沖積平原區(qū)高程因子對(duì)土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型的影響--以封丘縣為例.docx

1、生態(tài)學(xué)報(bào)2011,31(8)：2060-2067ActaEcologicaSinica沖積平原區(qū)高程因子對(duì)土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型的影響以封丘縣為例檀滿枝二密術(shù)曉李開麗質(zhì)，陳杰3，,(1.土壤與農(nóng)業(yè)訶持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所，南京210008；2.中國(guó)科學(xué)院研究生院，北京100M9；3.鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院.鄭州450001)摘要:河流沖積平原區(qū)土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型對(duì)土壤水肥保持、供給能力以及水鹽運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生極為重要的影響。區(qū)域土壤的六大成土因素中，地形的影響最為突出。分析土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型的地形影響，對(duì)于指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。應(yīng)用模糊c-均值算法模型，基于土壤剖面特征

2、質(zhì)地層厚度數(shù)據(jù)，得到研究區(qū)9種土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型。對(duì)比分析典型區(qū)和研究區(qū)土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型的地形影響結(jié)果表明：隸屬于土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型砂-砂-砂的隸屬度值與高程之間始終存在正相關(guān)，說明地形較高部位發(fā)育的土壤質(zhì)地偏砂的規(guī)律性始終存在，而從典型區(qū)到研究區(qū)，其它土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型、。一60cm土層質(zhì)地類型、以及表土層、心土層和底土層質(zhì)地類型受地形影響的規(guī)律性減弱。地形較低部位發(fā)育的土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型相對(duì)復(fù)雜，而地形較高處,發(fā)育的土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型相對(duì)簡(jiǎn)單c土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型復(fù)雜的地區(qū)可能更多地受到人為因素的干擾，從而表現(xiàn)出受地形影響的規(guī)律性不明顯。關(guān)鍵詞:封丘縣；模糊c均值；剖面質(zhì)地構(gòu)型；高程Influenceo

3、felevationfactoronsoilprofiletextureconfiguration：acasestudyofthealluvialplainofFengqiuCountyTANManzhi1,MIShuxiao1*2,UKailil>2,CHENJie3-"StateKeyLaboratoryofSo>landSustainableAgriculture,InstituteofSoilScience、ChineseAcademy時(shí)Sciences,Nanjing210008.China1 GradualUniversity時(shí)ChineseAcadtmyof

4、Sciences,Beijing100049,ChinaSchoolofWalerConservancyandEnvironment,ZhengzhouUniversity,Zhtngzhou450001,ChinaAbstract:Profiletextureconfigurationofthesoilinalluvialplainsisacrucialfactordeterminingsoilwaterandnutrientconservingandsupplyingcapacityandwaterandsaltmovementinthesoil.Amongthesixmajorsoil-

5、formingfactorsinthisregionalsoil,topographystandsouttobethemostprominentone.Analysisoftheinfluenceoftopographyonsoilprofiletextureconfigurationisofimportanttheoreticalandpracticalsignificancetoguidingagriculturalproduction.Usingthefuzzyc-meansalgorithmmodelninesoilprofilesdifferentintextureconfigura

6、tionwasdefined.Basedonthedataofthicknessesofthecharacteristictexturelayersofninesoilprofilesincludingsandy,loamyandclayey,surfacelayers,(0(30±10)cni),sandy,loamyandclayeycenterlayers(30±10)cm(60±10)cm)andsandy,loamyandclayeybottomlayers(60±10)cm(90±10)cm),ninetypesofsoilprof

7、iletextureconfigurationwereidentified,i.e.loam-clay-loam,loam-loam-clay,loam-clay-clay,clay-clay-clay,sand-sand-clay,sand-sand-sand,sand-loam-loam,loam-loam-sandandloam-loam-loam,amongwhichloam-loam-loamandsand-sand-sandwerethedominanttypes.AsaresultoffrequentfloodingbytheYellowRiverinhistory,comple

8、xprocessofsedimentdeposition,andinadditionfanningpracticesandsoilameliorationmeasures,likeirrigation,deepplowingandfieldleveling,soilprofiletextureconfigurationvariedsharplyindistributionatasmallspatialscale.基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)H(40701070和40971128)；中國(guó)科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程重大項(xiàng)H(KSCX1-YW-09-02)仲國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所創(chuàng)新前沿項(xiàng)目(ISSASIP

9、0716)資助收稿日期：2010-03-26；修訂日期：2010-07-01通訊作者Correspondingauthor.E-mail：jchenComparisonanalysisoftheinfluenceoflandformonsoiltextureprofileconfigurationinthewholestudyareaandthetypicalarearelativelyconcentratedwithvarioustypesofsoilprofiletextureconfiguration,showsthatapositivecorrelationalwaysexistsbe

