新疆伊犁地区草地土壤全碳含量空间格局分析

周李磊，朱华忠，钟华平，杨 华

(1.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；2.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;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)



新疆伊犁地区草地土壤全碳含量空间格局分析

周李磊1,2，朱华忠1，钟华平3，杨 华2

(1.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；2.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;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)

为了研究伊犁地区草地土壤碳库的空间分布规律，本研究基于146个草地样地的土壤全碳含量实测数据，结合遥感及气象数据，并利用地理学相关分析方法，构建土壤全碳含量空间化模型，分析了伊犁地区草地不同土壤深度全碳含量空间格局特征，并对影响土壤全碳含量分布的主要因素进行探讨。结果表明,1)伊犁地区草地不同土壤深度(0-10、10-20、20-30、30-40 cm和4个土层均值)的全碳含量与海拔、年均气温、≥10 ℃年积温和8月份NDVI极显著相关(P<0.01)，与年均降水和湿润度显著相关(P<0.05)，以这6个生态要素建立土壤全碳含量空间化模型，反演得到空间分辨率1 km的不同草地深度土壤全碳含量空间格局分布数据，检验结果表明空间化结果精度较高。2)伊犁地区草地0-40 cm土层土壤全碳平均含量为4.251 9%，并随着土层深度的增加，草地土壤全碳含量呈下降趋势。3)伊犁地区空间化结果反映不同深度土壤全碳含量空间格局存在差异，土壤全碳含量最小值出现在伊犁河沿岸两侧及特克斯河与伊犁河交汇处人类活动密集的区域，最大值均出现在南、北天山两侧，并沿着伊犁河向两侧高海拔区域逐渐增加。4)伊犁地区草地不同深度土壤全碳含量空间分布规律与草地类型分布规律一致；人为活动干扰(过度放牧、盲目开垦)对草地土壤全碳含量影响较大。

土壤全碳；空间格局；地统计学；草地；伊犁地区

随着全球气候变暖日益加剧，碳循环作为当前全球气候变化研究的核心问题[1-2]，备受人们的关注，而草地生态系统作为陆地生态系统的重要组成部分，在全球碳收支平衡中起重要作用[3-4]。中国天然草地面积4×108hm2，占国土面积的41.7%，主要分布在东北平原、内蒙古高原、黄土高原、青藏高原以及新疆山地[4]，是中国最大的陆地生态系统[5]。草地生态系统不具有明显的地上碳库，其90%碳库储存在土壤中[6]，其微弱变化均会对大气CO2浓度产生巨大影响，进而影响全球碳平衡格局[7]。因此，分析草地土壤碳素含量的空间变化过程及其影响机理对了解全球碳循环有着重要意义。

目前，国内关于草地生态系统土壤碳库(包括有机碳库和无机碳库)的研究主要基于不同草地类型[8-10]、不同利用方式[11-13]、人为干扰强度[14-15]以及气候变化[16]对土壤碳库的影响。不同植被类型对应的土壤碳含量差异明显，对藏北高寒草地植被碳密度与碳贮量的研究[17]发现，不同草地间植被碳密度和碳贮量差异显著；对黄土高原草地土壤有机碳含量研究[18]发现，有机碳含量最高的是高寒草甸，其空间变异最大，最小的是荒漠草原，其变异最小。随着人口的增加，草畜矛盾突出，草地资源遭到破坏，人为干扰活动严重影响草地生态系统的碳储量，在科尔沁草原上[19]研究发现，围封草地土壤有机碳含量随着土层的加深呈递减的变化，放牧地土壤有机碳含量不同土层间无显著差异；在锡林郭勒地区研究[20]发现，放牧强度在短期内对典型草原植被土壤有机碳含量没有显著影响；同时，温度、降水等气候因素的变化对草地土壤碳库的积累产生重要影响，杨红飞等[21]对气候变化对草地系统土壤碳含量的影响进行了综述，指出温度和降水对草地植物土壤碳库影响较大。伊犁地区位于新疆维吾尔自治区的西北部，是新疆最湿润、降水最丰富、植被土壤发育最好的区域[22]，作为新疆的重点牧区，伊犁地区典型草地土壤无机碳含量随着海拔的升高而降低，从土壤剖面垂直变化来看，除高寒草甸随着土层深度的加深无明显变化外，其它各类型草地无机碳含量均随着土层加深而增大[23]；而短期放牧对昭苏草甸草原土壤有机碳含量影响较小[24]。这些研究成果从气候因子、植被因子和人为干扰因子等方面，对土壤碳含量进行了较为全面的研究，但都是基于经典统计方法，不能准确地描述土壤碳素积累的空间异质性；同时，新疆伊犁地区属于半干旱区，土壤无机碳库含量较高，单一的研究土壤有机碳或者土壤无机碳都不能很好地反映伊犁地区的碳库分布情况。

