中国北方温带草原区土壤容重分层数据重建与空间格局分析

doi:10.11686/cyxb2020056

草业学报 ›› 2021, Vol. 30 ›› Issue (1): 1-11.DOI: 10.11686/cyxb2020056

中国北方温带草原区土壤容重分层数据重建与空间格局分析

乔宇鑫¹^,²^,³(), 钟华平³, 朱华忠²^,⁴, 邵小明¹^,⁵(), 李愈哲³

^1.西藏农牧学院高原生态研究所，西藏林芝 850400
^2.中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室，北京 100101
^3.中国科学院地理科学与资源研究所陆地表层格局与模拟院重点实验室，北京 100101
^4.江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心，江苏南京 210023
^5.中国农业大学资源与环境学院，北京市生物多样性与有机农业重点实验室，北京 100193

收稿日期:2020-02-19 修回日期:2020-03-24 出版日期:2021-01-20 发布日期:2021-01-08
通讯作者: 邵小明
作者简介:Corresponding author. E-mail: shaoxm@cau.edu.cn
乔宇鑫(1993-)，男，内蒙古包头人，在读硕士。E-mail: 1076998051@qq.com
基金资助:
西藏饲草产业专项(XZ201901NA03);国家重点研发计划(2016YFC0502005);科技基础性工作专项重点项目(2013FY110900);国家科技基础条件平台(2005DKA32300)

Stratified data reconstruction based on spatial pattern of soil bulk density intemperate grasslands of Northern China

Yu-xin QIAO¹^,²^,³(), Hua-ping ZHONG³, Hua-zhong ZHU²^,⁴, Xiao-ming SHAO¹^,⁵(), Yu-zhe Li³

^1.Institute of Tibet Plateau Ecology，Tibet Agriculture & Animal Husbandry University，Linzhi 850400，China
^2.State Key Laboratory of Resources and Environment Information System，Institute of Geographical Sciences and Natural Resources Researches，CAS，Beijing 100101，China
^3.Key Laboratory of Land Surface Pattern and Simulation，Institute of Geographical Sciences and Natural Resources Research，CAS，Beijing 100101，China
^4.Jiangsu Center for Collaborative Innovation in Geographic Information Resource Development and Application，Nanjing 210023，China
^5.China Agricultural University，College of Resources and Environment，Key Laboratory of Biodiversity and Organic Agriculture，Beijing 100193，China

Received:2020-02-19 Revised:2020-03-24 Online:2021-01-20 Published:2021-01-08
Contact: Xiao-ming SHAO

摘要/Abstract

摘要：

中国北方温带草原区因其地域跨度较大，地理条件复杂，土壤容重空间格局和分层数据情况仍不清楚。基于此，本研究利用中国北方温带草原区土壤容重调查实测数据，对北方温带草原地区表层土壤容重构建土壤传递函数，进行土壤垂直剖面分层容重数据重建与水平空间的土壤容重数据估算。结果表明：中国北方温带草原区土壤容重在空间上呈现中部和西北部高，东部和山区低的现象，草地平均土壤容重为1.50 g·cm^-3。按地理区域划分，土壤容重最高为南疆盆地，平均为1.99 g·cm^-3，阿勒泰山区土壤容重最低，平均为1.03 g·cm^-3。按照草地类型统计，高寒草甸类土壤容重最低，平均为0.76 g·cm^-3；温性荒漠类土壤容重最高，平均为1.80 g·cm^-3。北方温带草原区草地表层（0~10 cm）土壤容重的平均预测误差、均方根误差、相对误差和复相关系数分别为0.018、0.223、16.2%和0.5386。

关键词: 土壤容重, 北方温带草原, 空间格局分析, 传递函数

Abstract:

The spatial patterns and stratification of soil bulk density in the temperate grassland of Northern China remain undefined because of the complex geographical conditions. In this study， we used measured data for soil bulk density available in reports of soil surveys of temperate grasslands of Northern China， and constructed a soil transfer function from the surface soil bulk density. Accordingly， we reconstructed vertically stratified bulk density data of the soil profile， and estimated the pattern of soil bulk density in the horizontal plane. In these analyses， the soil bulk density of the temperate grasslands of Northern China was typically high in the central and northwestern regions and low in the eastern and mountainous regions. The mean soil bulk density of grasslands was 1.50 g·cm^-3. According to geographical divisions， the highest soil bulk density was in the South Xinjiang Basin （mean soil bulk density， 1.99 g·cm^-3）， and the lowest was in the Altai Mountains （mean soil bulk density， 1.03 g·cm^-3）. Based on data obtained from various types of grasslands， the soil bulk density was lowest in alpine meadow grassland （mean soil bulk density， 0.76 g·cm^-3） and highest in temperate desert grassland （mean soil bulk density， 1.80 g·cm^-3）. The mean prediction error， root mean square deviation， relative error， and multiple correlation coefficient of soil bulk density data pertaining to the surface layer （0-10 cm） in the temperate grasslands of Northern China were 0.018， 0.223， 16.2%， and 0.5386， respectively.

