李笑瑩，張學(xué)雷*，任圓圓

河南省土壤及地形與耕地多樣性格局的特征①

李笑瑩1,2，張學(xué)雷1,2*，任圓圓1,2

(1 鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，鄭州 450001；2 鄭州大學(xué)自然資源與生態(tài)環(huán)境研究所，鄭州 450001)

耕地分布受眾多自然因素的影響，土壤、地形與之密切相關(guān)。選取河南省作為研究區(qū)，利用改進(jìn)的仙農(nóng)熵測(cè)度法和互熵關(guān)聯(lián)分析法對(duì)河南省地形、土壤與耕地多樣性格局特征進(jìn)行分析。結(jié)果表明：河南省18個(gè)地市的地形、土壤的構(gòu)成組分多樣性與各要素的類別豐富度有關(guān)，與面積大小呈弱相關(guān)；其中地形、土壤與其豐富度值的相關(guān)系數(shù)分別為0.79和0.35，而與面積大小的相關(guān)系數(shù)小于0.1。基于土壤空間分布多樣性指數(shù)大小的分級(jí)劃分河南省的優(yōu)勢(shì)土類是潮土和褐土，劣勢(shì)土類是鹽土和堿土，且不同地市的土壤空間分布多樣性格局有顯著差異，顯示河南省土壤類型的豐富性。土壤及地形要素與耕地多樣性格局的相關(guān)性表現(xiàn)為：地形與耕地的空間分布多樣性相關(guān)關(guān)系除豫南的盆地和豫西丘陵、山地外，整體為平原>丘陵>山地；土壤與耕地的空間分布多樣性之間的關(guān)聯(lián)度與河南省土壤空間分布多樣性的格局特征具有基本一致性。

河南省；地形；土壤；耕地；多樣性；相關(guān)性

土壤多樣性的提出與發(fā)展立足于生態(tài)學(xué)，20 世紀(jì)90年代初期，西班牙學(xué)者Ibá?ez等運(yùn)用由生態(tài)學(xué)家發(fā)展而來(lái)的數(shù)學(xué)工具對(duì)土壤多樣性理論進(jìn)行探索與應(yīng)用，2001年土壤多樣性理論被引入我國(guó)[1-5]。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于土壤多樣性的研究主要有地形地貌學(xué)與土壤多樣性的關(guān)系、土壤和景觀的多樣性在空間和時(shí)間上的關(guān)系、土壤多樣性與土地利用規(guī)劃，及分區(qū)的問(wèn)題等方面[6-12]；綜合來(lái)看，土壤多樣性研究已經(jīng)從自身的發(fā)展向多地學(xué)要素融合，并且展開(kāi)了相關(guān)性分析[13]。本研究從日本Yabuki等[14]關(guān)于城市土壤多樣性與土地利用方式多樣性，及孫燕瓷等[15]、郭漩等[16]關(guān)于城鎮(zhèn)化發(fā)展與土壤多樣性、多地學(xué)要素的關(guān)聯(lián)性的有關(guān)研究中受到啟發(fā)，基于不同的土地利用方式考慮，選取耕地與土壤及地形要素進(jìn)行多樣性格局特征關(guān)系的分析。耕地既是重要的土地資源也是重要的土地利用方式之一[17]，學(xué)術(shù)界對(duì)耕地有關(guān)問(wèn)題的研究與地學(xué)要素息息相關(guān)，如翁倩等[18]對(duì)土壤水分狀況空間分布特征進(jìn)行研究，趙明松等[19]、杜佩穎等[20]對(duì)耕地表層土壤養(yǎng)分變化特征進(jìn)行分析，江葉楓等[21]、譚永忠等[22]和李士成等[23]對(duì)耕地土壤有機(jī)碳空間變異的主控因素及中國(guó)耕地面積變化格局進(jìn)行分析。本研究將耕地的空間分布多樣性與土壤及地形要素的多樣性格局特征相結(jié)合，從新的視覺(jué)角度探索河南省土壤及地形與耕地多樣性格局的特征及相關(guān)關(guān)系，以期為耕地的合理利用及農(nóng)業(yè)管理措施提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

