宁南山区小流域土壤化学性质空间变异特征及综合评价

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中文摘要：宁南山区位于黄土高原西北缘，属于典型的黄土高原丘陵沟壑区。特殊的气候条件和独特的地形条件，导致水土流失严重，致使氮磷等营养元素空间分布不均、养分流失较为严重，影响当地植被恢复情况。近年来，植被重建、生态恢复等工程已在宁南山区逐步开展起来，从根本上防止了区域生态环境的恶化。土壤养分、酶活性和重金属作为土壤资源中最基本的属性，强烈影响着植被恢复演替过程，并决定着土壤质量。同一区域不同土壤属性受周围环境和人类活动影响程度不同，使其空间变异特征也有所不同。本文以宁南山区小流域为例，基于260个采样点的土壤实测数据和多源环境变量数据，运用数理统计和地统计学方法对土壤养分、酶活性和重金属空间异质性进行研究;采用普通克里格、回归克里格、地理加权回归克里格、BP神经网络和随机森林法对区域土壤养分建立空间预测模型;采用云模型计算研究区土壤养分综合指数，并将其空间化，旨在为宁南山区小流域综合治理中提出的生态恢复等宏观决策提供理论支撑，以营造和谐的生态环境。研究主要结果如下: (1)土壤养分除碱解氮属强变异外，其余都具中等变异性;全磷、速效磷最优拟合模型分别为球状模型、高斯模型，其余最佳拟合模型均为指数模型;有机质整体呈北高、南低格局，全氮整体呈北部、东部高，西部、中部低趋势，全磷空间分布格局与全钾相似，呈中间向四周逐步扩大格局，碱解氮空间分布整体点源特征明显，除个别点位存在高值外，其他大面积为低值，速效磷呈西部高、东部低趋势，速效钾呈中部高、四周低格局。 (2)土壤脲酶和蔗糖酶活性均值分别为O.36、2.56mg/g，脲酶和蔗糖酶变异系数分别为88.89％和55.56％，均表现为中等变异性;脲酶和蔗糖酶最佳拟合模型分别为指数和高斯模型;脲酶在北部和西南部含量较高，在中部、西北部和东北部含量较低，蔗糖酶高含量地区在北部、东部，低含量地区在西部。 (3)土壤重金属均属于中等程度变异，除Ni外，其余重金属均值都超过宁夏土壤背景值;污染指数表明，存在轻微至中等的潜在生态风险;来源解析表明土壤重金属主要来源自然母质源、农业活动源、矿业开发排放源和交通源;Ni、Zn、Mn的空间分布规律相似，高值在西北部、中部和西南部，低值在东北部、西部和东南部，北部、中部和西南部Pb含量高，西部和东北部含量低，Cd高值在中部、东部和西南部，低值在东北部，Cu高值呈条带状分布，主要在东南部，Cr高值主要分布在西部、东南部。 (4)利用5种方法对土壤养分空间预测进行模型建立并评价了其准确度，综合来看地理加权回归克里格、随机森林和BP神经网络法的预测准确度相对较高，其中速效养分的最佳预测模型均为BP神经网络法，普通克里格和回归克里格法的精度较低，预测结果不可靠。 (5)基于云模型方法分析得出的不同土壤养分环境等级状况所占研究区总面积百分比分别为:高(O.62％)、较高(10％)、一般(31.71％)、较差(27.37％)、差(30.3％)，表明宁南山区小流域土壤养分环境整体处于中等偏差水平，其中土壤养分环境状况较好的区域为研究区西部。

作者：

夏子书

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关键词：

土壤化学性质随机森林 BP神经网络空间变异特征营养元素养分流失

授予学位：

硕士

学科专业：

自然地理学

导师：

王幼奇；白一茹

学位年度：

2021

学位授予单位：

宁夏大学

语种：

中文

中图分类号：