Key words: soil bulk density, northern temperate grassland, spatial pattern analysis, transfer function

乔宇鑫, 钟华平, 朱华忠, 邵小明, 李愈哲. 中国北方温带草原区土壤容重分层数据重建与空间格局分析[J]. 草业学报, 2021, 30(1): 1-11.

Yu-xin QIAO, Hua-ping ZHONG, Hua-zhong ZHU, Xiao-ming SHAO, Yu-zhe Li. Stratified data reconstruction based on spatial pattern of soil bulk density intemperate grasslands of Northern China[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2021, 30(1): 1-11.

图/表 8

参考文献 41

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土层 Soil layer (cm)	不同容重等级分布面积所占比例Proportion of stratified soil bulk density
土层 Soil layer (cm)	Ⅰ (0~0.8 g·cm^-3)	Ⅱ (0.8~1.2 g·cm^-3)	Ⅲ (1.2~1.5 g·cm^-3)	Ⅳ (1.5~1.8 g·cm^-3)	Ⅴ (1.8~2.2 g·cm^-3)	合计 Total
0~10	6.33	15.78	24.39	38.04	15.46	100
10~20	4.94	13.90	21.98	38.06	21.12	100
20~30	3.84	12.23	19.66	35.41	28.87	100
30~50	3.03	10.72	16.91	32.61	36.73	100
平均Mean	4.54	13.15	20.73	36.03	25.55	100

土层 Soil layer (cm)	不同容重等级分布面积所占比例Proportion of stratified soil bulk density
土层 Soil layer (cm)	Ⅰ (0~0.8 g·cm^-3)	Ⅱ (0.8~1.2 g·cm^-3)	Ⅲ (1.2~1.5 g·cm^-3)	Ⅳ (1.5~1.8 g·cm^-3)	Ⅴ (1.8~2.2 g·cm^-3)	合计 Total
0~10	6.33	15.78	24.39	38.04	15.46	100
10~20	4.94	13.90	21.98	38.06	21.12	100
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30~50	3.03	10.72	16.91	32.61	36.73	100
平均Mean	4.54	13.15	20.73	36.03	25.55	100

主要地理区域 Major geographical areas	土壤容重值Soil bulk density
主要地理区域 Major geographical areas	0~10 cm	10~20 cm	20~30 cm	30~50 cm	平均值Mean
北方温带草原区 Northern temperate grassland region	1.42	1.47	1.52	1.58	1.50
呼伦贝尔高原 Hulunbuir Plateau	1.35	1.41	1.47	1.53	1.44
大兴安岭地区 Da Hinggan Ling Prefecture	1.10	1.16	1.22	1.28	1.19
松嫩平原地区 Songnen Plain	1.47	1.52	1.58	1.64	1.55
内蒙古高原 Inner Mongolia Plateau	1.40	1.45	1.51	1.57	1.48
河套及土默川平原 Hetao and Tumochuan Plains	1.68	1.73	1.79	1.84	1.76
鄂尔多斯及黄土高原 Ordos and Loess Plateau	1.45	1.51	1.56	1.62	1.54
阿拉善高原 Alxa Plateau	1.77	1.82	1.86	1.91	1.84
河西走廊地区 Hexi Corridor Area	1.42	1.47	1.52	1.58	1.50
南疆盆地 Southern Xinjiang Basin	1.94	1.97	2.01	2.05	1.99
天山山区 Tianshan Mountain Area	1.06	1.10	1.15	1.20	1.13
伊犁河谷 Ili River Valley	1.21	1.27	1.32	1.38	1.30
北疆准噶尔盆地 Junggar Basin, Northern Xinjiang	1.67	1.72	1.77	1.82	1.75
阿勒泰山区 Altai Mountains	0.95	1.00	1.05	1.10	1.03
帕米尔-昆仑山-阿尔金山高原地区 Pamir-Kunlun-Altun Plateau Region	1.42	1.47	1.52	1.58	1.50

