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中国亚热带面积辽阔、水热资源丰富,是我国粮食、林木和水果的主产区。近年来,随着CO2减排压力的加大,亚热带地区农业用地除提供农业产品和工业原料外,其土壤还必须起到固定大气CO2的功能。本论文应用经典统计学、地统计学和地理信息系统相结合的方法,在高密度取样的情况下系统地研究了亚热带地区四类典型景观土壤有机碳积累现状、有机碳密度及其景观差异,探讨了土壤有机碳空间变异性和地理分布格局,定性、定量分析了土壤有机碳含量影响因素,并阐明四类典型景观内土壤有机碳的驱动因子。主要结论如下:
1、亚热带地区土壤有机碳含量和密度均存在明显的景观变异。平原湖区景观土壤有机碳含量加权平均值最高,达25.10 g kg-1,比红壤丘陵、红壤低山和喀斯特低山景观分别高108%、41%和20%。四类典型景观土壤有机碳含量均属于中等程度变异,喀斯特低山景观变异系数偏大(43.76%),其它景观有机碳含量变异系数在24.06%~33.06%之间。四类典型景观0~20 cm表层土壤有机碳密度加权平均值为4.23 kg m-2,变化范围在0.53~10.96 kg m-2,变异系数为49.65%,明显高于全国表层土壤碳密度值(2.76 kg m-2),说明亚热带地区土壤可能是我国重要的碳储存库。平原湖区景观表层土壤有机碳密度加权平均值最高,为6.12 kg m-2,其次为红壤低山(4.25 kg m-2),喀斯特景观次之(3.32 kg m-2),红壤丘陵景观表层土壤有机碳密度最低,仅3.04 kg m-2,与土壤有机碳含量高低顺序基本一致。
2、地统计学方法可用于描述亚热带地区四类典型景观土壤有机碳空间变异性。平原湖区景观土壤有机碳空间变异性最低(MR值为1.94),其次为红壤丘陵(2.43)和红壤低山(2.57),喀斯特低山景观有机碳变异性最高(8.09)。空间变异性呈现出随景观内最大高差的增加而增大的趋势。亚热带地区四类典型景观土壤有机碳地理分布格局各具特点。平原湖区景观土壤有机碳空间分布受河流和湖泊沉积走向的影响,格局与水流方向一致,红壤丘陵、红壤低山和喀斯特低山景观土壤有机碳空间格局受微地形变化的影响。四类景观土壤有机碳地理分布格局与土地利用方式密切相关,耕作使局部差异趋于均一。
3、气候、母质、地形等自然因素和土地利用方式以及管理等人为因素是引起亚热带地区四类典型景观之间土壤有机碳变异的主要原因。红壤丘陵和红壤低山景观土壤有机碳含量随高程增加而降低,喀斯特低山景观的规律与之相反。红壤丘陵和红壤低山景观土壤有机碳含量随坡度增加而降低,喀斯特低山景观内坡度与土壤有机碳的关系复杂,其中缓坡土壤有机碳含量显著低于平地和极陡坡。亚热带地区五类利用方式下土壤有机碳含量顺序为水田>林地>旱地>果园>新垦旱地,在各景观内部不同利用方式下土壤有机碳含量顺序并不一致。土地生产力和植物残体归还量的差异是不同利用方式下土壤有机碳含量变异的主要原因。
4、亚热带四类典型景观土壤有机碳含量回归方程均有意义(P<0.001)。各景观内回归方程的回归能力(R2)各异,红壤低山景观影响因子解释土壤有机碳含量变化的能力为22.5%,其它景观的解释能力在34.2%~64.4%之间。空间可视化图显示四类景观内土壤有机碳含量与利用方式和高程的关系不一致,表现出不同的驱动特征。红壤丘陵和红壤低山景观土壤有机碳含量网面起伏相对平缓,尤其是红壤丘陵,而喀斯特低山景观土壤有机碳含量网面起伏极为剧烈。红壤丘陵和红壤低山景观内土地利用方式对土壤有机碳含量的影响大于高程,喀斯特低山景观土壤有机碳含量与利用方式和高程的关系复杂而且不确定。沉积走向和土地利用方式是平原湖区景观土壤有机碳驱动因子,土地利用方式、高程和坡度是红壤丘陵景观土壤有机碳驱动因子,土地利用方式和高程为红壤低山和喀斯特低山景观土壤有机碳驱动因子。