新疆伊犁地区草地土壤容重空间格局分析

周李磊，朱华忠，钟华平，杨华，索菲娅，邵小明，周星杰

(1.重庆师范大学地理与旅游学院三峡库区地表过程与环境遥感重庆市重点实验室，重庆 400047；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.新疆大学生命科学与技术学院，新疆 乌鲁木齐 830046；5.中国农业大学资源与环境学院，北京 100083)



新疆伊犁地区草地土壤容重空间格局分析

周李磊1,2，朱华忠2，钟华平3*，杨华1，索菲娅4，邵小明5，周星杰3

(1.重庆师范大学地理与旅游学院三峡库区地表过程与环境遥感重庆市重点实验室，重庆 400047；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.新疆大学生命科学与技术学院，新疆 乌鲁木齐 830046；5.中国农业大学资源与环境学院，北京 100083)

摘要：以新疆伊犁地区146个草地样地表层土壤容重调查测定数据为基础，结合遥感及气象数据，进行草地土壤容重与海拔、年均气温、年均降雨、≥10℃年积温、湿润度和NDVI间的相关及回归分析，构建土壤容重综合评价模型，借助ArcGIS平台加权叠加计算出伊犁地区草地土壤容重的空间分布格局。结果表明，伊犁地区草地土壤容重与海拔、年均气温、年均降雨、≥10℃年积温、湿润度和NDVI间显著相关(P<0.01)；综合评价结果与实测值之间的复相关系数R2=0.6025，均方根误差(RMSE)为0.1479 g/cm3，总体偏差为14.39%，平均预测精度达85.61%。空间格局上，土壤容重在河谷地带较高，随着海拔递增呈现出逐渐减小的趋势；伊犁河谷两侧的温带荒漠类草地土壤容重最大，约为1.3340 g/cm3，南部天山北坡的高寒草甸类草地最小，约为0.7310 g/cm3。综合评价结果较好地反映了新疆伊犁地区的土壤容重空间分布情况，与土壤类型和草地类型的分布基本吻合，可以为草地退化安全评估提供参考。

关键词：土壤容重；回归分析；空间格局；草地；新疆伊犁

土壤和草地是草地生态系统中两个重要的组成部分[1-2]，两者间相互作用相互影响，从宏观上看，土壤类型分布规律与草地类型分布规律相互协同，不同生物气候带下形成不同的土壤类型，相应的不同土壤类型上，形成不同的植被类型[3]；从微观上看，植被通过根系与土壤进行着各种物质代谢进而影响土壤的理化性质，反过来土壤通过调节分配水、热、气、肥为植物的生长源源不断地提供所需营养物质[4]。近年来由于受到社会经济的发展与全球气候变化的影响，加上人类活动的干扰，天然草地面积减少、质量下降，草地退化不断扩展，草地退化最直接的表现是植被退化和土壤退化[5]，其中，土壤退化是草地退化的核心问题[6]。土壤容重是土壤的基本物理属性，是指自然状态下单位容积体(包括土粒和空隙)的质量或重量[7-8]，对土壤的透气性、入渗性能、持水性能、溶质迁移特征以及土壤抗侵蚀能力有着重要影响[9-10]。作为土壤理化特性指标，土壤容重在指示土壤质量退化的同时，对草地退化具有敏感性，可以作为草地退化的数量指标[11-12]。研究表明，草地退化程度对土壤容重有显著的影响[2]，土壤容重随着草地退化程度的加剧而增大[5,12-14]。但目前草地土壤容重的研究多停留在地面调查数据的传统统计分析上[15-17]，区域性的草地土壤容重空间格局变化分析相对较少。随着地理信息系统(geographic information system，GIS)的发展，空间格局分析已广泛运用到地理生态学研究中[18-22]，而运用在区域尺度上土壤容重的空间格局分析既是一个尝试也是一个创新。

基于此，本文以伊犁草地土壤容重调查采样数据为基础，结合遥感数据、气候数据和地形数据，以新疆伊犁地区为研究对象，运用地理统计方法，构建土壤容重与地理要素的相关模型，借助GIS平台对新疆伊犁地区草地土壤容重空间分布进行插值计算，以期获取伊犁地区草地土壤容重的空间格局数据，为草地生态安全评估提供基础数据。