10、tweenmembershipvalueofthesoilprofiletextureconfigurationofthesand-sand-sandtypeandelevation,suggestingthatthelawprevailsthatsoilsinlandsrelativelyhighinelevationtendtobesandy,whiletheinfluenceoflandformonsoilprofiletextureconfigurationofothertypes,andsoiltextureofthe060cmsoillayer,surfacesoillayer,s

11、ubsoillayerandbottomsoillayer,doesnotfollowanyspecificlaw.Thereasonisprobablythatastheinfluencefactorofsoilprofiletextureconfigurationisrelativelysimpleinthetypicalareathaninthewholestudyarea；elevationcanbeviewedasthemainfactorcontrollingspatialdistributionofvarioustypesofsoilprofiletextureconfigura

12、tion.Basedonthedefinitionof060cmtexturecontrollayer,soilprofiletextureconfigurationswiththesametexturefunctionlayerortexturecontrollayerwerecollated.Itwasfoundthatthesoilswithatexturecontrollayerofthesand-sand-loamtypeweregenerallydistributedinareasonaverageover70minelevation,whilethesoilswithatextu

13、recontrollayeroftheloamtypeortheloam-claytypewereinareasthatdidnotvarymuchinaverageelevation,i.e.below70m.Thetwowereoftenoverlappedindistributionatamicro-regionscope.Atthestudyareascope,thespatialandtemporalheterogeneityofthesedimentaryenvironment,thewindtransportingprocessandthesoilfanningandamelio

14、rationpractices,suchaslocalirrigationsedimentation,deeptillage,wasgreat,whichtoalargeextentreducedandmaskedtheinfluenceofelevationonspatialdistributionofsoilprofiletextureconfiguration.Thehighertheelevationofthepartsoflandform,thefewerthetypeofsoilprofiletextureconfigurationdeveloped;andthelowerthee

15、levation,themorethetypedeveloped.Moreover,thepartslowerinelevationareoftencomplexinsoilprofiletextureconfiguration,andhigherinelevation,simpleinsoilprofiletextureconfiguration.Areascomplexinsoilprofiletextureconfigurationsmayhavebeensubjectedtoexposureofhumaninterference,andasaresultthattheinfluence

16、oflandformonsoilprofiletextureconfigurationdoesnothaveanyspecificlawtofollow.KeyWords:FengqiuCounty;fuzzyc-meansalgorithmmodel；soilprofiletextureconfiguration；elevation河流沖積平原是我國(guó)最主要的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)區(qū)和糧食生產(chǎn)基地,發(fā)育于黃河中下游沖積平原地區(qū)的各新成土、雛形土土壤類型，其最突出的發(fā)生學(xué)特征之一是對(duì)其黃河搬運(yùn)母質(zhì)的強(qiáng)烈繼承性。土體中不同部位沉積物質(zhì)機(jī)械組成的水平層理結(jié)構(gòu)，直接決定了土壤剖面垂直方向上的質(zhì)地層次排列,從而對(duì)土壤

17、水肥保持、供給能力和水鹽運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生極為重要的影響。因此,沖積平原區(qū)土壤質(zhì)址與耕地生產(chǎn)潛力不僅僅取決于表層土壤養(yǎng)分狀況與肥力水平，同時(shí)很大程度上取決于搬運(yùn)母質(zhì)的沉積序列和土壤剖面的質(zhì)地層次組合。由于河流水沙活動(dòng)、沉積環(huán)境、風(fēng)力再搬運(yùn)過程以及當(dāng)?shù)毓嘤佟⑸罘韧寥栏牧?、利用?shí)踐在時(shí)空上的異質(zhì)性,土壤質(zhì)地層次在水平和垂直空間上均表現(xiàn)出高度的分布復(fù)雜性和性狀可變性。傳統(tǒng)土壤調(diào)查手段無法在觀測(cè)土壤剖面質(zhì)地組合特征與環(huán)境因素之間建立起科學(xué)的定量聯(lián)系，對(duì)土壤剖面質(zhì)地組合的空間預(yù)測(cè)始終基于土壤發(fā)生學(xué)概念模型，預(yù)測(cè)結(jié)果蘊(yùn)含極大的不確定性。20世紀(jì)90年代以來，隨著計(jì)量土壤學(xué)這-分支學(xué)科的迅猛發(fā)展,數(shù)學(xué)模型開始應(yīng)用于

18、土壤質(zhì)地在水平和垂直空間的變異預(yù)測(cè)領(lǐng)域。如Hengl等人分別應(yīng)用最大似然法監(jiān)督分類模型、多變量邏輯回歸模型和指示變量回歸克里格等多種方法在區(qū)域尺度上對(duì)表層土壤中粉粒、粘粒和砂粒含量實(shí)施空間預(yù)測(cè)，并基于美國(guó)土壤質(zhì)地分類制實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)結(jié)果的可視化表達(dá)。對(duì)于發(fā)育于沉積母質(zhì)的土壤,Li等人嘗試應(yīng)用馬爾可夫鏈理論揭示土壤剖面質(zhì)地層次的垂向變異規(guī)律"He等人則試圖基于指示半方差函數(shù)和順序指數(shù)模擬變量進(jìn)行土壤質(zhì)地在三維空間上的可變性分析與模擬。眾所周知，作為五大成土因素之一,地形因素在土壤-環(huán)境物質(zhì)與能堡交換過程中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，通過地表物質(zhì)、能量的再分配功能對(duì)土壤發(fā)生、發(fā)育與演化產(chǎn)生深刻影響。地