河南省地理坐標(biāo)為31°23′ ~ 36°22′N，110°21′ ~ 116°39′E，地處華北平原南部的黃河中下游地區(qū)，東臨山東、安徽，西接陜西，南連湖北，北界河北、山西，總面積為16.7萬(wàn)km2，依據(jù)自然環(huán)境的變遷和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，河南省被劃分為5個(gè)區(qū)(圖1)。河南省整體屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，多數(shù)地區(qū)處于暖溫帶，南部跨亞熱帶，具有四季分明、日照充足、雨熱同期的氣候特點(diǎn)，降雨以6—8月份最多，全年無(wú)霜期201 ~285 d，有利于多種農(nóng)作物的種植。河南省地勢(shì)走向?yàn)槲鞲邧|低，位于北、西、南的太行山、伏牛山、桐柏山和大別山沿省界呈半環(huán)形分布，中、東部為黃淮海沖積平原，境內(nèi)有平原、丘陵、山地、盆地4種地形分布，且盆地主要分布在西南部。河南省土類豐富，主要有褐土、潮土、棕壤、黃褐土等15種類型，因氣候、地形等因素的影響其分布位置有顯著差異，如潮土主要在河谷平原與山間谷地；褐土主要在豫西、豫北的低山、丘陵地區(qū)；典型稀缺土壤鹽土和堿土主要在黃河兩岸的現(xiàn)背河洼地和古背河洼地。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

研究中的遙感數(shù)據(jù)為美國(guó)地球資源衛(wèi)星(Landsat 8)的OLI影像，河南省域范圍內(nèi)的18個(gè)地市遙感數(shù)據(jù)獲取時(shí)間為2015年5—9月。土壤數(shù)據(jù)為第二次土壤普查數(shù)字化土壤圖(圖2)；地形圖(圖3)由河南省原始DEM數(shù)據(jù)獲得，通過(guò)提取山體陰影并疊加渲染，利用高程值提取出平原、丘陵、山地，又以10 m等高線為基準(zhǔn)獲得盆地。研究區(qū)采用WGS坐標(biāo)系，投影采用UTM投影，利用ENVI 4.5將研究區(qū)的OLI影像按照《土地利用現(xiàn)狀分類》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(2007版)劃分為6類土地利用，首先選用6、5、4波段對(duì)影像進(jìn)行合成，然后再對(duì)合成的影像進(jìn)行校正、圖像增強(qiáng)、監(jiān)督分類，其中監(jiān)督分類采用最大似然法，并結(jié)合Google Earth高清地圖對(duì)影像進(jìn)行比對(duì)和校正，最后在ArcGIS 10.0中對(duì)監(jiān)督分類結(jié)果進(jìn)行矢量化(圖4)。

1.3 研究方法

傳統(tǒng)的多樣性測(cè)度方法包括豐富度指數(shù)、種類豐富程度的多樣性表達(dá)指數(shù)、種類豐富程度的多度分布模型[24]，在土壤多樣性研究中有經(jīng)典的仙農(nóng)熵公式即多樣性、均勻度指數(shù)、豐富度指數(shù)和改進(jìn)的仙農(nóng)熵公式Y[25]，經(jīng)典的土壤多樣性指數(shù)僅表示土壤分類單元的數(shù)目、分類單元構(gòu)成的復(fù)雜程度等，而改進(jìn)的仙農(nóng)熵公式可以利用網(wǎng)格尺度更好地評(píng)價(jià)研究對(duì)象的空間分布特征。隨著研究方法的引入和變化，土壤多樣性研究也與土地利用變化、城市化、生物多樣性等相結(jié)合[26]，因此本研究應(yīng)用改進(jìn)的仙農(nóng)熵公式探索多地學(xué)要素和耕地的多樣性特征及關(guān)聯(lián)性。