1材料与方法

1.1研究区概况

伊犁地区(42°14′16″ -44°53′30″ N，80°09′42″ -84°56′50″ E)位于欧亚大陆天山北坡西部山区的伊犁河谷，东、南、北三面高山环绕，地势东高西低，东窄西宽，呈喇叭型向西敞开，使来自西部的湿润水汽和巴尔喀什湖的暖流沿伊犁河长驱直入谷地深处[23-24]，形成了温带大陆性半干旱气候区。“山谷-盆地-河谷平原”的独特地形地貌使得伊犁降水充沛，境内有伊犁河、喀什河和特克斯河3条主要河流，年均降水量为200~800 mm，年均气温为2.9~9.1℃，年均日照时数为2700~3000 h[25]，是新疆最湿润的地区。伊犁地区自然条件优越，农、牧业发展优势明显，农畜产品丰富，是新疆的粮仓和全国著名的牧场。天然草地面积约为371万hm2，占新疆草地资源的6.38%，其产草量以及载畜能力均处于全疆最好水平[26-27]。

1.2数据来源及处理

1.2.1草地土壤容重数据综合考虑伊犁地区草地类型的分布特点、草地利用方式、利用强度等方面，在全区范围内设置了146个草地样地(图1)，于2013年7-9月对全部样地进行实地GPS定位，同时记录经纬度坐标、海拔和利用方式，并对实地定位的草地样地进行样方调查与采样。依据代表性原则，选择代表整个样地植被、地形及土壤等特征的地段，设置3个样方，在完成草地样方调查的基础上，清理样方土壤表面的植物残留物和杂质，将取样后的环刀(规格100 cm3)，做好样方标记，带回室内105℃烘干至恒重，称重；取3个重复。

1.2.2遥感数据研究区内MODIS产品数据，主要是指归一化植被指数(NDVI)，数据来源于美国地质调查局(http://ladsweb.nascom.nasa.gov)的成品数据产品(MOD13Q1)，数据采集的时间为2013年8月11日，用MRT拼接转投影，空间分辨率1 km。

1.2.3气候数据包括1957-2012年伊犁地区多年平均的年均气温、年均降雨量、≥10℃年积温、湿润度(伊万诺夫湿润度[28])，根据气象站点实测数据，运用ANUSPLIN专业气象插值软件，空间插值得到，空间分辨率1 km。

1.2.4其他数据数字高程模型(DEM)从国家地球系统科学数据共享平台(www.geodata.cn)下载，空间分辨率30 m；伊犁地区草地类型数据为20世纪80年代全国草地调查1∶100万草地类型图矢量数据。

1.3分析方法

1.3.1生态要素的选取从影响土壤容重的气候、地形和植被因素考虑，选取年均气温、年均降雨量、≥10℃年积温、湿润度、海拔和NDVI这6个生态要素，来评价草地表层土壤容重的空间分布情况。

1.3.2数据分析将土壤容重数据按照样地编号，将能被3整除的取出，共48个样地数据作为检验数据，剩下的98个样地数据作为分析统计基础数据；删除明显异常点，最终得到46个检验数据和96个分析数据，共计142个有效数据；利用SPSS 20统计分析工具，对新疆伊犁地区142个样地调查的表层土壤容重数据进行K-S检验(P<0.05)；根据样地调查数据的经纬度，加载到ArcGIS中，经过投影转换，得到与NDVI数据和气候数据(年均气温、年均降雨量、≥10℃年积温、湿润度)坐标投影相匹配的采样点空间数据，分别提取采样点所对应的生态要素的数据；利用Excel 2013和OriginLab进行土壤容重与各生态要素间的相关分析、回归分析及制图，建立回归方程，探讨土壤容重与各生态要素间的相互关系。

1.3.3土壤容重综合评价模型确定各要素对土壤容重的权重，构建了多元数据的土壤容重综合评价模型：

(1)