主要地理区域 Major geographical areas	土壤容重值Soil bulk density
主要地理区域 Major geographical areas	0~10 cm	10~20 cm	20~30 cm	30~50 cm	平均值Mean
北方温带草原区 Northern temperate grassland region	1.42	1.47	1.52	1.58	1.50
呼伦贝尔高原 Hulunbuir Plateau	1.35	1.41	1.47	1.53	1.44
大兴安岭地区 Da Hinggan Ling Prefecture	1.10	1.16	1.22	1.28	1.19
松嫩平原地区 Songnen Plain	1.47	1.52	1.58	1.64	1.55
内蒙古高原 Inner Mongolia Plateau	1.40	1.45	1.51	1.57	1.48
河套及土默川平原 Hetao and Tumochuan Plains	1.68	1.73	1.79	1.84	1.76
鄂尔多斯及黄土高原 Ordos and Loess Plateau	1.45	1.51	1.56	1.62	1.54
阿拉善高原 Alxa Plateau	1.77	1.82	1.86	1.91	1.84
河西走廊地区 Hexi Corridor Area	1.42	1.47	1.52	1.58	1.50
南疆盆地 Southern Xinjiang Basin	1.94	1.97	2.01	2.05	1.99
天山山区 Tianshan Mountain Area	1.06	1.10	1.15	1.20	1.13
伊犁河谷 Ili River Valley	1.21	1.27	1.32	1.38	1.30
北疆准噶尔盆地 Junggar Basin, Northern Xinjiang	1.67	1.72	1.77	1.82	1.75
阿勒泰山区 Altai Mountains	0.95	1.00	1.05	1.10	1.03
帕米尔-昆仑山-阿尔金山高原地区 Pamir-Kunlun-Altun Plateau Region	1.42	1.47	1.52	1.58	1.50

主要草地类 Main grassland types	土壤容重值Soil bulk density
主要草地类 Main grassland types	0~10 cm	10~20 cm	20~30 cm	30~50 cm	平均值Mean
温性草甸草原 Temperate meadow grassland	1.22	1.28	1.34	1.39	1.31
温性草原类 Temperate steppe	1.39	1.44	1.50	1.56	1.47
温性荒漠草原类 Temperate desert steppe	1.50	1.55	1.61	1.66	1.58
高寒草原类 Alpine steppe	1.18	1.20	1.23	1.25	1.22
高寒荒漠草原类 Alpine desert steppe	1.52	1.57	1.63	1.68	1.60
温性草原化荒漠类 Temperate steppe-desert	1.58	1.63	1.69	1.74	1.66
温性荒漠类 Temperate desert	1.72	1.77	1.82	1.87	1.80
高寒荒漠类 Alpine desert	1.48	1.53	1.58	1.64	1.56
暖性草丛类 Warm tussock	1.45	1.50	1.56	1.61	1.53
暖性灌草丛类 Warm shrubby tussock	1.33	1.39	1.45	1.51	1.42
低地草甸类 Lowland meadow	0.75	0.79	0.84	0.90	0.82
山地草甸类 Montane meadow	0.91	0.97	1.02	1.07	0.99
高寒草甸类 Alpine meadow	0.69	0.74	0.79	0.84	0.77
沼泽类 Marsh	0.74	0.79	0.84	0.89	0.82

中国北方温带草原区土壤容重分层数据重建与空间格局分析

Stratified data reconstruction based on spatial pattern of soil bulk density intemperate grasslands of Northern China

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地区 Area	样点数 Number of samples	土壤容重 Soil bulk density (g·cm^-3)	土壤容重 Soil bulk density (0~10 cm, g·cm^-3)	文献 Reference
内蒙古 Inner Mongolia	198	1.45 (0~10 cm)	1.40	[12]
新疆伊犁 Yili, Xinjiang	146	1.01 (0~30 cm)	1.21	[31]
新疆天山 Tianshan, Xinjiang	11	0.94 (0~10 cm)	1.06	[33]
黄土高原 The Loess Plateau	748	1.40 (0~5 cm & 20~25 cm)	1.45	[33]
松嫩平原 Songnen Plain	27	1.45 (0~10 cm)	1.47	[34]
呼伦贝尔高原 Hulunbuir Plateau	27	1.55 (0~10 cm)	1.35	[34]
河西走廊地区 Hexi Corridor Area	36	1.39 (0~20 cm)	1.42	[35]

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