任圓圓 張學(xué)雷

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

河南省地形、土壤和地表水體多樣性格局特征*

任圓圓 張學(xué)雷?

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

在水土資源多樣性的研究中，地形要素對(duì)其空間分布形式和內(nèi)在聯(lián)系有重要影響。選取河南省作為研究區(qū)，在1 km×1 km網(wǎng)格尺度下以變形仙農(nóng)熵公式計(jì)算河南省的地形空間分布多樣性和土壤空間分布多樣性（土類級(jí)別）及關(guān)聯(lián)性，并將河南省劃分為6個(gè)面積相近的次級(jí)區(qū)域，用空間分布面積指數(shù)（Yh）計(jì)算地形、土壤的構(gòu)成組分多樣性，用空間分布長(zhǎng)度指數(shù)（MSHDLI）計(jì)算地表水體多樣性，對(duì)以上特征及關(guān)聯(lián)性進(jìn)行研究。結(jié)果表明：平原和潮土是河南省面積最大且空間分布離散性最高的地形類型和土類。地形與土壤之間關(guān)系密切，有76%以上的相關(guān)系數(shù)r值大于0.50，相關(guān)性高；6個(gè)分區(qū)中，東部分區(qū)為單一的平原地形但MSHDLI值次高，平原地形水系發(fā)育好，西部分區(qū)地形復(fù)雜且以山地為主但地表水體多樣性指數(shù)MSHDLI值最小，山地條件下水系發(fā)育較簡(jiǎn)單；研究區(qū)面積相近的情況下，土類構(gòu)成組分多樣性值主要取決于土類間面積大小的均衡程度，與土類面積比例平均變化量之間呈負(fù)相關(guān)，R2值為0.94；面狀的地形和土壤構(gòu)成組分多樣性指數(shù)與線狀的地表水體多樣性指數(shù)間無(wú)明顯相關(guān)性。綜上所述，地形、土壤和地表水體三要素間關(guān)系密切，共同影響地多樣性的空間格局。

河南?。坏匦?；土壤多樣性；地表水體；特征

土壤是巖石圈、大氣圈、水圈及生物圈相互作用的產(chǎn)物，反之亦對(duì)這些圈層產(chǎn)生影響。同時(shí)，土壤圈是一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)，也是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換器，即土壤圈是一個(gè)與其他圈層保持著復(fù)雜而密切的物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)換，并不斷處于運(yùn)動(dòng)之中的開(kāi)放系統(tǒng)。土壤圈的任何變化均會(huì)影響各圈層的演化與發(fā)展，乃至對(duì)全球變化產(chǎn)生沖擊作用［1-2］。其中，地形地貌是五大成土因素綜合作用中的重要一環(huán)，主要通過(guò)土壤及母質(zhì)接受光、熱條件的差異，以及接受降水和水分在地表的重新分配，從而在成土過(guò)程中起重要作用［3］。另一方面，土壤和地表水體二者發(fā)生關(guān)系密切，且水分循環(huán)在土壤的形成中起著不可或缺的作用［4-5］。當(dāng)前，中國(guó)乃至世界水土資源空間匹配錯(cuò)位，且地形又是影響水土資源匹配及區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)利用與發(fā)展不容忽視的要素［6-8］。因此，對(duì)地形、土壤及地表水體資源的特征及相關(guān)關(guān)系的研究可以為了解該領(lǐng)域的現(xiàn)狀與開(kāi)展研究提供重要的理論基礎(chǔ)。