式中，P表示土壤容重，i为生态要素，Wi表示某种生态要素对土壤容重的影响权重，Yi表示某种生态要素与土壤容重的回归方程。

1.3.4综合评价结果精度评价方法用实测的检验数据与最终综合评价结果的预测值进行对比检验。综合评价结果精度通过均方根误差(RMSE)、偏离度(E)和实测值与综合评价结果间的线性回归模型的复相关系数R2来检验[29]。

(2)

(3)

2结果与分析

2.1草地植被表层土壤容重统计分析

2.1.1样方数据标准差分析根据新疆伊犁地区草地样方调查数据，按照草地类型和利用方式将伊犁地区草地表层的土壤容重分组归类后，计算各组数据间的标准差，结果如表1所示，各组的标准差都比较小，最大0.24 g/cm3，最小0.08 g/cm3。标准差都比较小，说明数据间差异比较小，数据比较整齐。

表1　伊犁地区主要草地类型土壤容重统计分析

2.1.2不同草地类型的土壤容重新疆伊犁地区草地土壤容重平均值为1.01 g/cm3(表1)；在新疆伊犁主要7种草地类型中，温性荒漠类草地的土壤容重最大，为1.36 g/cm3，其次是温性荒漠草原类，为1.29 g/cm3，土壤容重最小的是高寒草甸类，为0.72 g/cm3。不同草地类型的土壤容重由大到小依次为温性荒漠类>温性荒漠草原类>温性草甸草原类>低地草甸类>温性草原类>温性山地草甸类>高寒草甸类。

2.1.3不同草地利用方式的土壤容重伊犁地区草地利用方式主要是放牧场和打草场，由表1可知,放牧场土壤容重平均值约为1.05 g/cm3，打草场土壤容重约为0.94 g/cm3。同种草地类型，利用方式不同，其土壤容重也不同，用于放牧的温性山地草甸类土壤容重为0.88 g/cm3，而用于打草场的山地草甸类土壤容重为0.80 g/cm3；用于放牧的温性草原类土壤容重1.09 g/cm3，而用于打草场的温性草原类土壤容重0.98 g/cm3。放牧场的土壤容重大于打草场，造成这种差异的原因可能与放牧时的践踏有关[30-31]。

2.2草地植被土壤容重与各生态要素相关及回归分析

分别建立土壤容重与各生态要素间的二项式回归方程(图2)，草地土壤容重与海拔、年均气温、年均降雨、≥10℃年积温、湿润度和NDVI均呈极显著相关(P<0.01)，其中，与年均气温、≥10℃年积温呈显著正相关关系；与海拔、年降水量、湿润度、NDVI呈显著负相关关系。土壤容重与≥10℃年积温、年均气温和海拔的拟合效果较好，复相关系数都达到0.6以上，其中，土壤容重与≥10℃年积温的拟合效果最好，R2=0.6508；而土壤容重与年均降雨的拟合效果较差，R2=0.2525，这与使用的降雨基础数据的质量有关。

图2　不同要素与土壤容重的回归分析Fig.2　Regression analysis of the soil bulk density with different factors　a：海拔与土壤容重关系 Relationship between soil bulk density and altitude；b：年均气温与土壤容重关系 Relationship between soil bulk density and average annual temperature；c：年均降雨与土壤容重的关系 Relationship between soil bulk density and average annual rainfall；d：湿润度与土壤容重关系 Relationship between soil bulk density and humidity index；e：≥10℃年积温与土壤容重关系 Relationship between soil bulk density and ≥10℃annual accumulated temperature；f：NDVI与土壤容重关系 Relationship between soil bulk density and NDVI index.

