典型岩溶区土壤颜色空间自相关和空间分布研究

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1、典型岩溶区土壤颜色空间自相关和空间分布研宄摘要：基于自定义的土壤颜色量化方法，运用地统计学与GIS技术，将室内布点和实地监测相结合，对果化示范区土壤颜色的空间自相关和空间分布进行了研究。结果表明，果化示范区土壤颜色的空间分布存在正向的全局空间自相关，空间自相关尺度为2200m。土壤颜色的空间样点呈现出平行线型的空间分布格局，土壤颜色的空间结构在1〜2200m区间内为空间集聚，在2200〜2800m区间内为空间孤立。示范区棕色土壤广泛分布，黄棕色和黄褐色土壤仅呈小块状的零星分布。关键词：土壤颜色；空间自相关；空间分布；典型岩溶区中图分类号:S152.2+4文献标

2、识码:A文章编号:0439-8114(2016)09-2198-04表层土壤颜色是土壤圈重要的自然属性之一，常用于辨别和研宄不同的土壤类型、不同的土壤性状和不同的土壤养分特征。相关研究表明，土壤有机质含量与其光谱中可见光的反射特征有一定的相关关系。从某种角度上说，土壤颜色可以反映土壤有机质的空间含量，属于土壤肥力的重要指标。利用土壤颜色所反映的土壤反射光谱特征来反演和划分土壤有机质含量，可为相关农业部门提供种植和管理依据。位于中国西南典型岩溶峰丛洼地的果化示范区，石漠化较为严重。土壤肥力较低，改善示范区的土壤理化性状有助于当地石漠化的综合治理和生态环境恢复，是

3、值得深入开展的科学问题。纵观典型岩溶峰丛洼地土壤理化指标的相关成果，绝大多数仍处于定性研宄层面，半定量和定量研宄尚处于起步阶段，特别是对于生态较为脆弱、环境可容纳能力较低、环境失衡严重、农业生产较为落后的典型岩溶地区，土壤指标的空间量化研究非常薄弱，且缺乏从土壤取样尺度到土壤理化指标空间变异和空间格局的系统量化研宄。然而，作为典型岩溶区的土壤重要理化指标之一，土壤颜色空间尺度的定量化分析研究亟待幵展。据此，以果化示范区为例，开展典型岩溶区土壤颜色的空间量化研宄，探讨土壤颜色的空间自相关和空间分异格局，旨在为果化示范区及其他典型岩溶区的土壤养分评估、农业生产和生

4、态重建提供参考依据。1材料与方法1.1研宄区概况果化示范区是中国“十五”科技攻关课题“喀斯特峰丛洼地生态重建技术与示范”和“十一五”科技支撑计划课题“喀斯特峰丛山地脆弱生态系统重建技术研究”的石漠化治理与生态重建示范区，也是立体农业生态模式综合示范区。果化示范区始建于2001年。位于广西百色市平果县果化镇（图1），北纬23°22'28.7"-23°23'40.7"，东经107°22'40.8〃-107°23'56.9〃，属典型岩溶背景下的峰丛洼地地貌类型。区内降水丰富。但年内分配不均。土壤主要为棕色和黄棕色石灰土，土地利用类型以种植玉米、黄豆的早作坡耕地为主，

5、几乎不存在牧草地、果园和地表水体，植被类型主要为稀疏林地、灌丛和低矮灌草，绝大多数植物是阳生灌木和草本植物。1.2图件来源与处理研宄区的行政区、地形图、alos遥感影像等图件主要来源于中国地质科学院岩溶与石漠化研究室。本研宄的前期工作是将行政区划图、地形图导入ArcGIS软件进行空间参考的赋值和空间坐标的几何校正，在ENVI软件平台下完成遥感影像的遥感预处理，包括空间定标、校正大气、校正水平和垂直误差图件的空间校正，并将融合、裁剪、增强后的影像用于空间样点的布设，可为实地监测样点的选取提供依据。1.3样点选取与实地监测空间样点选取原则：以果化示范区行政区划图为

6、调研路线选择的依据，同时与前期预处理好的遥感影像相结合，在图像上进行基于网格的空间布点。并导出各待监测样点的经纬度。20H年9月，将待调研的样点坐标导入GPS，将GPS的空间参考与计算机相匹配（本研宄选择投影坐标系下高斯克吕格3°带36带的空间投影），完成土壤样点的空间导航。实地监测时，考虑到土壤空间环境的相似性与差异性，同时兼顾峰丛洼地的地形、交通可达性、人类活动等因素，对部分土壤样点进行空间调整并记录实际监测点的空间坐标，最终得到191个有效监测样点（图2）。为避免表层土壤枯枝落叶层的干扰，每个样点均挖取约5cm深度的表层土壤，将对应的空间坐标和颜色属性共

7、同作为土壤颜色空间格局分析的基础数据源。1.4量化方法由于土壤颜色指标在GIS的空间属性库中属于文本格式的字段类型，难以进行空间量化研宄。考虑到量化的常规性与可行性，将土壤颜色进行空间赋值时要充分考虑到GIS空间属性库的数值编码方式。由于GIS在进行诸如空间重分类、空间可视化、空间分级等操作中。多数将计算结果以自然数“1，2,3…”等形式表示，本研宄遵从GIS这一空间赋值原则，将石灰土颜色赋值如下：棕色赋值为1.黄棕色赋值为2.黄褐色赋值为3.各赋值均在ArcGIS平台的空间属性库中统一完成。1.5数据处理与分析主要从果化示范区土壤颜色的空间自相关和空间变异两

8、方面展开，前者运用Geoda9.2空间