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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 31 卷 第 8 期摇 摇 2011 年 4 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
塔里木河下游胡杨径向生长与地下水的关系 安红燕,徐海量,叶摇 茂,等 (2053)………………………………
冲积平原区高程因子对土壤剖面质地构型的影响———以封丘县为例 檀满枝,密术晓,李开丽,等 (2060)……
臭氧胁迫对大豆叶片抗坏血酸鄄谷胱甘肽循环的影响 王俊力,王摇 岩,赵天宏,等 (2068)……………………
重要理化因子对小球藻生长和油脂产量的影响 张桂艳,温小斌,梁摇 芳,等 (2076)……………………………
北亚热带马尾松净生产力对气候变化的响应 程瑞梅,封晓辉,肖文发,等 (2086)………………………………
亚热带沟叶结缕草草坪土壤呼吸 李熙波,杨玉盛,曾宏达,等 (2096)……………………………………………
UV鄄B辐射对马尾松凋落叶分解和养分释放的影响 宋新章,张慧玲,江摇 洪,等 (2106)………………………
干旱胁迫下内生真菌感染对羽茅的生理生态影响 韩摇 荣,李摇 夏,任安芝,等 (2115)…………………………
蜜环菌对锌的耐性和富集特性 朱摇 林,程显好,李维焕,等 (2124)………………………………………………
干旱荒漠区狭叶锦鸡儿灌丛扩展对策 张建华,马成仓,刘志宏,等 (2132)………………………………………
黄土高原区不同植物凋落物搭配对土壤微生物量碳、氮的影响 王春阳,周建斌,夏志敏,等 (2139)…………
内蒙古典型草原克氏针茅与冰草的生存策略 孙摇 建,刘摇 苗,李胜功, 等 (2148)……………………………
荒漠沙柳根围 AM真菌的空间分布 贺学礼,杨摇 静,赵丽莉 (2159)……………………………………………
开放式昼夜不同增温对单季稻影响的试验研究 董文军,邓艾兴,张摇 彬,等 (2169)……………………………
醉马草免培养内生细菌的多样性 张雪兵,史应武,曾摇 军,等 (2178)……………………………………………
河南生态足迹驱动因素的 Hi_PLS分析及其发展对策 贾俊松 (2188)…………………………………………
禹城市耕地土壤盐分与有机质的指示克里格分析 杨奇勇,杨劲松,余世鹏 (2196)……………………………
旋覆花提取物对朱砂叶螨的生物活性及酶活性的影响 段丹丹,王有年,成摇 军,等 (2203)……………………
白洋淀湖滨湿地岸边带氨氧化古菌与氨氧化细菌的分布特性 叶摇 磊,祝贵兵,王摇 雨,等 (2209)……………
干旱胁迫条件下 6 种喀斯特主要造林树种苗木叶片水势及吸水潜能变化
王摇 丁,姚摇 健,杨摇 雪,等 (2216)
………………………………………
……………………………………………………………………………
桉树人工林物种多样性变化特征 刘摇 平,秦摇 晶,刘建昌,等 (2227)……………………………………………
海河流域湿地生态系统服务功能价值评价 江摇 波,欧阳志云,苗摇 鸿,等 (2236)………………………………
芦苇在微咸水河口湿地甲烷排放中的作用 马安娜,陆健健 (2245)………………………………………………
云南不同土壤铅背景值下大叶茶种群对铅的吸收积累特征及其遗传分化
刘声传,段昌群,李振华,等 (2253)
………………………………………
……………………………………………………………………………
长江口和杭州湾凤鲚胃含物与海洋浮游动物的种类组成比较 刘守海,徐兆礼 (2263)…………………………
江西大岗山地区 7—9 月降水量的重建与分析 乔摇 磊,王摇 兵,郭摇 浩,等 (2272)……………………………
山核桃免耕经营的经济效益和生态效益 王正加,黄兴召,唐小华,等 (2281)……………………………………
基于 GIS的广州市中心城区城市森林可达性分析 朱耀军,王摇 成,贾宝全,等 (2290)…………………………
专论与综述
土壤呼吸温度敏感性的影响因素和不确定性 杨庆朋,徐摇 明,刘洪升,等 (2301)………………………………
植物代谢速率与个体生物量关系研究进展 程栋梁,钟全林,林茂兹,等 (2312)…………………………………
耕地生态补偿实践与研究进展 马爱慧,蔡银莺,张安录 (2321)…………………………………………………
问题讨论
元谋干热河谷三种植被恢复模式土壤贮水及入渗特性 刘摇 洁,李贤伟,纪中华,等 (2331)……………………
研究简报
中微量元素和有益元素对水稻生长和吸收镉的影响 胡摇 坤,喻摇 华,冯文强,等 (2341)………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*296*zh*P* ¥ 70郾 00*1510*33*
室室室室室室室室室室室室室室
2011鄄04
封面图说: 巴西热带雨林———美丽的巴西北部玛瑙斯热带雨林景观。 位于南美洲的亚马逊河是世界上流域最广、流量最大的
河流,孕育了世界面积最大的热带雨林,雨林中蕴藏着极丰富的生物资源。
彩图提供: 中国科学院生态环境研究中心徐卫华博士摇 E鄄mail:xuweihua@ rcees. ac. cn
生 态 学 报 2011,31(8):2060—2067
Acta Ecologica Sinica
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基金项目:国家自然科学基金项目(40701070 和 40971128);中国科学院知识创新工程重大项目(KSCX1鄄YW鄄09鄄02) ;中国科学院南京土壤研究
所创新前沿项目(ISSASIP0716)资助
收稿日期:2010鄄03鄄26; 摇 摇 修订日期:2010鄄07鄄01
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: jchen@ zzu. edu. cn
冲积平原区高程因子对土壤剖面质地构型的影响
———以封丘县为例
檀满枝1,密术晓1,2,李开丽1,2,陈摇 杰3,*
(1. 土壤与农业可持续发展国家重点实验室,中国科学院南京土壤研究所, 南京摇 210008; 2. 中国科学院研究生院,北京摇 100049;
3. 郑州大学水利与环境学院, 郑州摇 450001 )
摘要:河流冲积平原区土壤剖面质地构型对土壤水肥保持、供给能力以及水盐运动产生极为重要的影响。 区域土壤的六大成土
因素中,地形的影响最为突出。 分析土壤剖面质地构型的地形影响,对于指导农业生产具有重要的理论与现实意义。 应用模糊
c鄄均值算法模型,基于土壤剖面特征质地层厚度数据,得到研究区 9 种土壤剖面质地构型。 对比分析典型区和研究区土壤剖面
质地构型的地形影响结果表明:隶属于土壤剖面质地构型砂鄄砂鄄砂的隶属度值与高程之间始终存在正相关,说明地形较高部位
发育的土壤质地偏砂的规律性始终存在,而从典型区到研究区,其它土壤剖面质地构型、0—60cm 土层质地类型、以及表土层、
心土层和底土层质地类型受地形影响的规律性减弱。 地形较低部位发育的土壤剖面质地构型相对复杂,而地形较高处,发育的
土壤剖面质地构型相对简单。 土壤剖面质地构型复杂的地区可能更多地受到人为因素的干扰,从而表现出受地形影响的规律
性不明显。
关键词:封丘县; 模糊 c鄄均值; 剖面质地构型; 高程
Influence of elevation factor on soil profile texture configuration: a case study of
the alluvial plain of Fengqiu County
TAN Manzhi1, MI Shuxiao1,2, LI Kaili1,2, CHEN Jie3,*
1 State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China
2 Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 School of Water Conservancy and Environment, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China
Abstract: Profile texture configuration of the soil in alluvial plains is a crucial factor determining soil water and nutrient
conserving and supplying capacity and water and salt movement in the soil. Among the six major soil鄄forming factors in this