2.3草地土壤容重综合评价

2.3.1单要素驱动下土壤容重的计算根据各生态要素与土壤容重的回归方程，在ArcGIS中重新插值计算出伊犁地区表层土壤容重的空间分布(图3)。

从单因子插值计算的草地表层土壤容重的空间分布形态来看，海拔(图3a)、年均气温(图3b)、≥10℃年积温(图3d)、湿润度(图3e)等要素的草地土壤容重插值结果效果较好，与实地调查的情况较为吻合，插值结果的空间形态相似，土壤容重最大值均出现在中部河谷地带，最小值出现在南部和东北部的高山地区；而年降水量(图3d)和NDVI(图3f)要素草地土壤容重插值的结果与其他4个要素的插值结果在形态上有较大区别。降雨作为土壤形成的重要气候因素，其插值结果(图3d)并不是很好，最大的土壤容重值出现在伊犁地区的东部，且插值结果的最大值较其他几个要素插值结果中的最大值偏小，最小值偏大，这与所用的降雨数据的质量有关，导致线性拟合时复相关系数较小，进而导致插值结果中最大值和最小值向中间压缩。NDVI的插值结果(图3f)最大值出现在南部和东北部的山区，最小值出现在中部河谷地带，这与实际情况是相符的，因为山顶都是裸岩，NDVI较小，河谷地带是连片的耕地，NDVI值较大，所以插值出来的结果与其他几个要素的插值结果在形态上有较大区别，是非草地类型影响的结果。

图3　伊犁地区土壤容重单要素计算结果Fig.3　The result of soil bulk density by single factor in Yili area　a：海拔计算土壤容重 The result of soil bulk density by altitude；b：年均气温计算土壤容重 The result of soil bulk density by average annual temperature；c：年均降雨计算土壤容重 The result of soil bulk density by average annual precipitation；d：≥10℃年积温计算土壤容重 The result of soil bulk density by ≥10℃annual accumulated temperature；e：湿润度计算土壤容重 The result of soil bulk density by wettability；f：NDVI计算土壤容重 The result of soil bulk density by NDVI.

2.3.2各要素权重的确定各项生态要素对草地土壤容重的影响作用程度是不同的，分别赋予各要素不同的权重值来表示各要素对土壤容重的作用程度，常用的权重赋值方法有主成分分析法，层次分析法，专家评价法等。本研究主要根据各生态要素插值结果与实测数据的线性拟合方程的斜率(K)和复相关系数(R2)所占的比重，来评价各要素对土壤容重的作用程度，赋予各生态要素不同的权重值。

(4)

(5)

式中，wi表示各要素的权重，Rei表示比值，Ri2表示复相关系数，Ri2越大，表示插值结果与实测结果拟合度越高；Ki表示拟合方程的斜率，Ki越接近1说明插值结果和实测结果一致；i=1，2，……，6，表示6个生态要素。

分别提取参与分析的96个样地点所对应的6个生态要素的插值结果，将插值结果与实测结果进行线性拟合，计算拟合方程斜率K和复相关系数R2，最后按照公式(4)和公式(5)计算出各个要素的权重，结果见表2。

2.3.3土壤容重综合评价在ArcGIS中加权叠加计算出空间分辨率1 km的新疆伊犁地区土壤容重的空间分布图，再用伊犁地区草地类型矢量数据对其进行掩膜裁剪，得到最终的伊犁地区草地土壤容重综合评价的结果(图4)，这样可以排除非草地用地类型(包括伊犁河两侧的大片耕地、天山和博罗科努山山脊的裸岩以及居民点等非草地类型)对插值结果分析的影响。

表2 各项要素权重Table2 Eachfactorweightparameters要素Factor斜率Slop(K)复相关系数Multiplecorrelationcoefficient(R2)权重Weight(w)海拔Altitude0.58790.58840.2395年均气温Averageannualtemperature0.62600.60500.2990年均降雨Averageannualrainfall0.16610.14430.0143≥10℃年积温≥10℃annualaccumula-tedtemperature0.63110.61090.3103湿润度Wettability0.30230.30810.04388月份NDVI指数NDVIindexinAugust0.42620.44360.0931

2.3.4 综合评价结果检验 提取46组检验数据所对应的综合插值的草地植被土壤容重数据与实地采样数据进行相关分析(图5)。结果表明,估计值与实测值之间的相关系数R2=0.6025;相关方程斜率为1.1319,截距-0.145;与1∶1对角线对比,检验数据均匀分布在两侧,说明插值预测的结果与实测数据相当,本文所用的土壤容重评价模型的预测结果比较准确;方差分析结果,P<0.01,表明回归显著;估计值与实测值之间的均方根误差(RMSE)为0.1479,总体偏离约为14.39%,平均预测精度达85.61%。