圖1 河南省行政區(qū)劃分

圖2 河南省土壤圖

圖3 河南省的地形類別圖

圖4 河南省土地利用分類

1.3.1 仙農(nóng)熵的變形公式

式中：當(dāng)表示土壤構(gòu)成組分多樣性時(shí)，為土類/地形單元個(gè)數(shù)，P表示第個(gè)土類/地形占所有土類/地形總面積的比例，這時(shí)Y表示所有分類單元在數(shù)量構(gòu)成上的均勻度指數(shù)。當(dāng)表示土壤/地形空間分布多樣性時(shí)，為空間網(wǎng)格總數(shù)目，P表示第個(gè)空間網(wǎng)格里某一土類/地形占所有土類/地形總面積的比例，這時(shí)Y表示的是單個(gè)土類空間分布的多樣性格局。在以上兩種情況下，Y的取值范圍是[0–1]，當(dāng)只有一個(gè)或者少數(shù)幾個(gè)對(duì)象占支配地位時(shí)，取值趨近于0，說(shuō)明研究對(duì)象的相對(duì)豐度極不均勻，反之取值越接近1，說(shuō)明研究對(duì)象分布越均勻。

1.3.2 互熵關(guān)聯(lián)分析

式中：和分別代表某類地形(或土類)和耕地面積，(,)表示某類地形(或土類)和耕地面積的關(guān)聯(lián)系數(shù)。(,)的取值范圍為[0–1]，當(dāng)?shù)匦?或土壤)類別和耕地面積的空間分布完全相同時(shí)，(,)=1，即地形(或土壤)類別和耕地面積的空間分布關(guān)系最為密切；當(dāng)(,)=0時(shí)，即地形(或土壤)類別和耕地面積的空間分布完全沒(méi)有關(guān)系。

2 結(jié)果與討論

2.1 地形、土壤的構(gòu)成組分多樣性

表1 土壤及地形的構(gòu)成組分多樣性

分析河南省地形、土壤的構(gòu)成組分多樣性特征可得(表1)：①就地形而言：濟(jì)源的構(gòu)成組分多樣性最大，為0.931，其地形類別數(shù)量分布相對(duì)最均衡；南陽(yáng)和駐馬店同樣有4種地形，構(gòu)成組分多樣性卻有顯著差異，分別是0.925和0.386；商丘、開(kāi)封、漯河、濮陽(yáng)和周口皆為0，只有1種類別地形。②就土壤而言：漯河的土壤構(gòu)成組分多樣性最大，為0.867，有4種土類；平頂山和南陽(yáng)的土壤構(gòu)成組分多樣性僅次于漯河，為0.844和0.822，土類數(shù)目11種，前者種類不多但較均勻，后者種類較多但均勻度不及前者；其他地市周口、商丘、濮陽(yáng)、開(kāi)封的土壤構(gòu)成組分多樣性分別是0.292、0.136、0.082、0.067，多呈不均勻分布且各有所差別。

進(jìn)一步探索地形和土壤的類別數(shù)目、面積大小與構(gòu)成組分多樣性之間的相關(guān)性(圖5)，結(jié)果表明：①地形和土壤類別數(shù)目與其構(gòu)成組分多樣性存在一定的相關(guān)性，且地形類別個(gè)數(shù)的相關(guān)性高于土壤類別數(shù)目的相關(guān)性，達(dá)到0.79；②地形與土壤的面積大小與構(gòu)成組分多樣性的相關(guān)性極低，不足0.1；說(shuō)明地形、土壤的構(gòu)成組分均勻程度與各要素的面積大小呈極弱相關(guān)性。