regional soil, topography stands out to be the most prominent one. Analysis of the influence of topography on soil profile
texture configuration is of important theoretical and practical significance to guiding agricultural production. Using the fuzzy
c鄄means algorithm model nine soil profiles different in texture configuration was defined. Based on the data of thicknesses of
the characteristic texture layers of nine soil profiles including sandy, loamy and clayey, surface layers, (0 (30依10)cm),
sandy, loamy and clayey center layers((30依10)cm (60依10)cm)and sandy, loamy and clayey bottom layers((60依10)
cm (90依10)cm), nine types of soil profile texture configuration were identified, i. e. loam鄄clay鄄loam, loam鄄loam鄄clay,
loam鄄clay鄄clay, clay鄄clay鄄clay, sand鄄sand鄄clay, sand鄄sand鄄sand, sand鄄loam鄄loam, loam鄄loam鄄sand and loam鄄loam鄄loam,
among which loam鄄loam鄄loam and sand鄄sand鄄sand were the dominant types. As a result of frequent flooding by the Yellow
River in history, complex process of sediment deposition, and in addition farming practices and soil amelioration measures,
like irrigation, deep plowing and field leveling, soil profile texture configuration varied sharply in distribution at a small
spatial scale.
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Comparison analysis of the influence of landform on soil texture profile configuration in the whole study area and the
typical area relatively concentrated with various types of soil profile texture configuration, shows that a positive correlation
always exists between membership value of the soil profile texture configuration of the sand鄄sand鄄sand type and elevation,
suggesting that the law prevails that soils in lands relatively high in elevation tend to be sandy, while the influence of
landform on soil profile texture configuration of other types, and soil texture of the 0 60cm soil layer, surface soil layer,
subsoil layer and bottom soil layer, does not follow any specific law. The reason is probably that as the influence factor of
soil profile texture configuration is relatively simple in the typical area than in the whole study area; elevation can be viewed
as the main factor controlling spatial distribution of various types of soil profile texture configuration. Based on the definition
of 0 60cm texture control layer, soil profile texture configurations with the same texture function layer or texture control
layer were collated. It was found that the soils with a texture control layer of the sand鄄sand鄄loam type were generally
distributed in areas on average over 70m in elevation, while the soils with a texture control layer of the loam type or the
loam鄄clay type were in areas that did not vary much in average elevation, i. e. below 70 m. The two were often overlapped
in distribution at a micro鄄region scope.
At the study area scope, the spatial and temporal heterogeneity of the sedimentary environment, the wind transporting
process and the soil farming and amelioration practices, such as local irrigation sedimentation, deep tillage, was great,
which to a large extent reduced and masked the influence of elevation on spatial distribution of soil profile texture
configuration. The higher the elevation of the parts of landform, the fewer the type of soil profile texture configuration
developed; and the lower the elevation, the more the type developed. Moreover, the parts lower in elevation are often
complex in soil profile texture configuration, and higher in elevation, simple in soil profile texture configuration. Areas
complex in soil profile texture configurations may have been subjected to exposure of human interference, and as a result
that the influence of landform on soil profile texture configuration does not have any specific law to follow.
