspatialheterogeneityisaneffectivewaytoexplorethe
relationshipofsoilnutrientsandenvironmentalfactors,theresultscanbeusedtoget
furtherunderstandingofsoilformationprocess,structureandfunction,whichhad
importanttheoreticalsignificanceandrelationshipwiththeplantsandsoil,suchas
vegetationregenerationtheprocessofsoilnutrientsandmoistureonrootand
plant.Partialpatternalsohasimportantreferencevalue.
Inthisstudy,spatialheterogeneityanddistributionpatternsofsoilproperties（pH,
totalcarbon,totalnitrogenandtotalphosphorus）wereevaluatedina20haof
evergreenbroad-leavedforestdynamicplotinTiantong,Zhejiangprovince,by
combingsoilsamplingandstatisticalmethods.Andinfluencesofterrainfactors
（includingelevation,convexityandslope）onsoilpropertieswerequantifiedbasedon
RDAandpartialregressionanalysismethod.Themainresultsofthisstudyareas
follows:
（1）ThesoilpropertiesexistspatialvariationinTiantong20haevergreen
broad-leavedforestdynamicmonitoringplot,coefficientsvariationofpH,total
carbon,totalnitrogenandtotalphosphoruswere5.18%,42.98%,36.55%and46.27%;
spatialautocorrelationrangeofsoilpropertieswas81.6~54.5m.SoilpH,total
carbonandtotalnitrogenshowedscatteredpatchyspatialdistribution,patternoftotal
soilphosphoruswasbandedstructure.Thestructureofthestudysampletothe
indicatorsofsoilpropertiesexisteddifferences,totalPself-correlationandspatial
autocorrelationrangewassignificantlygreaterthanothersoilpropertiesindex.
（2）Samplingdensityaffectsthespatialvariabilityofsoiltotalcarbonandhave
animpactonspatialpredictionresults:
asthesamplingdensitydecreases,thetotal
carbonhadaweakercorrelation,andthespatialautocorrelationprocesschanged
withthereductionofsamplingdensityandlargerchanges.Asthesamplingdensity
decreases,thespatialdistributionofthewholecarbontendtohomogenization;this
homogenizingtrend,resultinginalowerpredictivevalueofaccuracy,whenthe
samplingdensitychangedfrom85%to10%,therootmeansquareerror（RMSE）
raised2.442%.
（3）Convexity,elevationandslopecanbeexplained10.53%,7.47%and1.62%
III
ofthespatialvariabilityofsoilproperties.Aroundalltheterrainfactors,theinfluence
ontheofsoilpHandtotalphosphorusbyconvexitywasgreatest,theirwasanegative
correlation,thisfactoralonecanexplain21.24%and14.62%ofthevariationofpH
andtotalphosphorusspace;altitudeisthegreatestimpacttototalsoilcarbonand
nitrogen,bothwithapositivecorrelation,elevationaloneexplained10.54%and
10.60%ofthevariationoftotalcarbonandtotalnitrogeninspace.Differentterrain
factorsonindicatorsofsoilpropertiesspatialvariabilityaffecttheextentthereare
differences,suggestingthatthedifferencesofthedifferentterrainfactorsaffectthe
mechanism,andtopographicfactorsregulatingthedistributionofacidicrainfallinthe
regionandimpactofthelocalsoilmoisturecontentandtemperature.
Keywords:
soilproperties;spatialheterogeneity;terrainfactor;evergreen
broadleavedforest;ordination;samplingdensity
目录
IV
目录
摘要..............................................................................................................................I
ABSTRACT..................................................................................................................II
第1章绪论...............................................................................................................1
1.1研究背景与意义..................................................................................................1
1.2研究进展综述.....................................................................................................1
1.2.1土壤性质的空间异质性...............................................................................1
1.2.2采样密度对土壤性质空间分布格局评价的影响.......................................2
1.3.3土壤性质空间异质性与地形的关系...........................................................3
1.3本研究目的、内容及技术路线.........................................................................4
1.3.1研究目的.......................................................................................................4
1.3.2研究内容.......................................................................................................4
1.3.3技术路线.......................................................................................................4
第2章研究区域概况与研究方法.............................................................................6
2.1天童常绿阔叶林20公顷动态监测样地介绍...................................................6
2.1.1研究区域概况...............................................................................................6
2.1.2样地的建立与植被调查...............................................................................8
2.1.3群落概况.......................................................................................................8
2.2土壤采样方案和分析方法.................................................................................9
2.2.1土壤采样方案...............................................................................................9
2.2.2土壤样品采集、研磨和保存方法...............................................................9
2.2.3土壤分析项目和分析方法.........................................................................10
第3章天童常绿阔叶林土壤性质的空间变异规律和分布格局...........................11
3.1材料与方法.......................................................................................................11
3.1.1样地概况.....................................................................................................11
3.1.2土壤采样与分析方法.................................................................................11
3.1.3数据分析.....................................................................................................11
3.2结果与分析.......................................................................................................14
3.2.1土壤性质的描述性统计.............................................................................14
3.2.2土壤性质的空间变异规律.........................................................................15
3.2.3土壤性质的空间分布格局.........................................................................16
3.3讨论...................................................................................................................17
3.3.1土壤性质的空间异质性.............................................................................17
3.4本章小结...........................................................................................................18
目录
V
第4章采样密度对土壤性质空间分布格局评价的影响—以土壤全碳为例.......20
4.1材料与方法.......................................................................................................20
4.1.1数据来源.....................................................................................................20
4.1.2随机取样方法.............................................................................................21
4.1.3数据分析.....................................................................................................21
4.2结果与分析.......................................................................................................22
4.2.1不同采样密度对土壤全碳地统计学特征的影响.....................................22
4.2.2不同采样密度下土壤全碳的空间分布预测结果.....................................23
4.3本章小结...........................................................................................................24
第5章土壤性质空间异质性与地形的关系...........................................................26
5.1材料与方法.......................................................................................................26
5.1.1土壤性质数据来源.
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