19、表形態(tài)特征是沉積環(huán)境中固體物質(zhì)遷移與沉降的最主要的控制因素。20世紀(jì)90年代開始，地形因子作為環(huán)境協(xié)變量被日益廣泛地應(yīng)用于土壤發(fā)生學(xué)屬性空間預(yù)測(cè)研究“6。以往相關(guān)研究多以地形因子作為預(yù)測(cè)變量，在區(qū)域尺度上對(duì)土壤屬性在水平空間上的可變性實(shí)施預(yù)測(cè)。而對(duì)土壤質(zhì)地層次在三維空間上（水平和垂直方向）變異及其與地形因子之間的內(nèi)在聯(lián)系方面的研究，目前尚未見報(bào)道。本研究以黃河中下游平原地區(qū)的封丘縣為案例區(qū)，應(yīng)用模糊集理論及其相關(guān)算法模型，確立土壤剖面基本質(zhì)地構(gòu)型，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)研究區(qū)土壤剖而質(zhì)地構(gòu)型空間預(yù)測(cè)，分析E壤剖面質(zhì)地構(gòu)型與商程因子之間的發(fā)生學(xué)聯(lián)系，闡釋高程因子對(duì)土壤發(fā)生、發(fā)育以及基礎(chǔ)肥力水平的重要影響

20、，為區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局、耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)、生產(chǎn)潛力評(píng)估以及土壤改良和利用實(shí)踐提供更加客觀、豐富的基礎(chǔ)信息。1材料與方法1.1研究區(qū)概況封丘縣地處北緯34。53，一35。14二東經(jīng)114。14,一114。45,之間，是典型的黃河中下游沖積平原區(qū)（圖I）°境內(nèi)南部、東部的黃河大堤和北部的太行堤將全縣分為三個(gè)部分:黃河大堤以南、以東是黃河河床和灘地區(qū)。屬北暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，年均溫13.9T,多年平均降雨605mm。總面積1220.5km2,其中耕地面積8.73萬hm是全國(guó)商品糧基地縣之一、封丘縣為我國(guó)七五、八五期間黃淮海農(nóng)業(yè)開發(fā)重點(diǎn)縣、是著名的優(yōu)質(zhì)小麥、優(yōu)質(zhì)水稻生產(chǎn)基地?o本縣境內(nèi)分布的主

21、要土壤類型為新成土和雛形土，占全縣土壤總而積的98%以上，成土母質(zhì)均為第四紀(jì)全新他以來的黃河沖積物。受黃河水沙運(yùn)動(dòng)時(shí)空變化、沉積環(huán)境演變以及風(fēng)力再搬運(yùn)作用、人類土壤利用與改良實(shí)踐等多種因素的綜合影響，同質(zhì)性差、垂直與水平方向上質(zhì)地層次分布較為復(fù)雜、砂粘相間、層理交錯(cuò)、剖面質(zhì)地構(gòu)型多樣。區(qū)域內(nèi)成土母質(zhì)的同源異質(zhì)性及質(zhì)地層次組合的復(fù)雜性對(duì)土壤發(fā)生發(fā)育、基礎(chǔ)肥力水平以及水鹽運(yùn)動(dòng)特征產(chǎn)生深刻影響。圖1封丘縣地理位置.及Smffi格分瓣率的DEM圖Fig.1ThelocationofFengqiuCountyandDEMmapwithgridresolutionof5m地理位置中省界圖由國(guó)家資源與環(huán)境數(shù)

22、據(jù)中心（掛靠單位為中國(guó)科學(xué)院地理與資源環(huán)境研究所）提供的1：50萬中華人民共和國(guó)行政區(qū)數(shù)字化圖件（1999年版）12土壤質(zhì)地信息獲取與特征質(zhì)地層的確定在研究區(qū)布設(shè)2kmx2km控制網(wǎng)格，網(wǎng)格內(nèi)依據(jù)主要土壤類型和微域地形因素確定土壤樣點(diǎn)并以GPS精確定位。土壤野外調(diào)查與土壤樣品采集在實(shí)施過程中分兩個(gè)階段進(jìn)行:第一階段主要工作包括土壤標(biāo)準(zhǔn)剖面觀測(cè)、分層土壤樣品采集、土樣質(zhì)地實(shí)驗(yàn)室分析和特征質(zhì)地層確定。研究區(qū)共觀測(cè)土壤剖面39個(gè)、采集土壤剖面分層樣品142個(gè)。土壤樣品經(jīng)風(fēng)干、磨碎、過篩（2mm）預(yù)處理程序后，采用吸管法測(cè)定土壤機(jī)械組成，質(zhì)地分類采用美國(guó)制12級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。然后根據(jù)相鄰質(zhì)地級(jí)別對(duì)土壤主要理化