Key Words: Fengqiu County; fuzzy c鄄means algorithm model; soil profile texture configuration; elevation
河流冲积平原是我国最主要的传统农业区和粮食生产基地,发育于黄河中下游冲积平原地区的各新成
土、雏形土土壤类型,其最突出的发生学特征之一是对其黄河搬运母质的强烈继承性。 土体中不同部位沉积
物质机械组成的水平层理结构,直接决定了土壤剖面垂直方向上的质地层次排列,从而对土壤水肥保持、供给
能力和水盐运动产生极为重要的影响。 因此,冲积平原区土壤质量与耕地生产潜力不仅仅取决于表层土壤养
分状况与肥力水平,同时很大程度上取决于搬运母质的沉积序列和土壤剖面的质地层次组合。
由于河流水沙活动、沉积环境、风力再搬运过程以及当地灌淤、深翻等土壤改良、利用实践在时空上的异
质性,土壤质地层次在水平和垂直空间上均表现出高度的分布复杂性和性状可变性。 传统土壤调查手段无法
在观测土壤剖面质地组合特征与环境因素之间建立起科学的定量联系,对土壤剖面质地组合的空间预测始终
基于土壤发生学概念模型,预测结果蕴含极大的不确定性。 20 世纪 90 年代以来,随着计量土壤学这一分支
学科的迅猛发展,数学模型开始应用于土壤质地在水平和垂直空间上的变异预测领域。 如 Hengl等人分别应
用最大似然法监督分类模型、多变量逻辑回归模型和指示变量回归克里格等多种方法在区域尺度上对表层土
壤中粉粒、粘粒和砂粒含量实施空间预测,并基于美国土壤质地分类制实现预测结果的可视化表达[1]。 对于
发育于沉积母质的土壤,Li等人尝试应用马尔可夫链理论揭示土壤剖面质地层次的垂向变异规律[2];He 等
人则试图基于指示半方差函数和顺序指数模拟变量进行土壤质地在三维空间上的可变性分析与模拟[3]。
众所周知,作为五大成土因素之一,地形因素在土壤鄄环境物质与能量交换过程中发挥至关重要的作用,
通过地表物质、能量的再分配功能对土壤发生、发育与演化产生深刻影响。 地表形态特征是沉积环境中固体
物质迁移与沉降的最主要的控制因素。 20 世纪 90 年代开始,地形因子作为环境协变量被日益广泛地应用于
土壤发生学属性空间预测研究[4鄄6]。 以往相关研究多以地形因子作为预测变量,在区域尺度上对土壤属性在
1602摇 8 期 摇 摇 摇 檀满枝摇 等:冲积平原区高程因子对土壤剖面质地构型的影响———以封丘县为例 摇
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水平空间上的可变性实施预测。 而对土壤质地层次在三维空间上(水平和垂直方向)变异及其与地形因子之
间的内在联系方面的研究,目前尚未见报道。
本研究以黄河中下游平原地区的封丘县为案例区,应用模糊集理论及其相关算法模型,确立土壤剖面基
本质地构型,在此基础上实现研究区土壤剖面质地构型空间预测,分析土壤剖面质地构型与高程因子之间的
发生学联系,阐释高程因子对土壤发生、发育以及基础肥力水平的重要影响,为区域农业生产布局、耕地质量
评价、生产潜力评估以及土壤改良和利用实践提供更加客观、丰富的基础信息。
1摇 材料与方法
1. 1摇 研究区概况
封丘县地处北纬 34毅53忆—35毅14忆,东经 114毅14忆—114毅45忆之间,是典型的黄河中下游冲积平原区(图 1)。
境内南部、东部的黄河大堤和北部的太行堤将全县分为三个部分:黄河大堤以南、以东是黄河河床和滩地区。
属北暖温带半湿润季风气候区,年均温 13. 9益,多年平均降雨 605mm。 总面积 1220. 5km2,其中耕地面积
8郾 73 万 hm2,是全国商品粮基地县之一、封丘县为我国七五、八五期间黄淮海农业开发重点县、是著名的优质
小麦、优质水稻生产基地[7]。 本县境内分布的主要土壤类型为新成土和雏形土,占全县土壤总面积的 98%以
上,成土母质均为第四纪全新世以来的黄河冲积物。 受黄河水沙运动时空变化、沉积环境演变以及风力再搬
运作用、人类土壤利用与改良实践等多种因素的综合影响,同质性差、垂直与水平方向上质地层次分布较为复
杂、砂粘相间、层理交错、剖面质地构型多样。 区域内成土母质的同源异质性及质地层次组合的复杂性对土壤
发生发育、基础肥力水平以及水盐运动特征产生深刻影响。
图 1摇 封丘县地理位置*及 5 m栅格分辨率的 DEM图
Fig. 1摇 The location of Fengqiu County and DEM map with grid resolution of 5 m
*地理位置中省界图由国家资源与环境数据中心(挂靠单位为中国科学院地理与资源环境研究所)提供的 1 颐50 万《中华人民共和国行政
区》数字化图件 (1999 年版)
1. 2摇 土壤质地信息获取与特征质地层的确定
在研究区布设 2km伊2km控制网格,网格内依据主要土壤类型和微域地形因素确定土壤样点并以 GPS 精
确定位。 土壤野外调查与土壤样品采集在实施过程中分两个阶段进行:第一阶段主要工作包括土壤标准剖面
观测、分层土壤样品采集、土样质地实验室分析和特征质地层确定。 研究区共观测土壤剖面 39 个、采集土壤
剖面分层样品 142 个。 土壤样品经风干、磨碎、过筛(2mm)预处理程序后,采用吸管法测定土壤机械组成,质
地分类采用美国制 12 级标准[8]。 然后根据相邻质地级别对土壤主要理化属性影响的相似性,将 12 级质地简
化、归并为砂、壤、粘 3 种质地类别。 进而把土壤剖面中相邻且质地相同的采样层次合并,最后按合并后的土
层在剖面中出现的位置,定义为表土层(0 至(30依10)cm)、心土层(30依10)cm—(60依10)cm 和底土层(60依
10)cm—(90依10)cm)。 根据土层的质地类型及其在土壤剖面中出现的位置两个基本特征定义的层次,就是
所谓的特征质地层,本研究共确立 9 种特征质地层。 第二阶段的野外土壤调查主要以土钻作业为主,这一阶
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段不进行土壤样品的采集,其核心任务为土钻样品的观测记录并基于第一阶段确立的特征质地层的划分标
准,确定每个土钻样品各特征质地层类型及其厚度参数。 这一阶段工作的主要意义在于以较低的成本大幅增
加参与土壤剖面质地构型空间预测的样本数量。
1. 3摇 研究区土壤剖面质地构型的确定
本研究的核心内容之一,是基于已确立的特征质地层在观测土壤剖面和土钻样本中的出现或缺失特征及
对应的厚度参数,应用模糊 c鄄均值算法(FCM)模型依据特征质地层在垂直方向上的排列组合特征对土壤剖
面进行连续分类。 FCM是模糊逻辑中常用的一种多变量模糊聚类算法模型,首先定义一个 n伊p 模糊集 X, n
为研究区样点数量(39 个剖面样点+113 个土钻样点 = 152 个),p 为样点的特征质地层变量(9),特征质地层
变量以相应厚度值(剖面中某特征质地层缺失,相应厚度值取“0冶)进入 FCM 算法模型进行重复迭代运算。
