北方农牧交错带农田-草地景观镶嵌体的非生物界面空间互作

我国北方农牧交错带既是全球气候变化敏感区又是生态环境脆弱带，其内部人为形成的大量农田-草原镶嵌体，造成了草原景观的破碎化。非生物界面是农田-草地镶嵌体的重要组成部分，而作为地球生物化学循环的重要参与者，非生物因子的变化直接影响着该区域生态功能的发挥。.生态界面格局是其功能研究的基础，为此本研究拟在农牧交错带典型区域，利用高光谱遥感技术、地统计学、Lattice wombling、 Overlap statistics 等方法对草原斑块化后的农田-草地景观镶嵌体的非生物界面进行研究，通过对非生物因子（土壤水、热、碳、氮）空间结构及多非生物因子界面结构互作的定量研究，以期揭示他们在该界面空间形成过程的作用机制。该项目的开展不仅为界面的边界检测和功能动态模拟的结合研究提供切入点，而且为农牧交错带进行土地合理利用提供理论依据，同时也为进一步完善农田-草地景观界面与地区微气候陆面过程研究奠定基础。

非生物界面是农田-草地镶嵌体的重要组成部分，而作为地球生物化学循环的重要参与者，非生物因子的变化直接影响着该区域生态功能的发挥。生态界面格局是其功能研究的基础，为此本研究拟在农牧交错带典型区域，利用实地调查采样与数据分析对草原斑块化后的农田-草地景观镶嵌体的非生物界面进行研究，通过对华北农牧交错带农田-草地镶嵌体不同采样粒度（0.5 m×0.5 m，1 m×1 m，2 m×2 m）土壤水分、温度、有机碳、全氮空间异质性进行分析。研究结果表明：农田-草地界面0-20cm土层土壤含水量为中等变异，土壤温度为弱变异，不同采样粒度空间结构特征定量研究得到土壤水分变程范围为2.93-15.4米，且为中到强度的空间自相关程度，即不同采样粒度（0.5 m×0.5 m，1 m×1 m，2 m×2 m）的农田、农田-草地边界、草地的土壤水分空间异质性大小存在显著差异且表现为农田-草地边界>草地>农田(P<0.05)，同时每种类型不同采样粒度间的空间异质性大小存在差异但无线性关系(P>0.05)；农田-草地镶嵌体内部的农田-草地边界土壤水分分布格局异质程度高，呈明显斑块状，而农田内部土壤水分较草地更加破碎匀质化，同时土壤水分在农田-草地边界处表现为伴有突然升高随即降低剧烈变化的界面效应。土壤温度变程为3.75-20.99米，表现为强空间自相关；土壤水热在土层0-10cm 的空间异质性程度（MSH）的变化是不同于10-20cm 土深的，且在10-20cm 土深的变化较0-10cm 土深的变化更为稳定，与0-10cm土深较容易受到人为耕作干扰有关；土壤碳、氮结果表明农田-草地镶嵌体农田、农田-草地界面、草地的土壤有机碳、全氮在不同采样粒度下呈中等变异（0.1-1.0）；农田、草地的土壤有机碳和全氮的变异系数随着采样粒度增加而降低，而农田-草地界面的土壤有机碳和全氮的变异系数随着采样粒度的增加而升高；农田-草地镶嵌体土壤有机碳、全氮呈正相关，在较小采样粒度下表现为显著的正相关（p<0.001），随着采样粒度的增加显著性逐渐降低，且决定系数也降低。该研究通过对非生物因子（土壤水、热、碳、氮）空间结构及多非生物因子界面结构互作的定量研究，揭示草地景观破碎化过程中产生的农田-草地镶嵌体内部土壤水分空间异质性、分布格局以及生态界面特征，结果验证了农田-草地边界向两侧的一定范围内土壤水热碳氮存在过渡型