2.4 草地土壤容重空间格局分析

2.4.1 伊犁地区草地土壤容重的空间格局分析 由插值结果可知(图4),新疆伊犁草地土壤容重的最大值,主要集中在伊犁河两侧河滩以外的荒漠区,最小值出现在天山北侧和博罗科努山南侧的高海拔、人类活动相对较弱的区域;整体上草地土壤容重沿着境内伊犁河、特克斯河和喀什河由低海拔平原地区向两侧高海拔从大到小演变。

图4　伊犁草地土壤容重空间分布格局Fig.4　The spatial distribution of the soil bulkdensity of grassland in Yili area

图5　插值数据与实测数据相关关系Fig.5　Relationship between the estimatedvalue and the measured value

从分区统计的结果看(表3)，伊宁市的草地土壤容重的均值最大，为1.2384 g/cm3，最小的是昭苏县，为0.8773 g/cm3；整个研究区内草地土壤容重的均值为0.9600 g/cm3，区域内有5个区县的草地土壤容重均值大于全区的土壤容重均值，占整个研究区区县个数的55.56%。各区县草地土壤容重均值大小排序为：伊宁市>察布查尔锡伯自治县>霍城县>巩留县>伊宁县>新源县>特克斯县>尼勒克县>昭苏县，这与各区县草地类型所占比重有关。

2.4.2伊犁地区不同草地类型的土壤容重空间格局分析草地类型是在一定时空范围内，反映草地发生和演替规律，具有一定自然特征和经济特征的草地单元，是对不同生境的饲用植被群体，以及这些群体的不同组合的高度抽象和概括[32]。80年代1∶100万的草地类型矢量数据采用的是植被—生境学分类法，将草地按照类(亚类)、组、型3级分类，与样地采样时记录的草地类型分类方法一致。本文依据草地类(亚类)提取不同草地的土壤容重值，并进行分类统计，分析各草地类型的土壤容重特征。

伊犁地区的草地类型主要有低地草甸类、温性荒漠类、温性荒漠草原类、温性草原、温性草甸草原类、温性山地草甸类和高寒草甸类7个类。结合统计数据(表1)，可知高寒草甸类主要分布在伊犁地区沿着天山山脉海拔2500~3500 m的地带分布； 温性山地草甸类分布较为广泛， 除伊犁河谷平原区域以外的其他大部分区域，在海拔1400~3000m都有分布;温性荒漠类分布在伊犁河两侧平均海拔1000m以下地区。草地类型从境内伊犁河、特克斯河和喀什河等河谷,向天山和博罗科努山过渡,草地类型呈现从低地草甸→温性荒漠类→温性荒漠草原类→温性草原→温性草甸草原类→温性山地草甸类→高寒草甸类依次分布的规律。

表3 各区县草地土壤容重统计Table3 Soilbulkdensityofgrasslandineachcounty区县County平均土壤容重Averagesoilbulkdensity(g/cm3)伊宁市YiningCity1.2384察布查尔锡伯自治县QapqalXibeAutonomousCounty1.2037霍城县HuochengCounty1.1102巩留县TokkuztaraCounty1.0565伊宁县YiningCounty1.0491新源县XinyuanCounty0.9299特克斯县TekesCounty0.8931尼勒克县NilekeCounty0.8792昭苏县ZhaosuCounty0.8773均值Average0.9600

由表4可知,温性荒漠类的土壤容重最大,为1.3340g/cm3,其次是低地草甸类和温性荒漠草原类,其土壤容重分别为1.3325g/cm3和1.1284g/cm3,土壤容重最小的是高寒草甸类草地,为0.7310g/cm3,各类草地类型的土壤容重大小比较为温性荒漠类>低地草甸类>温性荒漠草原类>温性草原类>温性草甸草原类>温性山地草甸类>高寒草甸类,草地土壤容重插值结果与样地实测统计结果相吻合。在亚类级别下，沙漠亚类的土壤容重最大，为1.5029 g/cm3，最小的是高寒草地亚类，为0.7310 g/cm3，各亚类草地土壤容重由沙漠亚类→低地盐化草甸亚类→土质荒漠亚类→盐漠亚类→低湿地草甸亚类→山地荒漠草原亚类→山地草原亚类→山地草甸草原亚类→中低山地草甸亚类→亚高山草甸亚类→高寒草甸亚类逐渐减小，且同一草地类型下不同亚类间的土壤容重差距明显，如温性荒漠类草地下的沙漠亚类土壤容重(1.5029 g/cm3)远大于盐漠亚类(1.2691 g/cm3)。