在确定相关参数后,FCM自动将研究区 152 个样点的土壤样本划分至 c 个模糊类别,每一个类别代表一个典
型的特征质地层组合。 本研究中,这种垂直方向上的典型特征质地层组合被称为土壤剖面质地构型。 FCM
算法模型及其相关参数确定、输出结果及其分类学意义参见相关文献[9鄄12]。 基于 FCM 算法模型输出的研究
区特征质地层组合即土壤剖面质地构型及每一观测样点土壤对于不同剖面质地构型的模糊隶属度值,应用地
统计学手段和去模糊化处理,预测各种质地构型的土壤剖面在地理空间上的分布特征。 具体方法为,将插值
分析获得的样区土壤对于每种土壤剖面质地构型的单一类别隶属度图转换为栅格尺寸为 120m伊120m的栅格
图,依栅格单元对于各特征质地层组合类型的最大隶属关系将其进行土壤剖面构型 “硬性分派冶,最终实现研
究区土壤剖面质地构型空间预测结果的去模糊化表达。
1. 4摇 DEM数据源及高程因子提取
本研究基于 2000 年出版的 1 颐1 万封丘县地形图,在 Arcgis环境中生成栅格分辨率为 5m的 DEM 并提取
高程因子(图 1)。 此外,本研究土壤剖面质地构型空间预测制图也在 ArcGIS 中实现,相关统计分析基于
spss18. 0 平台完成。
2摇 结果与讨论
2. 1摇 研究区土壤剖面质地构型及其空间分布
模糊 c鄄均值算法模型输出结果包括土壤剖面质地构型数量、每一构型中各特征质地层厚度质心值(表 1)
以及各样点土壤对于不同剖面质地构型的模糊隶属度值。 模型运算结果显示,本研究区观测土壤共划分为 9
种剖面质地构型,这里分别以英文字母 a,b,c,d, e, f, g, h, i表示。 各特征质地层出现或缺失状况及厚度属
性,清楚地揭示了不同剖面质地构型在垂直方向上的质地变化特点。 如剖面质地构型 a 是一种表壤鄄心粘鄄底
壤型质地构型,垂直方向上(从上而下)3 种质地土层的厚度中心值分别为 36、30cm和 30cm;而剖面质地构型
h为表壤鄄心壤鄄底砂型质地构型,从上而下 3 种质地土层的厚度质心分别为 21、40、33cm。
表 1摇 样点土壤剖面质地构型及其特征质地层厚度中心值
Table 1 摇 Soil profile texture configurations at the soil sampling sites and central values of thickness of their corresponding characteristic
texture layers
类别 Class 名称 Name S鄄s S鄄l S鄄c C鄄s C鄄l C鄄c B鄄s B鄄l B鄄c
a 壤鄄粘鄄壤型 0 36 0 0 0 30 0 30 0
b 壤鄄壤鄄粘型 0 20 0 0 34 0 0 0 38
c 壤鄄粘鄄粘型 0 23 0 0 0 41 0 0 31
d 粘鄄粘鄄粘型 0 0 25 0 0 33 0 0 26
e 砂鄄砂鄄粘型 20 0 0 43 0 0 0 0 26
f 砂鄄砂鄄砂型 25 0 0 35 0 0 39 0 0
g 砂鄄壤鄄壤型 25 0 0 0 35 0 0 34 0
h 壤鄄壤鄄砂型 0 21 0 0 49 0 28 0 0
i 壤鄄壤鄄壤型 0 21 0 0 40 0 0 33 0
基于样点土壤对于各剖面质地构型的模糊隶属度值,应用地统计学手段和去模糊化处理,获得 9 种土壤
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剖面质地构型在研究区的空间分布图(图 2)。 可以看出,壤鄄壤鄄壤质地构型的土壤在研究区分布面积最大,
在西北部与壤鄄壤鄄壤剖面质地构型的土壤呈复域分布;其次是砂鄄砂鄄砂型土壤,主要分布在研究区南部黄河大
堤两侧区域。 其它剖面质地构型的土壤分布面积较小,其中尽管在观测土壤中发现了以粘鄄粘鄄粘为基本组合
的剖面质地构型,但由于其分布范围较为有限,在制图过程中无法实现表达。
2. 2摇 典型区高程因子对土壤剖面质地构型的影响
2. 2. 1摇 典型区土壤剖面质地构型对应高程统计结果
在研究区内选取各种剖面质地构型分布相对密集的长方形区域作为典型区,揭示高程因子在微域尺度上
对土壤剖面质地构型的影响。 典型区面积 212km2,共有 8 种剖面质地构型的土壤分布(图 3),以壤鄄壤鄄壤,
砂鄄砂鄄砂和壤鄄壤鄄粘型土壤为主,与整个研究区保持相近的面积分布规律。 典型区共有 14757 个栅格点数据,
栅格尺寸 120m伊120m。 统计结果(表 2)显示,典型区平均高程 68. 7m,最小值为 64. 9m,最大值为 81m。 变异
系数为 2. 43% 。 8 种土壤剖面质地构型对应的高程平均值、最小值和最大值变化曲线基本呈“几冶型(图 6)。
砂鄄砂鄄粘、砂鄄砂鄄砂和砂鄄壤鄄壤 3 种剖面质地构型对应的高程最小值、平均值和最大值均较其它类型高。
图 2摇 研究区样点分布图
摇 Fig. 2摇 The distribution of soli sampling points in the study area
摇
图 3摇 研究区主要土壤剖面质地构型空间分布预测图
摇 Fig. 3 摇 The spatial prediction map of soil profile texture
configuration in the study area
表 2摇 典型区土壤剖面质地构型对应高程值的统计结果
Table 2摇 Statistics of elevations corresponding to different types of soil profile texture configuration in the typical area
代码
Code
类别
Class
面积百分比 / %
Area percentage
最小高程 / m
Min
最大高程 / m
Max
平均高程 / m
Mean
标准差
Std. D
变异系数 / %
C. V.
a 壤鄄粘鄄壤型 0. 35 66. 3 67. 4 66. 97 0. 21 0. 32
b 壤鄄壤鄄粘型 12. 29 66. 24 71. 41 68. 30 0. 75 1. 10
c 壤鄄粘鄄粘型 2. 47 66. 3 67. 85 67. 15 0. 32 0. 48
e 砂鄄砂鄄粘型 3. 37 68. 61 79 69. 91 1. 08 1. 55
f 砂鄄砂鄄砂型 18. 87 68. 21 81. 00 70. 62 1. 27 1. 80
g 砂鄄壤鄄壤型 4. 55 69. 00 76. 30 70. 98 0. 93 1. 31
h 壤鄄壤鄄砂型 4. 06 65. 00 68. 54 67. 08 0. 92 1. 36
i 壤鄄壤鄄壤型 54. 06 64. 91 72. 62 68. 07 1. 30 1. 91
典型区 Typical area 100 64. 9 81 68. 7 1. 67 2. 43
2. 2. 2摇 剖面质地构型隶属度与对应高程值之间的相关性