基于此，以新疆伊犁地区草地为研究对象，利用地理学相关分析方法，构建草地土壤全碳含量空间化模型，分析土壤碳库空间分布规律，以期为进一步开展伊犁地区草地土壤的碳循环研究奠定基础。

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)，位于欧亚大陆腹地，北与新疆境内的博尔塔拉蒙古自治州接壤，南与阿克苏地区的拜城、温宿县隔山相望，东北与塔城地区的乌苏县相连，东南与巴音郭勒蒙古自治州的和静县相邻，西与哈萨克共和国交界。区辖1市7县和1个自治县，分别为伊宁市、伊宁县、霍城县、尼勒克县、巩留县、新源县、特克斯县、昭苏县和察布查尔锡伯自治县，总面积55 848.23 km2。伊犁地区东、南、北三面高山环绕，地势东高西低，东窄西宽，呈楔形向西敞开，来自西部里海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[25]，形成了温带大陆性半干旱气候区。独特的地形地貌使得伊犁地区降水充沛，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2 700～3 000 h[26]，是新疆最湿润的地区，素有“中亚湿岛”之称。新疆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。伊犁地区天然草地类型主要有温性草甸草原类、温性草原类、温性荒漠草原类、温性荒漠类、低地草甸类、山地草甸类和高寒草甸类，天然草地面积约为3.71×106hm2，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[27-28]。

1.2 数据来源及处理

1.2.1 样品采集与测定 综合考虑伊犁地区草地类型的分布特点、草地利用方式和利用强度等，在全区范围内设置了146个草地样地(图1)，于2013年7月-9月对全部样地进行实地GPS定位，同步记录经纬度坐标、海拔和利用方式，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，用土钻在0-40 cm土壤内每隔10 cm取土，即0-10、10-20、20-30、30-40 cm，带回实验室自然晾干后，去除植物根系及砾石后，用研钵磨碎过149 μm筛。全碳(TC)含量由中科院植物研究所采用干烧法，运用元素分析仪vario MACRO cube测得。

图1 伊犁地区位置及样点分布Fig.1 The location of Ili area and distribution of sample sites

1.2.2 遥感数据 研究区内中分辨率成像光谱仪(moderate-resolution imaging spectroradiometer，MODIS)产品数据，主要是指归一化植被指数(normalized difference vegetation index，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(MOD 13Q1)，数据采集的时间为2013年8月11日，用MODIS Reprojection Tool(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 其它数据 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 从影响土壤碳积累的气候、地形和植被因素考虑，选取年均气温、年均降水量、≥10 ℃年积温、湿润度、海拔和NDVI这6个生态要素，来评价草地土壤全碳的空间分布情况。

1.3.2 数据分析 将土壤全碳含量数据按0-10、10-20、20-30、30-40 cm分层统计，0-40 cm取0-10、10-20、20-30和30-40 cm 4层土壤全碳含量的均值。按照样地编号，将能被3整除的取出，每层共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，最终每层得到41个检验数据和93个分析数据，每层共134个有效数据；利用ArcGIS 10.3软件对样点数据及生态要素数据做数据提取及空间化表达，用Origin 9.1进行土壤全碳与各生态要素间的相关回归分析及制图，建立回归方程，探讨不同土壤深度全碳含量与各生态要素间的相互关系。

