土壤全氮驱动因素分析及模型构建——以湟水河流域为例

摘要

为探究土壤氮素的驱动因素，维护湟水河流域生态脆弱区的生态系统稳定，基于湟水河流域土壤全氮（Total Nitrogen,TN）实测数据，采用随机森林、皮尔逊相关性分析和多尺度地理加权回归方法，构建混合模型对土壤TN驱动因素进行分析。结果表明：1)湟水河流域的土壤TN呈现由东南向西北递增的趋势，高值区主要在流域西北的高海拔地区，低值区零星分布在湟水河中下游段的两侧。2)土壤TN的主要驱动因素为年均气温、pH、距城市密集区距离，各因素对土壤TN的影响大小和作用尺度存在差异。特征重要性由高到低为年均气温（78.5%）>pH（6.9%）>距城市密集区距离（1.4%）；带宽由高到低为年均气温（278 km）>距城市密集区距离（85 km）>pH（48 km）。3)原始模型采用变量个数为19，混合模型在仅采用3个变量的基础上，达到了相等的校正R²（0.41）。同时，混合模型在稳定性指标AICc和有效自由度上均优于原始模型AICc和有效自由度。综上，湟水河流域土壤TN总体呈现出带状的空间分布格局，年均气温是影响土壤TN的最主要自然因素，其影响主要体现在较大尺度上；人类活动对土壤TN的影响较小，且影响主要集中在城市周边区域；混合模型有效减轻了过拟合现象，在该流域适用性良好。本研究可为湟水河流域的农业可持续发展及生态保护提供科学依据。

关键词

湟水河流域 / 土壤全氮 / 驱动因素 / 混合模型 / 随机森林 / 多尺度地理加权回归