23、屬性影響的相似性，將12級(jí)質(zhì)地簡(jiǎn)化、歸并為砂、壤、粘3種質(zhì)地類別。進(jìn)而把土壤剖面中相鄰旦質(zhì)地相同的采樣層次合并，最后按合并后的土層在剖面中出現(xiàn)的位憑，定義為表土層（0至（30±J0）cm）x心土層（30±10）cm-（60±10）cm和底土層（60土10）cm（90±10）cm）o根據(jù)上層的質(zhì)地類型及其在土壤剖面中出現(xiàn)的位置兩個(gè)基本特征定義的層次，就是所謂的特征質(zhì)地層,本研究共確立9種特征質(zhì)地層。第二階段的野外土壤調(diào)查主要以土鉆作業(yè)為主,這一階段不進(jìn)行土壤樣品的采集，其核心任務(wù)為土鉆樣品的觀測(cè)記錄并基于第-階段確立的特征質(zhì)地層的劃分標(biāo)準(zhǔn)，確定每個(gè)土鉆樣品

24、各待征質(zhì)地層類型及其厚度參數(shù)。這一階段工作的主要意義在于以較低的成本大幅增加參與土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型空間預(yù)測(cè)的樣本數(shù)量。13研究區(qū)土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型的確定本研究的核心內(nèi)容之一，是基于已確立的特征質(zhì)地層在觀測(cè)土壤剖面和土鉆樣本中的出現(xiàn)或缺失特征及對(duì)應(yīng)的厚度參數(shù)，應(yīng)用模糊c-均值算法（FCM）模型依據(jù)特征質(zhì)地層在垂直方向上的排列組合特征對(duì)土壤剖面進(jìn)行連續(xù)分類。FCM是模糊邏輯中常用的一種多變量模糊聚類算法模型，首先定義一個(gè)幾xp模糊集X,n為研究區(qū)樣點(diǎn)數(shù)童（39個(gè)剖面樣點(diǎn)+113個(gè)土鉆樣點(diǎn)=152個(gè)）,p為樣點(diǎn)的特征質(zhì)地層變量（9）,特征質(zhì)地層變量以相應(yīng)厚度值（剖面中某特征質(zhì)地層缺失，相應(yīng)厚度值取“0”

25、）進(jìn)入FCM算法模型進(jìn)行重復(fù)迭代運(yùn)算。在確定相關(guān)參數(shù)后,FCM自動(dòng)將研究區(qū)152個(gè)樣點(diǎn)的土壤樣本劃分至c個(gè)模糊類別，每一個(gè)類別代表一個(gè)典型的特征質(zhì)地層組合。本研究中，這種垂直方向上的典型特征質(zhì)地層組合被稱為土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型。FCM算法模型及其相關(guān)參數(shù)確定、輸出結(jié)果及其分類學(xué)意義參見相關(guān)文獻(xiàn)3?；贔CM算法模型輸出的研究區(qū)特征質(zhì)地層組合即土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型及每一觀測(cè)樣點(diǎn)土壤對(duì)于不同剖面質(zhì)地構(gòu)型的模糊隸屬度值，應(yīng)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)手段和去模糊化處理，預(yù)測(cè)各種質(zhì)地構(gòu)型的土壤剖面在地理空間上的分布特征。具體方法為,將插值分析獲得的樣區(qū)土壤對(duì)于每種土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型的單-類別隸屬度圖轉(zhuǎn)換為柵格尺寸為120mxl2

26、0m的柵格圖.依柵格單元對(duì)于各特征質(zhì)地層組合類型的最大隸屬關(guān)系將其進(jìn)行土壤剖面構(gòu)型“硬性分派”，最終實(shí)現(xiàn)研究區(qū)土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型空間預(yù)測(cè)結(jié)果的去模糊化表達(dá)。1.4DEM數(shù)據(jù)源及高程因子提取本研究基于2000年出版的1：1萬封丘縣地形圖，在Arcgis耳境中生成柵格分辨率為5m的DEM并提取高程因子（圖1）。此外，本研究土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型空間預(yù)測(cè)制圖也在ArcGIS中實(shí)現(xiàn)，相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析基于spssl8.0平臺(tái)完成。2結(jié)果與討論2.1研究區(qū)土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型及其空間分布模糊c-均值算法模型輸出結(jié)果包括土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型數(shù)笛、每一構(gòu)型中各特征質(zhì)地層厚度質(zhì)心值（表1）以及各樣點(diǎn)土壤對(duì)于不同剖面質(zhì)地構(gòu)型的模糊隸

