土壤多样性分布格局对侵蚀沉积过程的响应

Pedodiversity is a reflection of soil spatial distribution and variation. It plays an important role on the composition and spatial distribution of biome and the stability of the ecosystem. In hilly area, serious erosion is one of the key factors that control the spatial distribution pattern of soil diversity. Revealing the process and mechanism of soil erosion on soil diversity is an important prerequisite for maintaining regional soil diversity and improving the ecosystem service function. To understand the influence of slope erosion-deposition process on the formation and development of spatial distribution pattern of soil diversity, two watersheds in hilly region of red soil and mountain region of purplish red sandstone will be studied. And the field investigation, laboratory analysis, and other means will be adopted to quantitative analysis the soil diversity distribution characteristics under the mainly erosion environment backgrounds of subtropical hilly and mountain region of China. Based on those, Combined with the main factors screening and prediction modeling of soil erosion, the pedodiversity distribution model focusing on small scale will be established, and an estimation methods will be proposed which can predict pedodiversity based on main environmental factors of soil erosion. This study can provide the reference for further understanding of the essential features of the dynamic change, functional pattern and service value of the global pedosphere.

土壤多样性反映土壤的空间分布和变异特征，对生物群落构成和空间分布，以及生态系统的稳定性有重要影响。丘陵山区水土流失强烈，土壤侵蚀是区域土壤多样性分布格局的关键驱动因子之一。揭示土壤侵蚀对土壤多样性的作用过程和机理是维持区域土壤多样性，提升生态系统服务功能的重要前提。本研究选取红壤丘陵区和紫砂岩低山区的两个流域，采用野外土壤和侵蚀调查、室内分析等多种手段定量分析我国亚热带丘陵、山区主要侵蚀环境背景下土壤多样性特征和分布规律，从坡面、流域两个尺度上探讨土壤侵蚀-沉积对土壤多样性空间分布格局形成的驱动机制。在此基础上，结合流域土壤侵蚀主控因子筛选和土壤侵蚀模型预测，建立小尺度内基于侵蚀特征预测的土壤多样性分布模型，提出“土壤侵蚀主控环境因子→流域土壤侵蚀特征反演→流域土壤多样性预测”的估算方法，为更深入理解全球土壤圈的动态变化、功能格局和服务价值等本质特征提供参考依据。

土壤多样性反映土壤的空间分布和变异特征，对生物群落构成和空间分布，以及生态系统的稳定性有重要影响。我国土壤类型丰富，地貌类型多样，侵蚀严重，不同区域的侵蚀主导因素、发生过程、侵蚀程度差异较大，与之相关的土壤多样性形成过程也不尽相同。明确土壤侵蚀过程在区域土壤多样性空间分布格局中的作用和地位，是提升生态系统服务功能的重要前提。本项目在流域和主要水蚀区尺度上探明了土壤侵蚀对土壤多样性的影响，进一步深入探讨了土壤侵蚀在其他成土因素中的重要性和地位，开展了基于便携手机设备的区域土壤多样性快速调查方法研究。选择黑土区典型小流域，通过野外土壤类型调查及小流域侵蚀-沉积历史过程反演，明确了小流域土壤侵蚀与土壤多样性的耦合关系；结合中国地貌分区，构建了土壤侵蚀与土壤多样性的结构方程模型，探明了土壤侵蚀对中国主要水蚀区土壤多样性的定量影响；利用地理探测器，结合其他成土因素数据，剖析了各地貌区土壤多样性的驱动因素，明确了土壤多样性空间分布特征及土壤侵蚀在其他成土因素中的地位；基于便携手机设备，结合计算机视觉技术和机器学习，开展了土壤剖面自动划分和土壤关键属性速测研究。得到结果如下：土壤侵蚀通过影响土层厚度的空间分布控制土壤类型变化，最终导致小流域土壤多样性的变化，对以厚度为类型划分标准的土壤可以提供参考；土壤侵蚀与我国南方土壤多样性为负相关关系，相较于北方，土壤侵蚀对南方的土壤多样性影响更加明显；我国南方土壤多样性最高，北方次之，青藏高原最低，各地貌区土壤多样性以母质、地形为主要驱动因素；建立了土壤关键性质的速测模型及剖面层次划分的通用框架，验证效果良好，可以为快速判断土壤类型，获得区域土壤多样性提供技术支持。研究结果为土壤多样性的研究提供了重要补充，为深入理解全球土壤圈的动态变化、功能格局和服务价值等本质特征提供参考依据。