基于典型区栅格数据的土壤剖面质地构型模糊隶属度值和相应高程值进行相关性分析,结果显示:壤鄄
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摇 图 3摇 土壤剖面质地构型隶属度值与对应高程相关性分析柱状图
Fig. 3摇 The correlation histogram between membership value of
samples to soil profile texture configuration and theirs
corresponding elevation value
粘鄄壤、壤鄄壤鄄粘、壤鄄粘鄄粘、壤鄄壤鄄砂和壤鄄壤鄄壤型等 5 种
土壤剖面质地构型的模糊隶属度与相应高程值之间在
P﹤ 0. 01 水平上呈现极显著负相关,相关系数分别为
0. 45,0. 48,0. 26,0. 52,0. 64,而砂鄄砂鄄粘、砂鄄砂鄄砂和砂鄄
壤鄄壤型等 3 种土壤剖面质地构型的模糊隶属度与其相
应高程值之间在 P ﹤ 0. 01 水平上呈现极显著正相关,
相关系数分别为 0. 71,0. 57,0. 74。 这表明,在微域尺
度上,高程越大,表层土壤质地越粗。 这是因为,封丘黄
泛地区洪水泥沙含量大、沉积过程较长,由于地势较高
部位最先出露水面,沉积过程在洪水尚处于流动阶段便
率先终止,因此沉积物机械组成中粗粒物质含量较高。
2. 2. 3摇 高程因子对剖面功能层段质地特性的影响
土壤剖面中 0—60cm土体是土壤肥力质量和农业
生产潜力影响最大的层段。 对发育于沉积物上的新成
土和雏形土类型而言,这一层段的质地属性,直接决定
土壤储存、保持和供给水分和养分的能力。 鉴于此,本
摇 图 4摇 三类具有不同质地控制层段对应的高程变化曲线图
Fig. 4摇 Curves of elevation value corresponding to three different
texture control section
研究称这一层段为质地功能层段或质地控制层段。 根
据土壤质地特性近似原则,将本研究定义的表土层和心
土层合并为功能层段,砂鄄砂鄄粘、砂鄄砂鄄砂和砂鄄壤鄄壤型
剖面质地构型具有相同的质地功能层段或质地控制层
段而归并为一类,壤鄄壤鄄砂和壤鄄壤鄄壤型归并为一类,
壤鄄粘鄄壤,壤鄄壤鄄粘和壤鄄粘鄄粘型归并为一类。 统计 3 类
具有不同质地控制层段的剖面质地构型对应的高程平
均值、最小值和最大值,砂鄄砂壤型控制层段出现的土壤
剖面,其对应高程平均值、最大值和最小值均高于壤型、
壤鄄粘型控制层段出现的剖面(图 4)。 从图中还可以看
出,砂鄄砂壤型控制层段出现的土壤分布于平均高程
70m以上地形部位,而壤型、壤鄄粘型控制层段出现的土
壤,分布的平均高程相差不大,均在 70m 以下,二者在
微域尺度上呈现复域分布特点。
将整段土壤剖面按表土层、心土层和底土层分解,并将相同质地类型的土层归类,定义为质地属性层,统
计每一类质地属性层对应高程的平均值、最小值和最大值(表 3)。 表 3 可以看出,表土层和心土层质地从砂
到壤再到粘对应的高程平均值呈现明显下降趋势,而底土层质地属性变化未能反映出上述的高程变化规律。
2. 3摇 研究区高程因子对土壤剖面质地构型的影响
如果统计仅限于典型区进行,则各土壤剖面质地构型对应的高程平均值、最小值和最大值变化曲线均呈
“几冶字型(图 5),高程越大,表层土壤质地越粗,典型区最大高程值对应砂性剖面质地构型系列。 将统计范
围拓展至整个研究区,上述规律却不明显(图 5)。
如上所述,典型区内砂鄄砂鄄粘型、砂鄄砂鄄砂型和砂鄄壤鄄壤型等 3 种砂性土壤剖面质地构型的模糊隶属度与
其对应的高程值呈极显著正相关, 而其它 6 种壤、粘性剖面质地构型的模糊隶属度与其对应的高程值呈极显
著负相关。 将上述相关性分析结果扩展至整个研究区,发现只有砂鄄砂鄄砂型的模糊隶属度与其对应的高程值
之间呈显著正相关,且相关系数较小,仅为 0. 16(表 4)。 出现这一情况的主要原因,可能是由于典型区土壤
5602摇 8 期 摇 摇 摇 檀满枝摇 等:冲积平原区高程因子对土壤剖面质地构型的影响———以封丘县为例 摇
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剖面质地构型影响因素相对单一,高程是不同剖面质地构型的土壤空间分布格局的核心控制因子。 而在研究
区尺度上,沉积环境、风力再搬运过程以及当地灌淤、深翻等土壤改良与利用实践的时空异质性更强,很大程
度上削弱和掩盖了高程因子对土壤剖面质地构型空间分布格局的影响。
表 3摇 典型区表土层、心土层和底土层不同质地类型对应高程值的描述性统计结果
Table 3摇 Statistics of elevations corresponding to the surface layers, center layers and bottom layers different in texture type in the typical area
质地属性层
Layer of different texture properties
面积
Area / %
最小值
Min
最大值
Max
平均值
Mean
标准差
Std. D
变异系数
C. V. / %
表土层 Surface layer 砂 26. 78 68. 21 81. 00 70. 59 1. 23 1. 75
壤 73. 22 64. 91 72. 62 68. 02 1. 22 1. 79
心土层 Center layer 砂 22. 23 68. 21 81. 00 70. 51 1. 27 1. 80
壤 74. 95 64. 91 76. 30 68. 23 1. 40 2. 05
粘 2. 82 66. 30 67. 85 67. 13 0. 32 0. 47
底土层 Bottom layer 砂 22. 92 65. 00 81. 00 70. 00 1. 82 2. 60
壤 58. 96 64. 91 76. 30 68. 29 1. 49 2. 18
粘 18. 12 66. 24 79. 00 68. 44 1. 12 1. 63
图 5摇 主要剖面质地构型及对应高程变化曲线
Fig. 5摇 The curve of elevation value of soil profile texture configurat ion
表 4摇 典型区和研究区内土壤剖面质地构型模糊隶属度与高程相关性分析结果
Table 4摇 Correlation analysis between the fuzzy membership of soil profile texture configuration and elevation in the typical area and study area
代码 Code a b c e f g h i