27、屬度值。模型運(yùn)算結(jié)果顯示,本研究區(qū)觀測(cè)土壤共劃分為9種剖面質(zhì)地構(gòu)型,這里分別以英文字母a,b,c,d,e,f,g,h,i表示。各特征質(zhì)地層出現(xiàn)或缺失狀況及厚度屬性，清楚地揭示了不同剖面質(zhì)地構(gòu)型在垂直方向上的質(zhì)地變化特點(diǎn)。如剖面質(zhì)地構(gòu)型a是一種表壤-心粘-底壤型質(zhì)地構(gòu)型，垂直方向上（從上而下）3種質(zhì)地土層的厚度中心值分別為36.30cm和30cm；而剖面質(zhì)地構(gòu)型h為表票-心壤-底砂型質(zhì)地構(gòu)型，從上而下3種質(zhì)地土層的厚度質(zhì)心分別為21、40、33cm。表1樣點(diǎn)土饋剖面質(zhì)地構(gòu)型及其特征質(zhì)地層厚度中心值Table1Soilprofiletextureconfigurationsatthesoilsam

28、plingsitesandcentralvaluesofthicknessoftheircorrespondingcharacteristictexturelayers基于樣點(diǎn)土壤對(duì)于各剖面質(zhì)地構(gòu)型的模糊隸屬度值,應(yīng)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)手段和去模糊化處理，獲得9種土壤類別Class名稱NameS-8S-IS-cC-8C-1CyBtBlB-ca壤-站壤型036000300300b壤-壤粘型020003400038c壤-粘-粘型023000410031d粘粘粘型002500330026e砂-砂-粘型200043000026f砂砂砂型250035003900g砂壤-壤型250003500340h壤-壤-砂貝0

29、21004902800i壤-壤-壤型021004000330剖面質(zhì)地構(gòu)型在研究區(qū)的空間分布圖（圖2）。可以看出，壤-壤-壤質(zhì)地構(gòu)型的土壤在研究區(qū)分布面積最大,在西北部與壤-壤-壤剖面質(zhì)地構(gòu)型的七壤呈復(fù)域分布;其次是砂-砂-砂型土壤，主要分布在研究區(qū)南部黃河大堤兩側(cè)區(qū)域。其它剖面質(zhì)地構(gòu)型的土壤分布面積較小,其中盡管在觀測(cè)土壤中發(fā)現(xiàn)了以粘-粘-粘為基本組合的剖面質(zhì)地構(gòu)型，但由于其分布范圍較為有限，在制圖過程中無法實(shí)現(xiàn)表達(dá)。2.2典型區(qū)高程因子對(duì)土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型的影響2.2.1典型區(qū)土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型對(duì)應(yīng)高程統(tǒng)計(jì)結(jié)果圖2研究區(qū)樣點(diǎn)分布圖Fig.2Thedistributionofsolisamplin

30、gpointsinthestudyarea在研究區(qū)內(nèi)選取各種剖面質(zhì)地構(gòu)型分布相對(duì)密集的長(zhǎng)方形區(qū)域作為典型區(qū),揭示高程因子在微域尺度上對(duì)土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型的影響。典型區(qū)面積212km2,共有.8種剖面質(zhì)地構(gòu)型的土壤分布（圖3）,以壤-壤-壤,砂-砂砂和壤-壤-粘型土壤為主,與整個(gè)研究區(qū)保持相近的面積分布規(guī)律。典型區(qū)共有14757個(gè)柵格點(diǎn)數(shù)據(jù),掀格尺寸120mxl20m。統(tǒng)計(jì)結(jié)果（表2）顯示，典型區(qū)平均高程68.7m,最小值為64.9m,最大值為81m。變異系數(shù)為2.43%08種上壤剖面質(zhì)地構(gòu)型對(duì)應(yīng)的商程平均值、鼠小值和最大值變化曲線基本呈“幾”型（圖6）。砂-砂-粘、砂-砂-砂和砂-壤-壤3種剖面

31、質(zhì)地構(gòu)型對(duì)應(yīng)的高程最小值、平均值和最大值均較其它類型商。砂-砂-粘型填埃砂型填-場(chǎng)粘型砂-砂-砂型填基敏暨典粘-粘型砂填孕應(yīng)圖3研究區(qū)主要土讀割面質(zhì)地構(gòu)型空間分布預(yù)測(cè)圖Fig.3Thespatialpredictionmapofsoilprofiletextureconfigurationinthestudyarea表2典型區(qū)土填割面質(zhì)地構(gòu)型對(duì)應(yīng)高程值的統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table2Statisticsofelevationscorrespondingtodifferenttypesofsoilprofiletextureconfigurationinthetypicalarea代碼Code類別Clas