表4　不同草地类(亚类)土壤容重统计

3讨论

3.1草地土壤容重的空间格局分布符合土壤类型及草地类型的分布规律

草地植被与土壤之间关系十分密切，草原上3个典型的土壤类型的形成、分布与生物气候带是相适应的，黑钙土是温带半湿润草甸化草原下形成的，干旱的典型草原以栗钙土为主，荒漠草原以棕钙土为主[3]。土壤容重作为土壤重要的物化指标，不同植被覆盖类型下，土壤容重存在显著差异性[33]。本研究中，草地土壤容重的空间格局分布符合土壤类型的分布规律，同时也符合草地类型的分布规律，土壤容重最大的伊犁河谷地区，分布着温性荒漠类草地，土壤容重最小的区域在南部和东北的高山区，分布着高寒草甸类草地，土壤容重空间分布符合草地类型分布规律。这与文都日乐等[34]以及王长庭等[35]的研究一致，这是因为不同土壤容重所对应的土壤持水能力[36]、土壤硬度和土壤透气性不同，进而导致植被群落分布的不同。

3.2草地土壤容重与各地理要素间的关系

气候、母质、地形和生物因素影响草地土壤的发育[37-38]，本研究表明，新疆伊犁草地土壤容重与海拔、年均气温、年均降雨、≥10℃年积温、湿润度及NDVI有着显著的相关性(P<0.01)；回归分析表明，随着海拔的升高，土壤容重逐渐减小，随着温度(或者≥10℃年积温)的上升，土壤容重逐渐增加，随着降雨量(或者湿润度)的增加，土壤容重有减小的趋势，随着NDVI指数的增加，土壤容重也有逐渐减小的趋势。通过加权叠加计算，得到新疆伊犁地区草地植被的土壤容重的空间格局分布。从空间分布上看，土壤容重的最大值出现在伊犁河谷两侧的温带荒漠类草地处，最小值出现在南部天山北坡的高寒草甸类草地处；伊宁县的土壤容重均值最大，昭苏县的最小。插值精度评价表明，插值结果能准确的反映土壤容重的空间分布情况。通过探究土壤容重与各生态要素的线性关系，以期为以后通过遥感数据、气象数据和地形数据对土壤容重进行反演，提供反演参数方程；但本文只考虑了自然因素对土壤容重的影响，在选取评价要素的时候，没有考虑人为因素的影响，尤其是放牧践踏对土壤容重的影响[30-31]，今后有待进一步研究。

3.3土壤容重空间插值方法

空间插值的方法比较多，采用最多的是克里格插值法(ordinary kriging)[10]和反距离权重法(inverse distance weighting，简称IDW)[39]，但是在点数据较少或者分布不均匀的情况下，空间插值的结果往往存在局部插值结果偏大或者偏小的情况[40]。本研究通过分析土壤容重大小与其影响因子间的相关性，用拟合回归方程插值计算单因子的土壤容重的空间分布，再将各个单因子插值结果加权叠加计算得到综合评价结果。与姚荣江等[41]直接用克里格插值法对实测土壤容重做空间插值的结果相比较，不存在局部偏大偏小的异常值；同时采用单因子回归分析，而没有采用多因子回归，是因为土壤容重与生态因子间存在的不是简单的线性关系，多因子回归是线性拟合，分析结果会降低插值的精度。

4结论

调查统计分析表明，新疆伊利地区草地土壤容重平均值约为1.01 g/cm3，温性荒漠类草地土壤容重最高，高寒草甸类草地土壤容重最小；放牧地的土壤容重高于打草场，这可能与放牧和践踏有关。

新疆伊犁地区草地土壤容重与海拔、年均气温、年均降雨、≥10℃年积温、湿润度和NDVI有着显著的相关性(P<0.01)。其中，与年均气温、≥10℃年积温呈显著正相关关系；与海拔、年降水量、湿润度、NDVI呈显著负相关关系。