圖5 構(gòu)成組分多樣性與土壤及地形要素?cái)?shù)量、面積的關(guān)系

2.2 地形、土壤及耕地的空間分布多樣性

2.2.1 地形的空間分布多樣性 網(wǎng)格尺寸的選取對(duì)地形/土壤的空間分布多樣性有不同的影響，根據(jù)段金龍等[26]對(duì)多種網(wǎng)格尺度應(yīng)用的研究并依據(jù)河南省18個(gè)地市的行政范圍大小，本研究選用1 km × 1 km網(wǎng)格進(jìn)行計(jì)算(公式(1))地形的空間分布多樣性指數(shù)并分析了地形面積與其空間分布多樣性的關(guān)系(表2)，結(jié)果表明：①18個(gè)地市的地形空間分布多樣性指數(shù)均接近于1，說(shuō)明地形分布整體呈高均勻狀態(tài)。②研究區(qū)內(nèi)所有的平原和丘陵的多樣性指數(shù)均大于0.7，說(shuō)明平原、丘陵在河南省整體分布較為均勻；而山地的分布各地市間差異較明顯，其中最大的是三門(mén)峽為0.985，最小的是駐馬店為0.494。③僅南陽(yáng)和駐馬店有盆地分布，多樣性指數(shù)分別為0.914和0.710，說(shuō)明盆地在這兩個(gè)地區(qū)分布比較均勻，且南陽(yáng)市盆地的分布均勻程度更高，面積占優(yōu)勢(shì)地位。④商丘、開(kāi)封、濮陽(yáng)、漯河、周口有且僅有平原一種地形，多樣性指數(shù)均接近于1，說(shuō)明平原在這5個(gè)地市空間分布均勻且普遍。⑤除僅有平原分布的5個(gè)地市外，其他地市的地形空間分布多樣性特征表現(xiàn)為隨面積增加或減少，空間分布多樣性指數(shù)呈現(xiàn)出與之相應(yīng)的一致性。⑥計(jì)算地形面積和多樣性的相關(guān)系數(shù)可得：地形面積與其空間分布多樣性呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.80；河南省的4種地形中，盆地面積與其空間分布格局的相關(guān)性最強(qiáng)為0.82，這與南陽(yáng)、駐馬店盆地分布集中且空間廣導(dǎo)致均勻程度高有關(guān)；而平原、丘陵、山地的面積與空間分布格局的相關(guān)性較為相似且均勻。

2.2.2 土壤及耕地的空間分布多樣性 河南省共有15種土類，采用與地形空間分布多樣性研究相同的網(wǎng)格尺度即1 km × 1 km網(wǎng)格進(jìn)行測(cè)度；將多樣性指數(shù)Y取值[0–1]劃分為[0.0–0.2]、[0.2–0.4]、[0.4–0.6]、[0.6–0.8]、[0.8–1.0] 5個(gè)等級(jí)，以此來(lái)判別土壤的空間分布狀態(tài)(表3、圖6)。研究結(jié)果表明：就土壤空間分布格局而言：①河南省的優(yōu)勢(shì)土類是潮土和褐土，以潮土或褐土作為一級(jí)土類分布的地市多達(dá)10個(gè)，如三門(mén)峽、鶴壁、許昌等，空間分布多樣性指數(shù)為[0.8–1.0]，說(shuō)明優(yōu)勢(shì)土類整體分布的均勻性(圖7)。②信陽(yáng)和南陽(yáng)的一級(jí)土類均沒(méi)有潮土和褐土分布，信陽(yáng)的一級(jí)土類是水稻土、黃褐土、黃棕壤，南陽(yáng)的一級(jí)土類是砂姜黑土、粗骨土、黃褐土，與土壤的地帶性和地方性分布規(guī)律有關(guān)。③依據(jù)土壤空間分布等級(jí)的劃分，許昌和新鄉(xiāng)共有5級(jí)分類，說(shuō)明這兩個(gè)地市的土類空間分布均勻程度具有顯著差異，且新鄉(xiāng)共有12個(gè)土類，占河南省土類個(gè)數(shù)的80%，說(shuō)明新鄉(xiāng)各類別土壤分布較廣。④漯河與許昌、新鄉(xiāng)相反，有1級(jí)土類和2級(jí)土類分布，且最小的指數(shù)是0.642，說(shuō)明漯河的土類分布整體呈現(xiàn)均勻狀態(tài)。⑤河南省的劣勢(shì)土類是鹽土和堿土，僅分布在商丘、開(kāi)封、新鄉(xiāng)和濮陽(yáng)，在對(duì)應(yīng)的地市范圍內(nèi)被劃分為4級(jí)或5級(jí)土類，空間分布相對(duì)不均勻，多呈零星分布(圖7)。就耕地空間分布格局而言，河南省的耕地空間分布多樣性均大于0.9，說(shuō)明作為中國(guó)農(nóng)業(yè)大省，耕地在整體上空間分布均勻，如東部的周口(0.995)與西部的三門(mén)峽(0.927)耕地空間分布多樣性雖略有差異，但皆屬于高水平均勻態(tài)勢(shì)。