名称 Name 壤鄄粘鄄壤型 壤鄄壤鄄粘型 壤鄄粘鄄粘型 砂鄄砂鄄粘型 砂鄄砂鄄砂型 砂鄄壤鄄壤型 壤鄄壤鄄砂型 壤鄄壤鄄壤型
典型区 The typical area -0. 45** -0. 48** -0. 26** 0. 71** 0. 57** 0. 74** -0. 52** -0. 64**
研究区 The study area 0. 12 -0. 14 -0. 13 -0. 02 0. 16 * 0. 04 -0. 14 0. 01
摇 摇 **表示 P<0. 01 水平上相关,*表示 P<0. 05 水平上相关
2. 4摇 不同高程值等级发育的土壤剖面质地构型
以 2. 5m间隔将研究区高程划分为 5 个等级,可以发现:高程越高的地形部位,分布的土壤剖面质地构型
类型越少,发育的土壤剖面土层质地组合相对简单;高程越低的地形部位,分布的土壤剖面质地构型类型越
多,发育的土壤剖面土层质地组合相对复杂。 研究区 65—70m高程范围内 9 种土壤剖面质地构型均有发育,
而在 70—72. 5m、72. 5—75m和 75m以上高程部位,分别只有 7 种、4 种和 2 种土壤剖面质地构型发育。 这表
明,地形部位较低,土壤剖面质地构型在水平空间上的分布结构相对复杂;地形部位越高,土壤剖面质地构型
在水平空间上的分布相对简单。 其原因可能是由于土层质地受黄河水沙运动、风力再搬运作用时空变化以及
沉积环境、人类灌淤、深翻等土壤利用、改良实践等因素的影响在地形低的部位较地形高的部位强。
6602 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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摇 图 6摇 不同高程等级地形部位发育的剖面质地构型类型数量
Fig. 6 摇 The number of soil profile texture configuration was
developed on different levels elevation value
3摇 结论
(1) 基于土壤剖面观测信息与分层样品分析数据,
应用模糊 c鄄均值算法模型将研究区特征质地层组合即
土壤剖面质地构型划分为 9 种:即壤鄄粘鄄壤型、壤鄄壤鄄粘
型、壤鄄粘鄄粘型、砂鄄砂鄄粘型、砂鄄砂鄄砂型、砂鄄壤鄄壤型、壤鄄
壤鄄砂型和壤鄄壤鄄壤型。 空间预测结果显示,具有壤鄄壤鄄
壤、砂鄄砂鄄砂型剖面质地构型的土壤在研究区分布面积
最大。 由于历史上黄河泛滥频繁、泥沙沉积过程复杂,
加上灌淤、深翻、平整等土壤利用与改良活动,土壤剖面
质地构型在空间分布上表现出强烈的微域变异特征。
(2) 在各种剖面质地构型分布相对集中的典型区,
砂鄄砂鄄粘、砂鄄砂鄄砂和砂鄄壤鄄壤型等 3 种土壤剖面质地构
型的模糊隶属度与其对应高程之间呈极显著正相关。 表明,在微域尺度上,高程越大,表层土壤质地越粗。 在
定义 0—60cm质地控制层段的基础上,将具有相同的质地功能层段或质地控制层段的剖面质地构型归并,结
果发现:砂鄄砂壤型控制层段出现的土壤分布于平均高程 70m以上地形部位,而壤型、壤鄄粘型控制层段出现的
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现复域分布特点。
(3) 在研究区尺度上,剖面质地构型的模糊隶属度与其对应高程值之间的相关性不明显。 其原因可能是
由于典型区土壤剖面质地构型影响因素相对单一,高程可视为不同剖面质地构型的土壤空间分布格局的核心
控制因子。 而在研究区尺度上,沉积环境、风力再搬运过程以及当地灌淤、深翻等土壤改良与利用实践的时空
异质性更强,很大程度上削弱和掩盖了高程因子对土壤剖面质地构型空间分布格局的影响。
(4) 在研究区尺度上,高程等级越高的地形部位,发育的土壤剖面质地构型类型越少;高程等级越低的地
形部位,发育的土壤剖面质地构型类型越多。 表明,地形部位较低,土壤剖面质地构型在水平空间上的分布结
构相对复杂;地形部位越高,土壤剖面质地构型在水平空间上的分布相对简单。
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7602摇 8 期 摇 摇 摇 檀满枝摇 等:冲积平原区高程因子对土壤剖面质地构型的影响———以封丘县为例 摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 8 April,2011(Semimonthly)
CONTENTS
The relationship between Populus euphratica忆s radial increment and groundwater level at the lower reach of Tarim River
AN Hongyan, XU Hailiang, YE Mao,et al (2053)
……………
…………………………………………………………………………………
Influence of elevation factor on soil profile texture configuration: a case study of the alluvial plain of Fengqiu County
TAN Manzhi, MI Shuxiao, LI Kaili, et al (2060)
………………
…………………………………………………………………………………
Effects of ozone on AsA鄄GSH cycle in soybean leaves WANG Junli, WANG Yan, ZHAO Tianhong, et al (2068)……………………
The effects of physical and chemical factors on the growth and lipid production of Chlorella
ZHANG Guiyan, WEN Xiaobin,LIANG Fang, et al (2076)
……………………………………………
………………………………………………………………………
Response of net productivity of masson pine plantation to climate change in North Subtropical Region
CHENG Ruimei, FENG Xiaohui, XIAO Wenfa, et al (2086)
…………………………………
………………………………………………………………………
Soil respiration of Zoysia matrella turfgrass in subtropics LI Xibo,YANG Yusheng,ZENG Hongda,et al (2096)………………………
Effect of UV鄄B radiation on the leaf litter decomposition and nutrient release of Pinus massoniana