關(guān)于地形和土壤多樣性間的關(guān)系，Pavlopoulos等［9］和Salda?a等［10］分別指出可用地貌地圖研究二者間的關(guān)系并用平均密度研究其空間異質(zhì)性；Moravej等［11］在較詳細(xì)的土壤調(diào)查過(guò)程中對(duì)自動(dòng)化和手工的地形描述方法進(jìn)行對(duì)此；Toomanian等［12］對(duì)伊朗原始山谷的土壤多樣性和成土作用間的關(guān)系進(jìn)行研究；檀滿枝等［13］和張學(xué)雷等［14］基于SOTER數(shù)據(jù)運(yùn)用經(jīng)典的仙農(nóng)熵測(cè)度方法對(duì)山東省和海南島不同地形上土壤多樣性的相關(guān)指數(shù)進(jìn)行計(jì)算并探索分布模式，但研究方法為基于樣區(qū)土壤類別數(shù)目而無(wú)網(wǎng)格尺度的土壤多樣性經(jīng)典算法，對(duì)空間離散性的定量描述少。關(guān)于土壤和地表水體多樣性間的關(guān)系，Ibá?ez等［15-16］、Arnett和Conacher［17］研究了河流的等級(jí)與河網(wǎng)的發(fā)展對(duì)土壤多樣性、異質(zhì)性和地貌單元數(shù)量產(chǎn)生的影響，側(cè)重河流演化對(duì)土壤多樣性的影響；段金龍等［4，18］探索了一定網(wǎng)格尺度下中國(guó)中東部典型樣區(qū)土壤和地表水體多樣性的關(guān)聯(lián)性，用空間分布面積指數(shù)［19］來(lái)衡量地表水體多樣性，且研究樣區(qū)局限在較小的行政區(qū)域。關(guān)于地形和地表水體多樣性要素間的關(guān)系，在國(guó)內(nèi)外還鮮有探索。因此，本文用空間分布面積指數(shù)來(lái)衡量土壤和地形要素的多樣性，用空間分布長(zhǎng)度指數(shù)衡量地表水體多樣性，在1 km×1 km網(wǎng)格尺度下研究河南省地形和土壤空間分布多樣性之間的關(guān)聯(lián)性，并在6個(gè)面積相近的次級(jí)分區(qū)下研究地形和土壤構(gòu)成組分多樣性分別與地表水體多樣性間以及地形豐富度與土類構(gòu)成組分多樣性間的特征與聯(lián)系，以期為區(qū)域地形和水土資源的保護(hù)和可持續(xù)利用提供數(shù)據(jù)與理論支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

河南?。ㄌ幱?10°21′～116°39′E、31°23′～36°22′N之間）是我國(guó)中原腹地的大省，位于黃河中下游，因大部分地區(qū)在黃河以南，故稱河南?！队碡暋穼⒅袊?guó)分為九州，河南省大部分屬于豫州，故簡(jiǎn)稱“豫”。東西長(zhǎng)580 km，南北寬530 km，面積有16萬(wàn)余km2，約占全國(guó)總面積的1.74%。截至2015年底，河南共下轄17個(gè)地級(jí)市、1個(gè)省直轄縣級(jí)市、51個(gè)市轄區(qū)、20個(gè)縣級(jí)市、86個(gè)縣，省會(huì)鄭州。河南省屬暖溫帶-亞熱帶、濕潤(rùn)-半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，地形總體可以概括為“三山兩盆一平原”，西為黃土高原東側(cè)的山地丘陵區(qū)，東為黃河、淮河淤積而成的黃淮海平原區(qū)。土壤類型眾多，性態(tài)各異，同時(shí)橫跨海河、黃河、淮河、長(zhǎng)江四大水系，境內(nèi)1 500多條河流縱橫交織。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

地形和地表水體數(shù)據(jù)主要來(lái)自從地理空間數(shù)據(jù)云下載的河南省DEM數(shù)據(jù)（采用WGS坐標(biāo)系UTM投影）。土壤數(shù)據(jù)來(lái)自第二次土壤普查河南省數(shù)字化土壤數(shù)據(jù)庫(kù)（河南省土肥站）。