新疆伊犁地区草地土壤容重在空间上的综合评价结果，真实地反映了伊犁地区草地土壤容重的分布规律，插值精度较高，预测精度达到85.61%。空间格局上，伊犁地区土壤容重在河谷地带较高，在山区较低，呈现随着海拔的递增而逐渐递减的趋势，土壤容重的空间分布格局与草地类型分布基本吻合。综合评价结果可以为草地退化过程研究提供数据基础，为草地资源环境评价和有效利用与管理提供科学依据。

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*Spatial analysis of soil bulk density in Yili, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China

ZHOU Li-Lei1,2, ZHU Hua-Zhong2, ZHONG Hua-Ping3*, YANG Hua1, SUO Fei-Ya4, SHAO Xiao-Ming5, ZHOU Xing-Jie3

1.ChongqingKeyLaboratoryofEarthSurfaceProcessesandEnvironmentalRemoteSensinginThreeGorgesReservoirArea,CollegeofGeographicalandTourism,ChongqingNormalUniversity,Chongqing400047,China; 2.StateKeyLaboratoryofResourcesandEnvironmentInformationSystem,InstituteofGeographicalSciencesandNaturalResourcesResearches,CAS,Beijing100101,China; 3.KeyLaboratoryofLandSurfacePatternandSimulation,InstituteofGeographicalSciencesandNaturalResourcesResearch,CAS,Beijing100101,China; 4.CollegeofLifeScienceandTechnology,XinjiangUniversity,Urumqi830046,China; 5.CollegeofResourcesandEnvironmentalSciences,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100083,China

Abstract:Currently, the study of soil bulk density of grassland is mainly focused on traditional statistical analysis based on survey data; studies using spatial pattern analysis of soil bulk density are limited. This paper attempted to apply multi-source data, which include field survey soil bulk density data, remote sensing data and meteorological data from 146 grassland sample plots to study the spatial analysis of soil bulk density in the Yili district, located at the northwest margin of Xinjiang Uygur Autonomous Region. Correlation analysis and regression analysis between the soil bulk density and elevation, annual average temperature, annual average precipitation, annual cumulative temperature above 10℃, wettability, and NDVI were examined. Subsequently regression analysis was undertaken using ArcGIS. There was a significant correlation between soil bulk density and elevation, annual average temperature, annual average precipitation, annual cumulative temperature above 10℃, wettability, and NDVI (P<0.01). The multiple correlation coefficient (R2), root-mean-square error (RMSE), population deviation, and the average prediction accuracy were 0.6025, 0.1479 g/cm3, 14.39%, and 85.61%, respectively. The soil bulk density in the river valley was higher than in the high altitude region. The highest soil bulk density was found in temperate desert type grassland (about 1.3340 g/cm3), and the lowest was found in alpine meadow grassland which is distributed on the northern slopes of the Southern Tianshan mountains (about 0.7310 g/cm3). The results indicated that the spatial distribution of soil bulk density was consistent with the distribution of different soil types and grassland in Yili. The information collected has potential for use in the evaluation of grassland degradation.

Key words:soil bulk density; regression analysis; spatial pattern; grassland; Yili

*通信作者Corresponding author. E-mail：zhonghp@igsnrr.ac.cn

作者简介：周李磊(1989-)，男，江苏东海人，在读硕士。E-mail：zhoull_001@126.com

基金项目：科技部国家科技基础性工作专项(2012FY111900-2，2011FY110400-3)和国家科技基础条件平台-地球系统科学数据共享平台(2005DKA32300)资助。

*收稿日期：2015-05-13；改回日期：2015-07-17

DOI：10.11686/cyxb2015249

http://cyxb.lzu.edu.cn

周李磊， 朱华忠， 钟华平， 杨华， 索菲娅， 邵小明， 周星杰. 新疆伊犁地区草地土壤容重空间格局分析. 草业学报, 2016, 25(1): 64-75.

ZHOU Li-Lei, ZHU Hua-Zhong, ZHONG Hua-Ping, YANG Hua, SUO Fei-Ya, SHAO Xiao-Ming, ZHOU Xing-Jie. Spatial analysis of soil bulk density in Yili, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(1): 64-75.