1.3.3 土壤全碳含量空间化模型 确定各生态要素对土壤全碳的权重，构建了多元数据的土壤全碳含量空间化模型：

(1)

(2)

(3)

式中，P表示土壤全碳，wi表示某种生态要素对土壤全碳的影响权重，yi表示某种生态要素的与土壤全碳的回归方程，即生态要素与实测土壤全碳回归所得到的土壤全碳预测值，i=1、2……6，表示6个生态要素；Re表示比值；R2表示反演结果与实测结果的复相关系数，R2越大，表示反演结果与实测结果拟合度越高；K表示离散程度，即实际测定值和反演值回归模型的斜率，K越接近1说明反演结果越和实测结果一致。

1.3.4 空间化结果精度评价方法 空间化结果精度通过41组检验数据与空间化模型计算结果进一步计算均方根误差(rootmeansquareerror，RMSE)、偏离度(E)和相关系数(R)来检验[29]。

(4)

(5)

(6)

2 结果与分析

2.1 草地土壤全碳含量与生态要素回归分析

分别建立草地不同土壤深度全碳含量与海拔、年均气温、年均降水量、≥10 ℃年积温、湿润度和NDVI的回归方程。由于篇幅所限，以4个土层土壤全碳含量均值(0-40cm)为例，回归方程如图2所示。其中，土壤全碳含量与海拔、年均气温、≥10 ℃年积温和湿润度呈抛物线状分布趋势，与年均降水和NDVI呈逐步递增趋势。

回归分析结果显示(表1)，草地土壤全碳含量(0-40cm)与海拔、年均气温、≥10 ℃年积温、8月份NDVI呈极显著相关关系(P<0.01)，草地土壤全碳含量(0-40cm)与年均降水、湿润度呈显著相关关系(P<0.05)；草地土壤全碳含量(0-40cm)与NDVI和海拔的协相关系数最大，R2分别为0.446和0.461，草地土壤全碳含量(0-40cm)与年均降水的协相关系数最小，R2为0.226，但草地土壤全碳含量(0-40cm)与生态要素的回归分析全部满足99%可信度的F检验，说明草地土壤全碳含量(0-40cm)与生态要素的相关关系成立且非常显著，线性回归拟合的方程是有意义的。

2.2 生态评价因子权重的确定

根据0-10、10-20、20-30、30-40和0-40cm土壤全碳含量与6个生态要素的回归方程，分别进行单要素草地全碳含量空间反演，提取参与分析的93个样点所对应的反演结果，与样点实测数据进行线性拟合，计算拟合方程斜率k和复相关系数R2，按照公式(2)和公式(3)计算各生态要素的权重(表2)。

图2 草地土壤全碳含量均值与生态要素的回归分析Fig.2 Regression analysis of the soil total carbon with different ecological factors表1 土壤全碳含量均值与生态要素的回归分析结果Table 1 Test of regression analysis between soil total content and ecological factors

生态要素Ecologicalfactor PR2FSig.海拔Altitude0.303**0.46138.4900.000年均气温Averageannualtemperature-0.271**0.39729.4500.000年均降水量Averageannualrainfall0.236*0.22612.0040.000≥10℃年积温≥10℃Annualaccumulatedtemperature-0.382**0.41531.8870.000湿润度Humidity0.227*0.36423.7720.0008月份NDVI指数NDVIindexinAugust0.630**0.44673.2030.000

注：**表示在0.01水平达到极显著相关，*表示在0.05水平达到显著相关。

Note：* and ** indicate significant correlation at 0.05 and 0.01 level, respectively.

