丘陵山區(qū)農(nóng)田土壤有機碳密度影響因素與制圖研究.pdf

1、土壤有機碳（SOC）是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫之一，對全球氣候和農(nóng)業(yè)有非常重要的影響。作為評價土壤質(zhì)量的一個重要指標，土壤有機碳可以維持土壤良好的物理結(jié)構(gòu)、土壤穩(wěn)定性、和土壤生物多樣性。自然和人為的干擾對土壤有機碳的分布和儲量有著重要影響，而且影響的關系隨著不同研究尺度而變化。在不同地理環(huán)境和地形地貌上，土壤有機碳影響因素和空間分布也有所不同。
　　本文以多山丘陵地區(qū)農(nóng)田土壤為研究對象，研究區(qū)域選在重慶江津區(qū)，借助數(shù)字地形分析方法

2、，地理信息系統(tǒng)，計算機技術，應用經(jīng)典統(tǒng)計學方法和機器學習方法全面系統(tǒng)地探討了土壤類型，土地利用類型，地形因子對土壤有機碳密度的影響和作用機理。分類探討了影響因子對研究區(qū)不同土壤類型的影響。將分類決策樹，支持向量機，梯度提升回歸樹和隨機森林應用到土壤有機碳密度預測分析中，并比較四種方法的預測精度，應用最佳預測方法完成影響因子的相對重要性分析和土壤有機碳密度制圖。得到以下結(jié)論：
　　(1)研究區(qū)農(nóng)用地0-20cm土壤有機碳密度的變化范

3、圍為0.45 kg/m2-6.18 kg/m2，變異系數(shù)為39.8％，屬于中等程度變異，平均值為2.64 kg/m2。通過預測得出研究區(qū)的農(nóng)田土壤有機碳密度的最大值為3.92 kg/m2，最小值為1.03 kg/m2，均值為2.74kg/m2，低于全國土壤有機碳密度(3.0kg/m2)。
　　(2)研究區(qū)土壤類型包括水稻土、沖積土、紫色土和黃壤土四類。不同土壤類型的土壤有機碳密度平均值大小不同，水稻土有機碳密度（2.68 kg/m

4、2）最高，其次為黃壤有機碳密度（2.53 kg/m2），紫色土有機碳密度（2.21kg/m2）最低。
　　(3)研究區(qū)農(nóng)用地的土地利用類型主要有水田、旱地、果園、其他園地四中類型中，水田（3.17 kg/m2）的土壤有機碳密度最高，其次為果園（2.53 kg/m2），其他園地（2.13 kg/m2）的土壤有機碳密度最低。
　　(4)研究區(qū)的坡位分為六種：山脊、上坡、中坡、平坡、下坡和溝谷。土壤樣點在具體坡位的分布情況為中間坡

5、位(中坡和平坡)分布最多，溝谷中分布最少。在所有影響因子中坡位對有機碳密度的相對重要性程度為中等，其中坡位對水稻土有機碳的影響程度最大，對沖積土的有機碳密度影響程度最小。
　　(5)本研究中，相關分析得出的土壤有機碳密度與地形因子的相關關系與隨機森林得出的地形因子對有機碳密度的影響關系走勢大致相同，但是地形因子在不同的區(qū)間對土壤有機碳密度的影響程度和局部趨勢有所變化。土壤有機碳密度與地形因子均呈及顯著相關關系((p<0.01)。海

6、拔，SAGA濕度指數(shù)，谷底平坦綜合指數(shù)對土壤有機碳密度的影響程度較大且為正相關關系。溝谷網(wǎng)絡垂直距離，坡向?qū)ν寥烙袡C碳密度的影響程度極小。
　　(6)通過建立預測模型，并進行影響因子重要性排序，影響土壤有機碳密度因子重要性排序前三為：土壤類型、土地利用類型、海拔；水稻土有機碳密度影響因子的重要性排序前三的為：SAGA濕度指數(shù)、溝谷深度、坡長坡度因子；紫色土有機碳密度影響因子重要性排序前三為：土地利用類型、SAGA濕度指數(shù)、谷底平坦

7、綜合指數(shù)；黃壤有機碳密度影響因子重要性排序前三的為：土地利用類型、谷底平坦綜合指數(shù)、SAGA濕度指數(shù)；沖積土有機碳密度影響因子重要性排序前三的為：SAGA濕度指數(shù)、溝谷深度、谷底平坦綜合指數(shù)。土壤類型對土壤有機碳密度的影響程度最大，影響因素的相對重要性在不同土壤類型中不同。土地利用類型對紫色土和黃壤土有機碳密度重要影響程度最大，SAGA濕度指數(shù)對水稻土和沖積土有機碳密度影響程度最大。土地利用類型對沖積土土壤有機碳密度的幾乎沒有影響。

8、r>　　(7)在本研究中，比較隨機森林，梯度提升回歸樹，支持向量回歸和回歸樹四種土壤有機碳密度預測模型精度，結(jié)果表明，對全區(qū)土壤有機碳密度而言，隨機森林的預測精度最高，在水稻土和紫色土有機碳密度預測模型中，隨機森林的預測精度明顯高于其他三種預測模型，在黃壤和沖積土有機碳密度預測模型中，回歸樹的預測模型精度最高。
　　(8)應用隨機森林得到研究區(qū)的農(nóng)田土壤有機碳密度的分布圖，由圖可知土壤有機碳密度的變化趨勢大致與研究區(qū)的地形變化和土