表2 地形面積與空間分布多樣性

注：“–”表示該地市無(wú)該地形分布。

表3 土壤及耕地的空間分布多樣性

續(xù)表3

地市土類數(shù)分級(jí)土壤類型多樣性 土壤(均值)耕地 駐馬店71潮土、砂姜黑土、黃褐土0.8790.989 2石質(zhì)土、粗骨土0.700 3水稻土、黃棕壤0.481 許昌71潮土、褐土0.9000.990 2砂姜黑土、粗骨土0.738 3石質(zhì)土0.412 4棕壤0.278 5黃褐土0.147 商丘71潮土0.9910.993 2砂姜黑土0.661 3堿土、風(fēng)砂土0.526 4鹽土、石質(zhì)土、褐土0.250 新鄉(xiāng)121潮土0.9580.979 2石質(zhì)土、粗骨土、褐土、風(fēng)砂土0.692 3新積土、棕壤、水稻土、砂姜黑土0.497 4鹽土、紅黏土0.361 5堿土0.196 開(kāi)封51潮土0.9890.988 2風(fēng)砂土0.629 4新積土0.313 5鹽土、堿土0.169 鄭州91潮土、褐土0.9000.976 2粗骨土、紅黏土、風(fēng)砂土0.650 3新積土、棕壤、石質(zhì)土、紫色土0.482 漯河41潮土、砂姜黑土、黃褐土0.8620.989 2褐土0.642 濮陽(yáng)31潮土0.9830.989 3風(fēng)砂土0.544 4堿土0.276 焦作81潮土、褐土0.8810.979 2新積土、石質(zhì)土、粗骨土0.676 3砂姜黑土0.517 4棕壤、紅黏土0.325 洛陽(yáng)101棕壤、粗骨土、紅黏土、褐土0.8520.975 2潮土、紫色土0.662 3石質(zhì)土、黃棕壤0.486 4水稻土、砂姜黑土0.368

續(xù)表3

地市土類數(shù)分級(jí)土壤類型多樣性 土壤(均值)耕地 周口51潮土、砂姜黑土0.9130.995 3褐土0.442 4風(fēng)砂土、黃褐土0.347 濟(jì)源71褐土0.9470.932 2潮土、石質(zhì)土、粗骨土0.739 3棕壤、水稻土0.456 4新積土0.383 平頂山111粗骨土、褐土、黃褐土0.8630.962 2棕壤、潮土、砂姜黑土、黃棕壤0.658 3石質(zhì)土0.572 4水稻土、紫色土、紅黏土0.304 安陽(yáng)81潮土、石質(zhì)土、褐土0.8690.966 2風(fēng)砂土0.633 3棕壤、砂姜黑土、粗骨土0.506 5紅黏土0.186