表2 不同草地土壤深度生态要素权重Table 2 Ecological factors weight at different soil depth

2.3 草地土壤全碳含量空间化

按照土壤全碳含量空间化模型，在ArcGIS中加权反演伊犁地区草地土壤全碳含量空间格局分布，用伊犁地区草地类型矢量数据掩膜裁剪出草地区域，排除非草地区域(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住用地等非草地区域)对空间化结果的影响，最终得到伊犁地区草地不同土壤深度全碳含量的空间格局分布(图3)。

2.4 草地土壤全碳含量评价结果检验

在0-10、10-20、20-30、30-40 cm这4个土壤层之间，30-40 cm土层的均方根误差相对较小，为0.75%，壤层的偏离度最大，为26.66%，平均预测精度达到73.34%；0-10，10-20 cm土层的复相关系数全部大于0.60，30-40 cm土层复相关系数最小，只有0.42(表3)。整体上(0-40 cm)，空间化结果与实测数据间的均方根误差为0.96%，整体偏离度为23.33%，平均预测精度达到76.67%，复相关系数0.59，整体上空间化结果精度较高。

表3 精度检验Table 3 Testing of the accuracy

2.5 草地土壤全碳含量空间格局分析

关于这四首钢琴小曲的音乐分析，我们曾在《中国钢琴音乐的拓荒者—新发现的早期钢琴家李树化的照片史料》一文③中有简单的艺术分析，可供读者参考。

伊犁地区全碳含量较低区域出现在霍城县南部、伊宁市南部，察布查尔锡伯自治县北部、巩留县北部以及新源县西部的低海拔区域，主要分布着温性荒漠类草地，草地质量较差；而与这些草地相邻的伊犁河沿岸两侧区域水土肥沃，分布着大片耕地，是伊犁地区主要的粮食产地，也是主要城市的聚集地，人类活动对草地的干扰较大；全碳含量较高区域，主要分布在南北天山两侧及中部高山区，该区域主要是山地草甸类草地，草地质量较好，人类活动干扰较少。

其中，0-10、10-20、20-30和30-40 cm土层的全碳含量空间分布格局显示。不同土壤深度草地土壤全碳含量空间格局分布差异明显，土壤全碳含量最大值都出现在南、北天山两侧，最小值出现在伊犁河沿岸两侧及特克斯河与伊犁河交汇处人类活动密集的区域，土壤全碳含量沿着河流向两侧高山逐渐增加；且随着土壤层深度的增加，土壤全碳含量呈现出减少的趋势，草地土壤全碳含量大于5%的区域在0-10 cm土层全碳空间分布最广，10-20 cm土层相对减少，20-30 cm土层近一步减少，直到30-40 cm土层不存在土壤全碳含量大于5%的区域。

伊犁地区0-40 cm草地土壤全碳含量平均水平为4.251 9%，其中，0-10 cm土层草地土壤全碳含量平均水平为5.101 6%，10-20 cm土层草地土壤全碳含量平均水平为4.538 7%，20-30 cm土层草地土壤全碳含量平均水平为4.069 3%，30-40 cm土层草地土壤全碳含量平均水平为3.535 1%(表4)。随着土层深度的增加，草地土壤全碳含量呈下降趋势，与空间格局分布规律一致。

不同深度不同草地类型的土壤全碳含量不同，0-40 cm土层草地土壤全碳含量最高的是温性山地草甸,为5.188 4%，其次是温性草甸草原,为4.882 3%，最小的是温性荒漠类,为1.899 6%。0-10、10-20、20-30和30-40 cm土层，土壤全碳含量最高的是温性山地草甸，土壤全碳含量分别为6.279 6%、5.547 9%、4.868 7%和4.207 4%；其次是温性草甸草原，分别为5.835 2%、5.210 4%、4.614 1%和4.032 5%；最小的是温性荒漠类，分别为2.155 5%、1.950 9%、1.970 4%和1.917 7%。但不同草地类型土壤全碳含量在各深度土壤层里表现出相同的规律，即温性山地草甸>温性草甸草原>高寒草甸>改良草地>温性草原>温性荒漠草原>温性荒漠。其中，温性山地草甸、温性草甸草原、高寒草甸和改良草地这4类草地类型的土壤全碳含量在0-10、10-20和20-30 cm土层中，大于各层平均值；温性草原、温性荒漠草原和温性荒漠这3类小于各层平均值；在30-40 cm土层中，温性山地草甸、温性草甸草原、改良草地和温性草原这4类草地类型的土壤全碳含量大于全区平均值；高寒草甸、温性荒漠草原和温性荒漠这3类小于全区平均值。