D E M數(shù)據(jù)提取地形步驟如下：①運(yùn)用ArcGIS10.0軟件中三維空間分析（3D Analyst Tools）-表面分析（Raster Surface）下的工具提取等高線（Contour）和山體陰影（Hillshade）。②將DEM原始數(shù)據(jù)和山體陰影（Hillshade）進(jìn)行渲染，其中，DEM數(shù)據(jù)圖層在上，且透明度值設(shè)為50%，效果見(jiàn)圖1。③參考圖1和等高線劃分出河南省的盆地邊界并將其從河南省DEM中列出。④將剩余的DEM數(shù)據(jù)參考陸地上五種基本地形的劃分標(biāo)準(zhǔn)，按照高程≤200 m、高程＞500 m和200＜高程≤500 m分別提取出平原、山地和丘陵3種地形。河南省地形分類結(jié)果見(jiàn)圖2a，且1 km×1 km網(wǎng)格尺度下各個(gè)地形類型的空間分布多樣性情況見(jiàn)表1。

圖1 河南省DEM與山體陰影疊加圖Fig. 1 DEM and mountain shadow stacking chart of Henan Province

DEM數(shù)據(jù)提取線狀地表水體。運(yùn)用ArcGIS10.0的水文分析模塊（Hydrology）提取研究區(qū)DEM數(shù)據(jù)矢量河網(wǎng)的步驟如下：①利用水流方向計(jì)算出DEM數(shù)據(jù)的洼地區(qū)域和深度，并設(shè)定閾值進(jìn)行洼地填充，本文中無(wú)洼地高程介于20～2 384m之間。②根據(jù)無(wú)洼地DEM數(shù)據(jù)的水流方向計(jì)算研究區(qū)河流匯流累積量，并在此基礎(chǔ)上用柵格計(jì)算器（Raster Calculator）依據(jù)研究需要設(shè)置不同的閾值提取柵格河網(wǎng)（所研究的地表水體設(shè)置的閾值為大于50 000 m）。③用柵格河網(wǎng)矢量化工具Raster River Network Vectorization Tool（Stream to Feature）得到河南省水系分布圖，見(jiàn)圖2b。

以河南省的地形分類與地表水體矢量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，①在1 km×1 km網(wǎng)格尺度下計(jì)算整個(gè)研究區(qū)的地形空間分布多樣性、土壤空間分布多樣性及土壤和地形公共斑塊的空間分布多樣性，并代入式（3）計(jì)算相關(guān)系數(shù)；②根據(jù)生態(tài)環(huán)境條件、社會(huì)發(fā)展及土地利用的區(qū)域差異性將河南省劃分為6個(gè)面積相近的次級(jí)區(qū)域，計(jì)算不同區(qū)域的地形構(gòu)成組分多樣性、土壤構(gòu)成組分多樣性與地表水體多樣性并研究其特征；③研究地形豐富度和土壤構(gòu)成組分多樣性的相關(guān)性。數(shù)Yh為在研究區(qū)內(nèi)土壤或地形空間分布的多樣性特征，用來(lái)描述土壤或地形分布的離散性程度和多樣性格局。多樣性指數(shù)Yh取值區(qū)間為［0，1］，當(dāng)研究對(duì)象的相對(duì)豐度分布極度不均勻，即當(dāng)一個(gè)或者少數(shù)幾個(gè)對(duì)象占支配地位時(shí)，Yh取值趨于0；當(dāng)每個(gè)對(duì)象都均勻分布時(shí)，Yh取值等于1。

1.3 研究方法

1.3.3 關(guān)聯(lián)分析法 為確定地形多樣性和土壤多樣性之間的相關(guān)關(guān)系，使用以下關(guān)聯(lián)系數(shù)：

為更好地評(píng)價(jià)研究對(duì)象的空間分布離散性，地形多樣性和土壤多樣性測(cè)度方法使用改進(jìn)的仙農(nóng)熵變形公式Y(jié)h，地表水體多樣性使用空間分布長(zhǎng)度指數(shù)（MSHDLI）。需要說(shuō)明的是，段金龍等［4，18］曾研究了河南省部分典型樣區(qū)土壤類別多樣性與地表水體空間分布多樣性之間的關(guān)聯(lián)性，所用水體數(shù)據(jù)為L(zhǎng)andsat遙感衛(wèi)星獲取的面狀地表水體。利用空間分布長(zhǎng)度指數(shù)MSHDLI衡量線狀地表水體空間分布離散性的測(cè)度方法是可行的［5，19］，本研究中的線狀地表水體是根據(jù)無(wú)洼地DEM數(shù)據(jù)的匯流累積量提取的，仍用指數(shù)MSHDLI計(jì)算。