圖6 河南省土壤多樣性分級(jí)圖

圖7 河南省典型土類

2.3 土壤、地形與耕地空間分布多樣性格局的關(guān)聯(lián)性

選取1 km × 1 km、5 km × 5 km、10 km × 10 km 3種網(wǎng)格尺度計(jì)算耕地的分布變化。由表4可知：①河南省的優(yōu)勢(shì)土類潮土、褐土和耕地的相關(guān)性最強(qiáng)，在3種網(wǎng)格尺度下相關(guān)系數(shù)均接近或大于0.9；其次是分布在河南南部(南陽(yáng)、信陽(yáng))的黃褐土、砂姜黑土、水稻土與耕地的相關(guān)性次之；與耕地相關(guān)性最弱的是河南省的劣勢(shì)土類堿土和鹽土，其中鹽土的相關(guān)性系數(shù)在10 km網(wǎng)格下僅有0.342，說(shuō)明劣勢(shì)土類上耕地空間分布狀況差。②地形與耕地的相關(guān)性規(guī)律大致為平原>丘陵>盆地>山地，且地形與耕地空間分布格局的關(guān)聯(lián)性整體上較高。③地形、土壤與耕地的相關(guān)性共同點(diǎn)是隨著網(wǎng)格尺度的增大相關(guān)系數(shù)越來(lái)越小，網(wǎng)格尺度的變化在一定程度上影響著要素之間的相關(guān)關(guān)系。

表4 異網(wǎng)格尺度下地形、土壤與耕地的關(guān)聯(lián)分析

表4反映了河南省的所有土類及地形在不同網(wǎng)格尺度下與耕地的空間分布多樣性格局的關(guān)聯(lián)性，為進(jìn)一步反映河南省區(qū)域自然環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r的不同，又將河南省劃分出5個(gè)次級(jí)區(qū)域豫北、豫中、豫南、豫東、豫西為基準(zhǔn)，選取1 km × 1 km網(wǎng)格進(jìn)行土壤、地形與耕地的空間分布多樣性格局相關(guān)性分析。結(jié)果表明(圖8)：①各區(qū)域中優(yōu)勢(shì)土類潮土與耕地的相關(guān)性整體最大。②砂姜黑土和石質(zhì)土在5個(gè)區(qū)域與耕地的空間分布多樣性有不同的相關(guān)程度，與這兩類土壤在區(qū)域上分布不均勻有關(guān)。③劣勢(shì)土類鹽土和堿土僅分布在豫北和豫東的部分地區(qū)，因此與耕地的相關(guān)性也僅發(fā)生在這兩個(gè)區(qū)域，但是相關(guān)性較低，為0.4左右。④從區(qū)域差異看，豫北土壤與耕地的相關(guān)性最大為潮土，最小為堿土；豫中土壤與耕地的相關(guān)性最大的是褐土，最小的是水稻土，相關(guān)性為0，豫中水稻土分布甚少；豫南土壤與耕地的相關(guān)性最大的是黃褐土、最小的是褐土，相關(guān)性為0；豫東土壤與耕地的相關(guān)性最大為潮土、最小為石質(zhì)土；豫西土壤與耕地的相關(guān)性最大為褐土、最小為風(fēng)砂土。圖9是河南省5個(gè)次區(qū)域地形與耕地的空間分布多樣性的相關(guān)關(guān)系：①豫北和豫中地區(qū)的地形與耕地的相關(guān)關(guān)系為平原>丘陵>山地；而豫南地區(qū)有盆地分布，其相關(guān)程度表現(xiàn)為平原>盆地>丘陵>山地；豫西則相反，平原的相關(guān)程度最低；豫東僅有平原分布，其與耕地的相關(guān)程度在5個(gè)區(qū)域中最大，為0.998。②除豫南的山地與耕地的相關(guān)程度最低為0.406外，其他整體相對(duì)均勻，說(shuō)明地形與耕地的相關(guān)程度較好。

3 結(jié)論

1)地形、土壤的構(gòu)成組分多樣性與各要素的類別數(shù)量有一定的相關(guān)性，而要素面積大小與其構(gòu)成組分多樣性呈弱相關(guān)。

2)河南省18個(gè)地市的地形、土壤及耕地空間多樣性分布格局特征表現(xiàn)為整體均勻狀態(tài)，不同地區(qū)間有所差異。

圖8 土壤與耕地的空間分布多樣性的關(guān)聯(lián)分析

圖9 地形與耕地的空間分布多樣性的關(guān)聯(lián)分析

3)地形的空間分布多樣性與面積大小有較強(qiáng)的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.8；由土壤空間分布多樣性指數(shù)分級(jí)可得，河南省的優(yōu)勢(shì)土類為潮土和褐土，劣勢(shì)土類為鹽土和堿土。