图3 不同土壤深度草地土壤全碳含量空间分布Fig.3 Spatial distribution of soil total carbon content of different soil depth表4 不同草地类型土壤全碳含量(%)统计结果Table 4 Soil total carbon content(%)of different depths of different type grassland

草地类型Grasslandtype 0-10cm10-20cm20-30cm30-40cm0-40cm温性草甸草原类Temperatemeadow-steppetype5.83525.21044.61414.03254.8823温性草原类Temperatesteppetype4.79124.37833.97893.62744.1349温性荒漠草原类Temperatedesert-steppetype4.40154.04693.72513.41883.8268温性荒漠类Temperatedeserttype2.15551.95091.97041.91771.8996温性山地草甸类Temperatemontanemeadowtype6.27965.54794.86874.20745.1884高寒草甸类Alpinemeadowtype5.52114.90354.39483.39054.4681改良草地Improvedgrassland5.23734.63434.13603.76634.4062均值Mean5.10164.53874.06933.53514.2519

3 讨论

3.1 生态评价因子与草地土壤全碳含量的关系

土壤性质的空间异质性是地形、气候、植被、土壤母质以及外界干扰等因素共同作用的结果[29-32]。伊犁地区草地土壤全碳含量与海拔、年均气温、≥10 ℃年积温和8月份NDVI呈极显著相关关系(P<0.01),与年均降水和湿润度呈显著相关关系(P<0.05);随着海拔、年均温度、≥10 ℃年积温和湿润度的增加，土壤全碳含量也呈现出先增加后减少的趋势；随着降水和NDVI的增加，土壤全碳含量呈现出正向增加的趋势。这是由于随着海拔的增高，气温降低，主要是温性山地草甸类草地，草地植被覆盖度和生物量高，地上生物量及地下根系生物量充足，土壤有机碳分解比较慢，根系和微生物活动弱[23]，沉淀形成的碳酸钙少，积累的有机质多[18,30]，进而导致土壤全碳含量增加；但海拔超过一定高度，气温进一步降低，主要是高寒草甸类草地，草地植被长势较差，地上生物量及地下根系生物量作为土壤全碳含量的来源相比其它区域减少[13]，导致土壤全碳含量降低；相对应的低海拔河谷地区气温高，主要是温性荒漠类草地，草地质量较差，土壤有机碳分解较快，不利于土壤有机碳的积累，区域全碳含量以无机碳为主，相比其它区域全碳含量减少。

3.2 不同草地类型对土壤全碳含量空间格局分布的影响

杨玉海等[22]对伊犁地区土壤有机碳含量的研究表明，高山草甸>草甸草原>荒漠草原>沼泽类，韩文娟等[23]对伊犁地区土壤无机碳含量的研究表明，温性荒漠>温性荒漠草原>温性草原>温性草甸草原>温性山地草甸>高寒草甸。本研究表明，伊犁地区不同草地土壤深度(0-10、10-20、20-30、30-40 cm和4个土层均值)全碳含量表现为温性山地草甸>温性草甸草原>高寒草甸>改良草地>温性草原>温性荒漠草原>温性荒漠。这种不同的结果可能与温度的高低，植被凋落物的多少及微生物活动[35]的强弱有关。

从土壤全碳含量空间分布(图3)及分区统计表(表4)可知，伊犁地区温性荒漠分布区土壤全碳含量低，而温性山地草甸分布区土壤全碳含量高，不同草地类型所对应的土壤全碳含量差异较大，草地土壤全碳含量空间分布格局符合草地类型分布规律。