式中，A和B分別表示地形類型和土壤類型（本文為土類級(jí)別），r（A，B）［22］表示地形類型A和每類土壤類型B之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)，Yh（A）和Yh（B）分別表示地形和土壤的空間分布多樣性指數(shù)，應(yīng)用式（2）進(jìn)行計(jì)算，Yh（A，B）表示地形類型A和土壤類型B公共斑塊的空間分布多樣性。具體計(jì)算公式如下：

1.3.1 空間分布長(zhǎng)度指數(shù)（Modified Shannon diversity length index，MSHDLI）：

式中，IL為地表水體空間分布長(zhǎng)度指數(shù)［19］，取值為［0，1］；i = 1，2，… ，S；S為某網(wǎng)格尺度下的網(wǎng)格數(shù)目，Li為第i個(gè)網(wǎng)格里水網(wǎng)長(zhǎng)度占區(qū)域水網(wǎng)總長(zhǎng)度的比例。當(dāng)有且僅有一個(gè)網(wǎng)格中含有水網(wǎng)時(shí)，IL為0；而當(dāng)所有網(wǎng)格中均含有水網(wǎng)且分布較為均勻時(shí)，IL趨近于1。

1.3.2 空間分布面積指數(shù)（Modified Shannon diversity area index，MSHDAI）：

式中，p（i，j）為聯(lián)合分布概率，表示地形A和土壤類型B同時(shí)包含時(shí)的面積比。

r（A，B）的取值范圍為［0，1］，該關(guān)聯(lián)系數(shù)反映了地形和土壤之間在空間分布上的相關(guān)性，定量地描述了研究區(qū)域內(nèi)地形和土壤這兩個(gè)要素在空間分布上的相互疊置的程度。隨著該系數(shù)值的增加，兩個(gè)要素相互重疊的部分增多，關(guān)聯(lián)性增加。

式中，S和pi定義為：①表土壤或地形構(gòu)成組分多樣性時(shí)：S為土類或地形個(gè)數(shù)，pi為第i個(gè)土類或地形占該土類或地形總面積的比例。此處，多樣性指數(shù)Yh

［20］表示在研究區(qū)內(nèi)所有分類單元在數(shù)量構(gòu)成上的均勻程度，此處Yh形同Pielou均勻度指數(shù)［21］；②表土壤或地形空間分布多樣性時(shí)：S為空間網(wǎng)格的數(shù)目，pi為第i個(gè)空間網(wǎng)格里某個(gè)土類或地形面積占該土類或地形總面積的比例，多樣性指

2 結(jié)果與討論

2.1 地形和土壤空間分布多樣性間的關(guān)聯(lián)性

2.1.1 地形空間分布多樣性 由圖2a和表1可知，研究區(qū)有4種地形，且地勢(shì)西高東低。其中，北、西、南三面環(huán)山，分別為太行山脈、伏牛山脈、桐柏山脈、大別山脈，中、東部為黃淮海平原，西南部和西北部為南陽(yáng)盆地和洛陽(yáng)盆地。盆地地形中，西北部為伊洛河沖積形成的洛陽(yáng)盆地，呈橢圓形，面積約1 000 km2。南陽(yáng)盆地位于河南省的西南部和湖北省的西北部，河南部分主要分布在南陽(yáng)市和駐馬店市境內(nèi)。南陽(yáng)盆地三面環(huán)山，呈扇形分布，邊緣是海拔在140～200 m起伏的崗地，中部為80～120 m的沖積洪積和沖積湖積平原。河流主要有漢江及其支流唐河、白河、丹江等。平原是研究區(qū)內(nèi)面積最大、地形空間分布離散性（多樣性指數(shù)0.959）最高的地形，然后依次是丘陵地形（0.863）、山地地形（0.852）和盆地地形（0.789）。