SONG Xinzhang, ZHANG Huiling, JIANG Hong, et al (2106)
……………………………………
……………………………………………………………………
Physiological ecological effect of endophyte infection on Achnatherum sibiricum under drought stress
HAN Rong, LI Xia, REN Anzhi, et al (2115)
…………………………………
……………………………………………………………………………………
Zinc Tolerance and Accumulation Characteristics of Armillara mellea ZHU Lin,CHENG Xianhao,LI Weihuan,et al (2124)…………
Expansion strategies of Caragana stenophylla in the arid desert region
ZHANG Jianhua, MA Chengcang, LIU Zhihong, et al (2132)
…………………………………………………………………
……………………………………………………………………
Effects of mixed plant residues from the Loess Plateau on microbial biomass carbon and nitrogen in soil
WANG Chunyang, ZHOU Jianbin, XIA Zhimin,et al (2139)
………………………………
………………………………………………………………………
Survival strategy of Stipa krylovii and Agropyron cristatum in typical steppe of Inner Mongolia
SUN Jian, LIU Miao, LI Shenggong, et al (2148)
…………………………………………
…………………………………………………………………………………
Spatial distribution of arbuscular mycorrhizal fungi in Salix psammophila root鄄zone soil in Inner Mongolia desert
HE Xueli, YANG Jing, ZHAO Lili (2159)
……………………
…………………………………………………………………………………………
An experimental study on the the effects of different diurnal warming regimes on single cropping rice with Free Air Temperature
Increased (FATI) facility DONG Wenjun, DENG Aixing, ZHANG Bin, et al (2169)…………………………………………
Endophytic bacterial diversity in Achnatherum inebrians by culture鄄independent approach
ZHANG Xuebing, SHI Yingwu,ZENG Jun, et al (2178)
………………………………………………
…………………………………………………………………………
Hierarchical Partial Least Squares (Hi_PLS) model analysis of the driving factors of Henan忆s Ecological Footprint (EF) and its
development strategy JIA Junsong (2188)…………………………………………………………………………………………
Evaluation on spatial distribution of soil salinity and soil organic matter by indicator Kriging in Yucheng City
YANG Qiyong,YANG Jinsong,YU Shipeng (2196)
…………………………
…………………………………………………………………………………
The toxicity of lupeol of Inula britanica on Tetranychus cinnabarinus and its effects on mite enzyme activity
DUAN Dandan,WANG Younian,CHENG Jun,et al (2203)
…………………………
…………………………………………………………………………
Abundance and biodiversity of ammonia鄄oxidizing archaea and bacteria in littoral wetland of Baiyangdian Lake, North China
YE Lei, ZHU Guibing, WANG Yu, et al (2209)
………
…………………………………………………………………………………
Changes of leaf water potential and water absorption potential capacities of six kinds of seedlings in Karst mount area under
different drought stress intensities: Taking six forestation seedlings in karst Mountainous region for example
WANG Ding,YAO Jian,YANG Xue,et al (2216)
……………………
…………………………………………………………………………………
Comparison of structure and species diversity of Eucalyptus community LIU Ping, QIN Jing, LIU Jianchang, et al (2227)…………
Ecosystem services valuation of the Haihe River basin wetlands JIANG Bo,OUYANG Zhiyun,MIAO Hong,et al (2236)……………