3.3 人类活动干扰对土壤全碳含量空间格局分布的影响

随着人口的增加，社会经济的发展，过度放牧[24]、草地开垦[36]等人为活动已严重干扰了天然草地资源，草地退化、水土流失[37]和荒漠化问题[38-39]逐渐突出。伊犁河河谷两侧，包括霍城县南部、察布查尔锡伯自治县北部、巩留县北部、新源县西部、伊宁市北部和伊宁市南部，土壤全碳含量较其它区域低，其原因可能是因为伊犁河两侧居民点较多，耕地分布比较集中，受传统观念及人口增长过快等因素的影响，天然草地被大量开垦，据统计1950-2002年伊犁河谷已累积开垦29.18万hm2[40]，人为盲目地就近开垦及过度的放牧破坏了草地资源[41]，使得草地退化，水土流失加剧，土壤有机碳大量流失造成土壤碳素减少。而高海拔区域土壤及气候不适合农作物的种植，且居民定居点较为松散及稀少，人类活动对草地干扰强度小，故土壤全碳含量较河谷平原地区高。

3.4 草地土壤全碳含量空间化方法

草地土壤全碳含量的实测数据往往是分散的点数据，实现草地土壤全碳含量的空间化表达，采用最多的是克里格插值法，但是空间插值的结果，在插值点数据较少或者分布不均匀的情况下，往往存在局部插值结果偏大或者偏小的情况。本研究通过分析土壤全碳含量与生态因子间的相关性，构建了土壤全碳含量空间化模型，实现了土壤全碳含量的空间化表达。与直接用克里格插值法对实测土壤有机碳含量做空间插值[42]的结果相比较，不存在局部偏大偏小的异常值；有研究表明[43]，基于土地类型修正的克里格插值法的有机碳空间化插值的结果优于普通克里格插值法、反距离权重法和径向基函数法(RBF)，而本研究同时考虑了6个生态因子，空间化结果更优；与传统插值方法相比，空间分布更加连续自然，不存在“牛眼”现象。本研究采用单因子回归分析而没有采用多因子回归，是因为土壤全碳含量与生态因子间存在的不是简单线性关系，多因子回归是线性拟合，会降低空间化结果的精度。

由于缺乏0―40 cm土壤全碳含量的实测数据，本研究以0-10、10-20、20-30和30-40 cm这4层土壤全碳含量的均值代替，不同土层(0-10、10-20、20-30、30-40和0-40 cm)全碳含量与生态因子的回归分析趋势相同，因此，本研究没有将所有数据分析全部列出来，而是以0-40 cm土层为代表进行了分析讨论，结果较好地反映了伊犁地区草地土壤全碳含量的空间格局分布规律，但如何赋予不同土层(0-10、10-20、20-30和30-40 cm)不同的权重来求取0-40 cm土层土壤全碳的含量，提高数据的精度，在今后的研究中有待进一步探讨。

4 结论

本研究利用2013年伊犁地区146个样地土壤全碳含量实测数据，结合1957-2012年伊犁地区的气候数据(年均气温、年均降水量、≥10 ℃年积温和湿润度气候数据)、DEM数据以及2013年8月份的NDVI数据，采用地理学相关分析方法，构建了伊犁地区草地土壤全碳含量空间化模型，分析伊犁地区草地土壤全碳含量空间分布特征，得到以下结论：

1)伊犁地区不同草地土壤深度(0-10、10-20、20-30、30-40 cm和4个土层均值)全碳含量与海拔、年均气温、≥10 ℃年积温、8月份NDVI呈极显著相关关系(P<0.01)，与年均降水量和湿润度呈显著相关关系(P<0.05)。

2)伊犁地区草地土壤全碳含量空间化结果，直观反映了伊犁地区草地土壤全碳含量空间分布格局。土壤全碳含量最小值出现在伊犁河沿岸两侧及特克斯河与伊犁河交汇处人类活动密集的区域，最大值都出现在南、北天山两侧，沿着伊犁河向两侧高海拔区域逐渐增加。

3)不同土壤深度，其草地土壤全碳含量差异显著。伊犁地区0-40 cm土层(4个土层均值)草地土壤全碳含量为4.251 9%，其中，0-10、10-20、20-30和30-40 cm土层草地土壤全碳含量平均水平分别为5.101 6%、4.538 7%、4.069 3%和3.53 1%，随着土层深度的增加，草地土壤全碳含量呈下降趋势。