2.1.2 土壤空間分布多樣性 在1 km×1 km網(wǎng)格尺度下運(yùn)用式（2）計(jì)算河南省各個(gè)土類的空間分布多樣性，并按照土壤多樣性值由大到小排列（表1）。由表1可知，潮土的多樣性值最高且面積最大，其次是褐土。堿土和鹽土是河南省域面積最小且空間分布離散性最低的兩個(gè)土類。

表1 河南省土壤（土類級(jí)別）多樣性Table 1 Pedodiversity of soil group level in Henan Province

2.1.3 地形和土壤空間分布多樣性間的關(guān)聯(lián)性利用式（6）計(jì)算出地形和土類公共斑塊的空間分布多樣性，然后用式（3）對(duì)2個(gè)指數(shù)的關(guān)聯(lián)系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，探索地形和土壤在空間分布上的交互關(guān)系（表2）。關(guān)聯(lián)系數(shù)越大說(shuō)明土類和地形之間的關(guān)系越復(fù)雜，在空間上的相互重疊程度越高，反之越低。

由表2可知：①整體來(lái)看，河南省內(nèi)除了新積土和盆地地形、棕壤和盆地地形、鹽土和丘陵地形等未出現(xiàn)公共斑塊外，15個(gè)土類和4種地形間均有相關(guān)性，且有76%以上的相關(guān)系數(shù)大于0.50，即空間分布相關(guān)性較強(qiáng)，這說(shuō)明土壤和地形之間有密切的相關(guān)關(guān)系。②研究區(qū)的15個(gè)土類與平原地形均相關(guān)，丘陵地形有13個(gè)相關(guān)系數(shù)，山地有12個(gè)相關(guān)系數(shù)，盆地有10個(gè)相關(guān)系數(shù)，這說(shuō)明河南省平原地形與土壤間的相關(guān)性最強(qiáng)且最穩(wěn)定。③平原地形多樣性和潮土多樣性之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)（0.968）最高，平原地形和潮土的公共斑塊多，相互之間發(fā)生關(guān)系密切且復(fù)雜多樣；而盆地多樣性和石質(zhì)土空間分布多樣性間的關(guān)聯(lián)系數(shù)（0.204）最低，說(shuō)明二者之間公共斑塊較少，相關(guān)性弱；盆地地形和紫色土之間僅有一塊公共圖斑，關(guān)聯(lián)系數(shù)為0。

2.2 地形構(gòu)成組分多樣性和地表水體多樣性特征

根據(jù)生態(tài)環(huán)境條件、社會(huì)發(fā)展及土地利用的區(qū)域差異性將河南省劃分為6個(gè)面積相近的次級(jí)區(qū)域（圖2）。其中，豫東包括開(kāi)封市、周口市和商丘市；豫中包括鄭州市、許昌市、平頂山市和漯河市；豫西包括洛陽(yáng)市和三門(mén)峽市；豫西南是南陽(yáng)市；豫東南包括駐馬店市和信陽(yáng)市。

表2 研究區(qū)不同地形與土類空間分布多樣性的關(guān)聯(lián)性Table 2 Correlation coefficient of terrain with soil group diversity in the studied area relative to type of the terrain

圖2 6個(gè)次級(jí)分區(qū)下的地形和地表水體分布Fig. 2 Distribution of terrains and surface water body in the six regions

圖2a為6個(gè)次級(jí)研究區(qū)與地形分類疊置圖，反映不同分區(qū)內(nèi)地形類型在空間上的分布情況，圖2b 為6個(gè)次級(jí)研究區(qū)與地表水體疊置圖，反映不同分區(qū)內(nèi)地表水體在空間上的分布情況。其中，北部、東部、東南部和中部區(qū)域地形以平原為主，水系發(fā)達(dá)分叉較多，且東部和東南部的水系發(fā)育在省內(nèi)屬于最高密集型；西部區(qū)域主要以山地為主，水系發(fā)育單一分叉少；西南部以南陽(yáng)盆地和丘陵地區(qū)為主，主要水系發(fā)育自盆地周邊丘陵區(qū)經(jīng)由盆地匯集流向丹江口水庫(kù)。

