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

1、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

2、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论文，并向主管部门和相关机构如国家图书馆和“知网”送交学位论文的印刷版和电子版；允许学位论文进入华东师范大学图书馆及数据库被查阅、借阅；同意学校将学位论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于（请勾选） （ ）1.经华东师范大学相关部门审查核定的“内部”或“涉密”学位论文*，于 年 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

3、 * “涉密”学位论文应是已经华东师范大学学位评定委员会办公室或保密委员会审定过的学位论文（需附获批的华东师范大学研究生申请学位论文“涉密”审批表方为有效），未经上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 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

4、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

5、性质的空间自相关范围为81.6 54.5 m。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

6、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 The study

7、of soil spatial heterogeneity is an effective way to explore the relationship of soil nutrients and environmental factors, the results can be used to get further understanding of soil formation process, structure and function, which had important theoretical significance and relationship with the pl

8、ants and soil, such as vegetation regeneration the process of soil nutrients and moisture on root and plant .Partial pattern also has important reference value. In this study, spatial heterogeneity and distribution patterns of soil properties (pH, total carbon, total nitrogen and total phosphorus) w

9、ere evaluated in a 20 ha of evergreen broad-leaved forest dynamic plot in Tiantong, Zhejiang province, by combing soil sampling and statistical methods. And influences of terrain factors (including elevation, convexity and slope) on soil properties were quantified based on RDA and partial regression

10、 analysis method. The main results of this study are as follows: (1) The soil properties exist spatial variation in Tiantong 20 ha evergreen broad-leaved forest dynamic monitoring plot, coefficients variation of pH, total carbon, total nitrogen and total phosphorus were 5.18%, 42.98%, 36.55% and 46.

11、27%; spatial autocorrelation range of soil properties was 81.6 54.5 m. Soil pH, total carbon and total nitrogen showed scattered patchy spatial distribution, pattern of total soil phosphorus was banded structure. The structure of the study sample to the indicators of soil properties existed differen

12、ces, total P self-correlation and spatial autocorrelation range was significantly greater than other soil properties index. (2) Sampling density affects the spatial variability of soil total carbon and have an impact on spatial prediction results : as the sampling density decreases, the total carbon

13、 had a weaker correlation, and the spatial autocorrelation process changed with the reduction of sampling density and larger changes. As the sampling density decreases, the spatial distribution of the whole carbon tend to homogenization; this homogenizing trend, resulting in a lower predictive value

14、 of accuracy, when the sampling density changed from 85% to 10%, the root mean square error (RMSE) raised 2.442%. (3) Convexity, elevation and slope can be explained 10.53%, 7.47% and 1.62% III of the spatial variability of soil properties. Around all the terrain factors, the influence on the of soi

15、l pH and total phosphorus by convexity was greatest, their was a negative correlation, this factor alone can explain 21.24% and 14.62% of the variation of pH and total phosphorus space; altitude is the greatest impact to total soil carbon and nitrogen, both with a positive correlation, elevation alo

16、ne explained 10.54% and 10.60% of the variation of total carbon and total nitrogen in space. Different terrain factors on indicators of soil properties spatial variability affect the extent there are differences, suggesting that the differences of the different terrain factors affect the mechanism,

17、and topographic factors regulating the distribution of acidic rainfall in the region and impact of the local soil moisture content and temperature. Key words: soil properties; spatial heterogeneity; terrain factor; evergreen broadleaved forest; ordination; sampling density 目 录 IV 目 录 摘 要 . I ABSTRAC

18、T . 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

19、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.