4)伊犁地区草地土壤全碳含量空间格局分布受地形和植被影响较大，不同深度草地土壤全碳含量空间分布规律与草地类型分布一致；人为活动干扰(过度放牧、盲目开垦)对草地土壤全碳含量影响较大。

致谢：感谢课题组钟横、张祎、刘清和周星杰等同学对野外采样的帮助，特此感谢！

References：

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(责任编辑 王芳)

Spatial analysis of the soil total carbon in Ili,Xinjiang Uygur Autonomous Region, China

Zhou Li-lei1,2, Zhu Hua-zhong1, Zhong Hua-ping3, Yang Hua2

(1.State Key Laboratory of Resources and Environment Information System, Institute of Geographical Sciences and Natural Resources Researches, CAS, Beijing 100101,China; 2.Chongqing Key Laboratory of Earth Surface Processes and Environmental Remote Sensing in Three Gorges; Reservoir Area, College of Geographical and Tourism, Chongqing Normal University, Chongqing 400047, China； 3.Key Laboratory of Land Surface Pattern and Simulation, Institute of Geographical Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China)

Currently, the studies of soil total carbon of grassland are mainly focused on traditional statistical analysis based on survey data and spatial analysis of soil total carbon are limited. The present study attempted to apply multi-source data including field survey soil total carbon data, remote sensing data and meteorological data obtained from 146 grassland sampling plots by using geostatistics to study the spatial analysis of soil total carbon data in the Ili region, located at the northwest margin of Xinjiang Uygur Autonomous Region. The results show that there was a significant correlation between the total carbon content from various depths (0-10, 10-20, 20-30, 30-40 cm and the mean of four soil depths) and altitude, average annual temperature, annual precipitation, ≥10 ℃ annual accumulated temperature, humidity and NDVI. A comprehensive evaluation model was established using this six ecological factors, and the spatial distribution pattern of grassland soil total carbon content was inversed with 1 km spatial resolution. The soil total carbon content in 0-40 cm depth was 4.2519% and it decreased with the increase of soil depth. The results indicated that the spatial distribution of soil total carbon content in different depths significantly varied in areas of Ili. The total carbon content in high altitude region was higher than that of the river valley. The highest total carbon content was distributed on northern slopes of the Southern Tianshan mountains and southern slopes of Boluokenu mountains, and the lowest was found in intensive human activity areas, distributed in both sides of Ili river and interchange of the Teks River and the Ili River. The results indicated that the spatial distribution of soil total carbon content was correlated with the types of grassland in Ili, soil total carbon content significantly influenced by human activities, i.e. overgrazing, blind land reclamation.

soil total carbon; spatial pattern; geostatistics; grassland; Ili region

Zhong Hua-ping E-mail:zhonghp@igsnrr.ac.cn

10.11829/j.issn.1001-0629.2015-0745

2015-12-30 接受日期：2016-05-10

科技部国家科技基础性工作专项(2012FY111900-2、2011FY110400-3)；国家科技基础条件平台——地球系统科学数据共享平台(2005DKA32300)第一作者：周李磊(1989-)，男，江苏东海人，在读博士生，主要从事资源环境遥感与GIS应用研究。E-mail:zhoull_001@126.com

钟华平(1964-)，男，江西兴国人，副研究员，硕士，主要从事草地资源与草地生态研究。E-mail:zhonghp@igsnrr.ac.cn

S812.2

A

1001-0629(2016)10-1963-12*

周李磊,朱华忠,钟华平,杨华.新疆伊犁地区草地土壤全碳含量空间格局分析.草业科学,2016,33(10)：1963-1974.

Zhou L L,Zhu H Z,Zhong H P,Yang H.Spatial analysis of the soil total carbon in Ili,Xinjiang Uygur Autonomous Region,China.Pratacultural Science，2016,33(10)：1963-1974.