4)無(wú)論是從河南省整體布局來(lái)看，還是從5個(gè)次區(qū)域來(lái)看，地形、土壤的空間分布多樣性都與耕地的空間分布多樣性密切相關(guān)；其中河南省的地形與耕地空間分布多樣性關(guān)系除豫南盆地和豫西丘陵、山地外，整體表現(xiàn)為：平原>丘陵>山地；河南省的土壤與耕地空間分布多樣性相關(guān)關(guān)系與土壤的空間分布多樣性變化整體具有一致性，即隨著網(wǎng)格尺度和5區(qū)域的改變，土壤與耕地的相關(guān)關(guān)系與河南省的各土類及各區(qū)域的土類空間分布多樣性格局變化具有相似規(guī)律。

[1] 張學(xué)雷. 土壤多樣性: 土壤地理學(xué)研究的契機(jī)[J]. 土壤, 2014, 46(1): 1–6

[2] 任圓圓, 張學(xué)雷. 土壤多樣性研究趨勢(shì)與未來(lái)挑戰(zhàn)[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2015, 52(1): 9–18

[3] Ibá?ez J J, Jiménez-Ballesta R, García-lvarez A. Soil land-scapes and drainage basins in Mediterranean mountain areas[J]. Catena, 1990, 17: 573–583

[4] Ibá?ez J J, De-Alba S, Bermúdez F F, et al. Pedodiversity: Concepts and measures[J]. Catena, 1995, 24: 215–232

[5] Williams B M, Houseman G R. Experimental evidence that soil heterogeneity enhances plant diversity during community assembly[J]. Journal of Plant Ecology, 2013, 7: 461–469

[6] 張學(xué)雷, 陳杰, 檀滿枝, 等. 土壤多樣性理論方法的新近發(fā)展與應(yīng)用[J]. 地球科學(xué)進(jìn)展, 2003(3): 374–379

[7] Guo Y Y, Gong P, Amundson R. Pedodiversity in the United States of America[J]. Geoderma, 2003, 117(1/2): 99–115

[8] Fu T G, Han L P, Gao H, et al. Pedodiversity and its controlling factors in mountain regions — A case study of Taihang Mountain, China[J]. Geoderma, 2018, 310(1): 230–237

[9] Kaire R, Raimo K, Liia K, et al. Pedodiversity of three experimental stations in Estonia[J]. Geoderma Regional, 2016, 7(3): 293–299

[10] 孫倩, 阿麗亞·拜都熱拉, 依力亞斯江·努爾麥麥提. 新疆艾比湖濕地LUCC對(duì)景觀格局演變的影響[J]. 土壤, 2018, 50(3): 583–592

[11] 張平, 陸龍妹, 王世航, 等. 基于地形梯度的皖南地區(qū)土地利用分布特征[J]. 土壤, 2018, 50(5): 1041–1045

[12] 任圓圓, 張學(xué)雷, 李笑瑩, 等. 河南省成土母質(zhì)與土壤空間分布多樣性的特征[J/OL]. 土壤學(xué)報(bào), 1–12(2019- 01-04). http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1119.P.20181229. 1002.004.html

[13] 任圓圓, 張學(xué)雷. 從土壤多樣性到地多樣性的研究進(jìn)展[J].土壤, 2018, 50(2): 225–230

[14] Yabuki T, Matsumura Y, Nakatani Y. Evaluation of pedodiversity and land use diversity in terms of the Shannon entropy[OL]. (2009-05-19). http://cdsweb.cern.ch/ record/1178038

[15] 孫燕瓷, 張學(xué)雷, 程訓(xùn)強(qiáng), 等. 城市化對(duì)南京地區(qū)土壤多樣性影響的灰色關(guān)聯(lián)分析[J]. 地理學(xué)報(bào), 2006(3): 311–318

[16] 郭漩, 張學(xué)雷, 任圓圓. 伊洛河流域樣區(qū)不同坡度下水土和土地利用多樣性的特征[J]. 土壤通報(bào), 2018, 49(2): 303–312