32、s面積百分比/%AreapercenUige最小商程/mMin最大高程/mMax平均高程/mMean標(biāo)準(zhǔn)差Std.D變異系教/%C.V.a壤而壤員0.3566.367.466.970.210.32b岑壤粘型12.2966.2471.4!68.300.751.10c峰粘-帖型2.4766.367.8567.150.320.48e砂-砂-粘型3.3768.617969.91.0«1.55f砂砂-砂型18.8768.2181.0070.621.271.80g砂-壤壤垠4.5569.0076.3070.980.931.31h壤-壤-砂型4.0665.0068.5467.080.921.36i

33、壤-壤-壤邸54.0664.9172.6268.071.301.91典型區(qū)Typicalarea10()64.98!68.71.672.432.2.2剖面質(zhì)地構(gòu)型隸屬度與對(duì)應(yīng)高程值之間的相關(guān)性基于典型區(qū)柵格數(shù)據(jù)的土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型模糊隸屬度值和相應(yīng)高程值進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示：壤-粘-壤、壤-壤-粘、壤-粘-粘、壤-壤-砂和壤-壤-壤型等5種to土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型的模糊隸屬度與相應(yīng)高程值之間在0.8P<0.01水平上呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.45,0.48,0.26,0.52,0.64，而砂-砂-粘、砂-砂-砂和砂-壤-壤型等3種土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型的模糊隸屬度與其相應(yīng)高程值之間在P

34、<0.01水平t呈現(xiàn)極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.71,0.57,0.74。這表明，在微域尺度上，高程越大，表層土壤質(zhì)地越粗c這是因?yàn)?封丘黃泛地區(qū)洪水泥沙含量大、沉積過程較長(zhǎng)，由于地勢(shì)較高部位最先出露水面,沉積過程在洪水尚處于流動(dòng)階段便率先終止，因此沉積物機(jī)械組成中粗粒物質(zhì)含量較高。2.2.3高程因子對(duì)剖面功能層段質(zhì)地特性的影響土壤剖面中060cm土體是土壤肥力質(zhì)堆和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力影響最大的層段。對(duì)發(fā)育于沉積物上的新成土和輜形土類型而言，這一層段的質(zhì)地屬性，直接決定土壤儲(chǔ)存、保持和供給水分和養(yǎng)分的能力。鑒于此，本Hu一-lallII-S8GV8uo二Jsauo。wrwBflu-0.8a

35、壤粘-填烈e砂砂粘膜h壤埃-砂型b麝*粘型f砂-砂-砂型i填-曜增型c填-粘-帖型g砂-*填電圖3土堰割面質(zhì)地構(gòu)型隸屬度值與對(duì)應(yīng)高程相關(guān)性分析柱狀圖Fig.3Thecorrelationhistogrambetweenmembershipvalueofsamplestosoilprofiletextureconfigurationandtheirscorrespondingelevationvalue研究稱這一層段為質(zhì)地功能層段或質(zhì)地控制層段。根據(jù)土壤質(zhì)地特性近似原則,將本研究定義的表土層和心土層合并為功能層段，砂-砂-粘、砂-砂-砂和砂-壤-壤型剖面質(zhì)地構(gòu)型具有相同的質(zhì)地功能層段或質(zhì)地控制層

36、段而歸并為一類，壤-壤-砂和壤-壤-壤型歸并為一類,壤-粘-壤，壤-壤-粘和壤-粘-粘型歸并為一類。統(tǒng)計(jì)3類具有不同質(zhì)地控制層段的剖面質(zhì)地構(gòu)型對(duì)應(yīng)的高程平均值、最小值和最大值，砂-砂壤型控制層段出現(xiàn)的土壤研究稱這一層段為質(zhì)地功能層段或質(zhì)地控制層段。根據(jù)土壤質(zhì)地特性近似原則,將本研究定義的表土層和心土層合并為功能層段，砂-砂-粘、砂-砂-砂和砂-壤-壤型剖面質(zhì)地構(gòu)型具有相同的質(zhì)地功能層段或質(zhì)地控制層段而歸并為一類，壤-壤-砂和壤-壤-壤型歸并為一類,壤-粘-壤，壤-壤-粘和壤-粘-粘型歸并為一類。統(tǒng)計(jì)3類具有不同質(zhì)地控制層段的剖面質(zhì)地構(gòu)型對(duì)應(yīng)的高程平均值、最小值和最大值，砂-砂壤型控制層段出現(xiàn)的

37、土壤8078-76-74-72-7068-66-64-剖面，其對(duì)應(yīng)高程平均值、最大值和最小值均高于壤型、壤-粘型控制層段出現(xiàn)的剖面（圖4）。從圖中還可以看出,砂-砂壤型控制層段出現(xiàn)的土壤分布于平均高程70m以匕地形部位，而壤型、壤-粘型控制層段出現(xiàn)的土壤，分布的平均高程相差不大，均在70m以下，二者在微域尺度上呈現(xiàn)復(fù)域分布特點(diǎn)。剖面，其對(duì)應(yīng)高程平均值、最大值和最小值均高于壤型、壤-粘型控制層段出現(xiàn)的剖面（圖4）。從圖中還可以看出,砂-砂壤型控制層段出現(xiàn)的土壤分布于平均高程70m以匕地形部位，而壤型、壤-粘型控制層段出現(xiàn)的土壤，分布的平均高程相差不大，均在70m以下，二者在微域尺度上呈現(xiàn)復(fù)域分布