Effects of Phragmites australis on methane emission from a brackish estuarine wetland MA Anna, LU Jianjian (2245)………………
Genetic differentiation and the characteristics of uptake and accumulation of lead among Camellia sinensis populations under
different background lead concentrations of soils in Yunnan,China
LIU Shengchuan, DUAN Changqun, LI Zhenhua, et al (2253)
………………………………………………………………
……………………………………………………………………
Comparison of zooplankton lists between Coilia mystus food contents and collections from the Yangtze River Estuary & Hangzhou
Bay LIU Shouhai,XU Zhaoli (2263)………………………………………………………………………………………………
Reconstruction and analysis of July鄄September precipitation in Mt. Dagangshan, China
QIAO Lei, WANG Bing, GUO Hao, et al (2272)
…………………………………………………
…………………………………………………………………………………
Analysis on economic and ecological benefits of no鄄tillage management of Carya cathayensis
WANG Zhengjia, HUANG Xingzhao, TANG Xiaohua, et al (2281)
…………………………………………
………………………………………………………………
GIS鄄based analysis of the accessibility of urban forests in the central city of Guangzhou, China
ZHU Yaojun,WANG Cheng,JIA Baoquan,et al (2290)
………………………………………
……………………………………………………………………………
Review and Monograph
Impact factors and uncertainties of the temperature sensitivity of soil respiration
YANG Qingpeng, XU Ming,LIU Hongsheng,et al (2301)
………………………………………………………
…………………………………………………………………………
The advance of allometric studies on plant metabolic rates and biomass
CHENG Dongliang,ZHONG Quanlin, LIN Maozi, et al (2312)
…………………………………………………………………
……………………………………………………………………
Practice and the research progress on eco鄄compensation for cultivated land MA Aihui,CAI Yinying,ZHANG Anlu (2321)…………
Discussion
Soil water holding capacities and infiltration characteristics of three vegetation restoration models in dry鄄hot valley of Yuanmou
LIU Jie, LI Xianwei, JI Zhonghua, et al (2331)
………
……………………………………………………………………………………
Scientific Note
Effects of secondary, micro鄄 and beneficial elements on rice growth and cadmium uptake
HU Kun, YU Hua, FENG Wenqiang, et al (2341)
……………………………………………
…………………………………………………………………………………
2009 年度生物学科总被引频次和影响因子前 10 名期刊绎
(源于 2010 年版 CSTPCD数据库)
排序
Order
期刊 Journal
总被引频次
Total citation
排序
Order
期刊 Journal
影响因子
Impact factor
1 生态学报 11764
2 应用生态学报 9430
3 植物生态学报 4384
4 西北植物学报 4177
5 生态学杂志 4048
6 植物生理学通讯 3362
7
JOURNAL OF INTEGRATIVE
PLANT BIOLOGY
3327
8 MOLECULAR PLANT 1788
9 水生生物学报 1773
10 遗传学报 1667
1 生态学报 1. 812
2 植物生态学报 1. 771
3 应用生态学报 1. 733
4 生物多样性 1. 553
5 生态学杂志 1. 396
6 西北植物学报 0. 986
7 兽类学报 0. 894
8 CELL RESEARCH 0. 873
9 植物学报 0. 841
10 植物研究 0. 809
摇 绎《生态学报》 2009 年在核心版的 1964 种科技期刊排序中总被引频次 11764 次,全国排名第 1; 影响因
子 1郾 812,全国排名第 14;第 1 ~ 9 届连续 9 年入围中国百种杰出学术期刊; 中国精品科技期刊
摇 摇 编辑部主任: 孔红梅摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 执行编辑: 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 31 卷摇 第 8 期摇 (2011 年 4 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
摇
(Semimonthly,Started in 1981)
摇
Vol郾 31摇 No郾 8摇 2011
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