[17] 胡瓊, 吳文斌, 項(xiàng)銘濤, 等. 全球耕地利用格局時(shí)空變化分析[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2018, 51(6): 1091–1105

[18] 翁倩, 袁大剛, 張楚, 等. 四川省土壤水分狀況空間分布特征[J]. 土壤, 2017, 49(6): 1254–1261

[19] 趙明松, 李德成, 張甘霖, 等. 1980—2010年安徽省耕地表層土壤養(yǎng)分變化特征[J]. 土壤, 2018, 50(1): 173–180

[20] 杜佩穎, 張海濤, 郭龍, 等. 平原丘陵過(guò)渡區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)空間變異及其影響因素[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2018, 55(5): 1286–1295

[21] 江葉楓, 饒磊, 郭熙, 等. 江西省耕地土壤有機(jī)碳空間變異的主控因素研究[J]. 土壤, 2018, 50(4): 778–786

[22] 譚永忠, 何巨, 岳文澤, 等. 全國(guó)第二次土地調(diào)查前后中國(guó)耕地面積變化的空間格局[J]. 自然資源學(xué)報(bào), 2017, 32(2): 186–197

[23] Li S C, Wang Z F, Zhang Y L. Crop cover reconstruction and its effects on sediment retention in the Tibetan Plateau for 1900–2000[J]. Journal of Geographical Sciences, 2017, 27(7): 786–800

[24] 段金龍, 張學(xué)雷. 水土資源分布的多樣性格局與關(guān)聯(lián)性分析[M]. 鄭州: 河南科學(xué)技術(shù)出版社, 2016: 14–16

[25] 任圓圓, 張學(xué)雷. 以地形為基礎(chǔ)的河南省域土壤多樣性的格局[J]. 土壤通報(bào), 2017, 48(1): 22–31

[26] 段金龍, 趙斐斐, 張學(xué)雷. 土壤空間分布多樣性研究中網(wǎng)格尺寸的選取策略[J]. 土壤, 2014, 46(5): 961–966

Diversity Characteristics and Correlation Among Soil, Terrain and Arable Land in Henan Province

LI Xiaoying1,2, ZHANG Xuelei1,2*, REN Yuanyuan1,2

(1 School of Hydraulic and Environmental Engineering, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China; 2 Institute of Natural Resources and Eco-environment, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China)

The distribution of the arable land is basically influenced by many natural factors among which soil and terrain play fundamental roles. In order to explore the relationship among the arable land, soil and terrain, Henan Province was selected as the research area by using the modified Shannon entropy measure and mutual entropy correlation analysis method to analyze the characteristics and relevance of the diversity patterns of soil, terrain and the arable land of Henan Province. The results showed that the diversity of terrain and soil composition of 18 cities in Henan Province is highly related to the richness number of the corresponding element, but irrelevant to the size of its area. The correlation coefficients of terrain, soil and number of the related element categories were 0.79 and 0.35 respectively, but the correlation coefficient with area was less than 0.1. In addition, the correlation coefficient between terrain spatial diversity and area of Henan Province reaches as high to 0.8. According to the classification of soil spatial distribution diversity index (Y), the dominant soils in Henan Province are Chao soil () and Cinnamon soil () while the inferior soils are Saline soil () and Alkaline soil (). And the spatial distribution pattern of soil diversity in different cities has significant differences, reflecting the richness of the soils in Henan Province. The correlation among soil, terrain and arable land is as follows: the correlation order between topography and spatial distribution of the arable land is plain > hilly > mountain, except for the basin in the south of Henan and the hills and mountains in the west of Henan. And that between the spatial distribution of soil and the arable land is basically consistent with the spatial distribution pattern of soil in Henan Province.

Henan Province; Terrain; Soil; Arable land; Diversity; Correlation

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41571208)資助。

(zxlzzu@zzu.edu.cn)

李笑瑩(1994—)，女，河南鞏義人，碩士研究生，主要從事土地資源多樣性研究。E-mail: 1535174053@qq.com

S159

A

10.13758/j.cnki.tr.2019.04.020