38、特點(diǎn)。60'1砂-砂填壤魔姑填質(zhì)地類型Texturetype圖4三類具有不同質(zhì)地控制層段對(duì)應(yīng)的高程變化曲線四Fig.4CurvesofelevationvaluecorrespondingtothreedifTerenttexturecontrolsection將整段土壤剖面按表七層、心土層和底土層分解，并將相同質(zhì)地類型的土層歸類，定義為質(zhì)地屬性層，統(tǒng)計(jì)每一類質(zhì)地屬性層對(duì)應(yīng)高程的平均值、最小值和最大值（表3）。表3可以看出，表土層和心土層質(zhì)地從砂到壤再到粘對(duì)應(yīng)的商程平均值呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，而底土層質(zhì)地屬性變化未能反映出匕述的高程變化規(guī)律。2.3研究區(qū)高程因子對(duì)土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型的影響如果

39、統(tǒng)計(jì)僅限于典型區(qū)進(jìn)行，則各土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型對(duì)應(yīng)的高程平均值、最小值和最大值變化曲線均呈“幾”字型（圖5）,高程越大，表層土壤質(zhì)地越粗，典型區(qū)最大高程值對(duì)應(yīng)砂性剖面質(zhì)地構(gòu)型系列。將統(tǒng)計(jì)范圍拓展至整個(gè)研究區(qū)，上述規(guī)律卻不明顯（圖5）。如上所述，典型區(qū)內(nèi)砂-砂-粘型、砂-砂-砂型和砂-壤-壤型等3種砂性土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型的模糊隸屬度與其對(duì)應(yīng)的高程值呈極顯著正相關(guān)，而其它6種壤、粘性剖面質(zhì)地構(gòu)型的模糊隸屬度與其對(duì)應(yīng)的高程值呈極顯著負(fù)相關(guān)。將上述相關(guān)性分析結(jié)果擴(kuò)展至整個(gè)研究區(qū),發(fā)現(xiàn)只有砂-砂-砂型的模糊隸屬度與其對(duì)應(yīng)的高程值之間呈顯著正相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)較小，僅為0.16（表4）。出現(xiàn)這一情況的主要原因，可

40、能是由于典型區(qū)土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型影響因素相對(duì)單一，高程是不同剖面質(zhì)地構(gòu)型的土壤空間分布格局的核心控制因子。而在研究區(qū)尺度上,沉積環(huán)境、風(fēng)力再搬運(yùn)過程以及當(dāng)?shù)毓嘤佟⑸罘韧寥栏牧寂c利用實(shí)踐的時(shí)空異質(zhì)性更強(qiáng)，很大程度削弱和掩蓋了高程因子對(duì)土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型空間分布格局的影響。表3典型區(qū)衰土層、心土腰和底土層不同質(zhì)地類型對(duì)應(yīng)高程值的描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table3Statisticsofelevationscorrespondingtuthesurfacelayers,centerlayersandbottomlayersdifferentintexturetypeinthetypicalarea質(zhì)地屬性層L

41、ayerofdifferenttextureproperties面積Area/%最小依Min最大依Max平均值Mean標(biāo)準(zhǔn)差Std.D變異系數(shù)C.V./%表土層Surfacelayer砂26.7868.2181.0070.591.231.75壤73.2264.9172.6268.021.221.79心土層Centerlayer砂22.2368.2181.0070.511.271.80壤74.9564.9176.3068.231.402.05粘2.8266.3067.8567.130.320.47底土層Bottomlayer砂22.9265.0081.0070.00i.822.60壤58.966

42、4.9176.3068.291.492.18粘18.1266.2479.0068.441.121.63制面放地構(gòu)型Soilprofiletexturecontlguration圖5主要剖面質(zhì)地構(gòu)型及對(duì)應(yīng)高程變化曲線Fig.5Thecurveofelevationvalueofsoilprofiletextureconflguration衰4典型區(qū)和研究區(qū)內(nèi)土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型模糊隸履度與高程相關(guān)性分析培果Table4Correlationanalysisbetweenthefuzzymembershipofsoilprofiletextureconfigurationandelevationint

43、hetypicalareaand"udyarea代碼CodeabcCfghi名稱Name典型區(qū)Thetypicalarea研究區(qū)Thestudyarea他牯-壤型-O.45"0.12壤-壤-粘型-0.48-0.14壤粘-粘型-0.26"-0.13砂砂粘型().71-0.02砂-砂砂型0.57"0.16*砂-壤-壤型0.74”0.M壤-耍砂型_0.52“-0.14壤-壤-壤型-0.64*0.01*表示P<0.01水平上相關(guān).，表示P<0.05水平上相關(guān)2.4不同高程值等級(jí)發(fā)育的土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型以2.5m間隔將研究區(qū)高程劃分為5個(gè)等級(jí)，可以發(fā)現(xiàn):

44、高程越高的地形部位，分布的土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型類型越少,發(fā)育的土壤剖面土層質(zhì)地組合相對(duì)簡(jiǎn)單;高程越低的地形部位，分布的土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型類型越多,發(fā)育的土壤剖面土層質(zhì)地組合相對(duì)復(fù)雜。研究區(qū)6570m高程范圍內(nèi)9種土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型均有發(fā)育,而在7072.5m、72.5-75m和75m以上高程部位，分別只有7種、4種和2種土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型發(fā)育。這表明，地形部位較低,土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型在水平空間上的分布結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜;地形部位越高，土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型在水平空間上的分布相對(duì)簡(jiǎn)單。其原因可能是由于土層質(zhì)地受黃河水沙運(yùn)動(dòng)、風(fēng)力再搬運(yùn)作用時(shí)空變化以及沉積環(huán)境、人類灌淤、深翻等土壤利用、改良實(shí)踐等因素的影響在地形低的部位

45、較地形高的部位強(qiáng)。3結(jié)論(1) 基于土壤剖面觀測(cè)信息與分層樣品分析數(shù)據(jù),應(yīng)用模糊c-均值算法模型將研究區(qū)特征質(zhì)地層組合即土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型劃分為9種：即壤-粘-壤型、壤-壤-粘型、壤-粘-粘型、砂砂-粘型、砂-砂-砂型、砂-壤-壤型、壤-壤-砂型和壤-壤-壤型?？臻g預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，具有壤-壤-壤、砂-砂-砂型剖面質(zhì)地構(gòu)型的土壤在研究區(qū)分布面積最大。由于歷史上黃河泛濫頻繁、泥沙沉積過程復(fù)雜,加上灌淤、深翻、平整等土壤利用與改良活動(dòng)，土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型在空間分布上表現(xiàn)出強(qiáng)烈的微域變異特征。(2) 在各種剖面質(zhì)地構(gòu)型分布相對(duì)集中的典型區(qū),砂-砂-粘、砂-砂-砂和砂-壤-壤型等3種土壤剖面質(zhì)地構(gòu)CCESC8

46、V1X30SO&一_0$08642065067.567570070.0725725750>750尚程Evaluation/m圖6不同高程等級(jí)地形部位發(fā)育的剖面質(zhì)地構(gòu)型類型數(shù)Fig.6Thenumberofsoilproflietextureconfigurationwasdevelopedondifferentlevelselevationvalue型的模糊隸屬度與其對(duì)應(yīng)高程之間呈極顯著正相關(guān)。表明,在微域尺度上，高程越大,表層土壤質(zhì)地越粗。在定義060cm質(zhì)地控制層段的基礎(chǔ)上，將具有相同的質(zhì)地功能層段或質(zhì)地控制層段的剖面質(zhì)地構(gòu)型歸并，結(jié)果發(fā)現(xiàn):砂-砂壤型控制層段出現(xiàn)的土壤分布于

47、平均高程70m以上地形部位，而壤型、壤-粘型控制層段出現(xiàn)的土壤，分布的平均高程相差不大，均在70m以下，二者在微域尺度上呈現(xiàn)復(fù)域分布特點(diǎn)。(3) 在研究區(qū)尺度上，剖面質(zhì)地構(gòu)型的模糊隸屬度與其對(duì)應(yīng)高程值之間的相關(guān)性不明顯。其原因可能是由于典型區(qū)土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型影響因素相對(duì)單一，高程可視為不同剖面質(zhì)地構(gòu)型的土壤空間分布格局的核心控制因子。而在研究區(qū)尺度上，沉積環(huán)境、風(fēng)力再搬運(yùn)過程以及當(dāng)?shù)毓嘤?、深翻等土壤改良與利用實(shí)踐的時(shí)空異質(zhì)性更強(qiáng)，很大程度上削弱和掩蓋了高程因子對(duì)土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型空間分布格局的影響。(4) 在研究區(qū)尺度上，高程等級(jí)越高的地形部位，發(fā)育的土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型類型越少;高程等級(jí)越低的地形部位，發(fā)育的土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型類型越多。表明，地形部位較低,土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型在水平空間上的分布結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜;地形部位越高，土壤剖面質(zhì)地構(gòu)型在水平空間上的分布相對(duì)簡(jiǎn)單。References："1HenglT,ToomanianN,ReuterHI,MalakoutiM.Methodstointerpolatesoilcategoricalvariablesfromprofileobservations：lessonsfromIran.Geodenna,2007,140(4)：417-427.：2laWD,LiBG,S