在1 km×1 km網(wǎng)格尺度下對(duì)6個(gè)次級(jí)區(qū)域的地形構(gòu)成組分多樣性（式（2））和地表水體空間分布多樣性（式（1））進(jìn)行計(jì)算，由結(jié)果（表3）可知：①就地形構(gòu)成組分多樣性：6個(gè)分區(qū)內(nèi)西南部的地形構(gòu)成組分多樣性值（0.926）最高，說(shuō)明該分區(qū)地形類別在數(shù)量構(gòu)成上的均勻程度最高。東部區(qū)域平原地形占絕對(duì)支配地位，構(gòu)成組分多樣性值為0；就各個(gè)分區(qū)地形類別而言，西南部以盆地為主，北部、中部、東南部和東部以平原為主，西部以山地為主；地形構(gòu)成組分多樣性與地形類別數(shù)目之間呈線性關(guān)系（y=3.106x+1.731），決定系數(shù)R2為0.616。②就地表水體空間分布多樣性：東南部MSHDLI值最大，同時(shí)線狀水體的長(zhǎng)度也最大，西部MSHDLI值最小，同時(shí)線狀水體的長(zhǎng)度值也最小。說(shuō)明MSHDLI值的變化趨勢(shì)與線狀水體長(zhǎng)度的變化趨勢(shì)一致，對(duì)二者進(jìn)行線性函數(shù)擬合發(fā)現(xiàn)存在正相關(guān)關(guān)系（y=14279x-87.7），決定系數(shù)R2為0.788。此外，6個(gè)分區(qū)MSHDLI值由大到小依次為東南部（0.708）＞東部（0.706）＞西南部（0.702）＞中部（0.700）、北部（0.700）＞西部（0.668）。③就MSHDLI值與地形豐富度：東部、東南部區(qū)域以平原地形為主，MSHDLI值高，水系發(fā)育好；西部地形復(fù)雜，但以山地為主，MSHDLI值最小，水系發(fā)育較簡(jiǎn)單。④對(duì)地形構(gòu)成組分多樣性與地表水體多樣性進(jìn)行線性函數(shù)擬合，R2為0.062，即二者極弱相關(guān)，無(wú)顯著的線性關(guān)系。

表3 不同分區(qū)下地形和地表水體空間分布多樣性Table 3 Terrain and surface water body diversity of different sub-areas

2.3 土壤構(gòu)成組分多樣性特征及其與地表水體多樣性的關(guān)系

表4、圖3可見(jiàn)，不同次級(jí)分區(qū)土壤構(gòu)成組分多樣性空間分布格局特征：①東南部、東部區(qū)域均是以平原為主，土壤豐富度指數(shù)相近，分別為10和9，但呈現(xiàn)出明顯不同：東部區(qū)域以潮土為主，占總面積的87.89%，其他土類分布比例很?。▓D3b），土壤構(gòu)成組分多樣性水平最低，只有0.195；東南部以黃褐土、水稻和砂姜黑土為主，面積百分比分別為28.14%、24.79%和20.44%（圖3a），土壤構(gòu)成組分多樣性水平相對(duì)最高（0.706）。②中部和西部的土壤構(gòu)成組分多樣性居中但又有些微差別，二者土類豐富度相同，均為13，但由于西部山區(qū)以褐土為主，占總面積的50.44%（圖3d），其他土壤類型比例較小，而中部以褐土和潮土兩種土類為主，占總面積的41.15%和24.41%（圖3c），較西部略顯均勻，表現(xiàn)在中部和西部的土壤構(gòu)成組分多樣性分別為0.640、0.586。③對(duì)每個(gè)分區(qū)土類面積比例變化量的平均值進(jìn)行計(jì)算，并與土類構(gòu)成組分多樣性進(jìn)行擬合分析可知二者之間有顯著的線性相關(guān)關(guān)系，擬合函數(shù)為y=-14.32x+13.13，R2=0.94。

表4 不同分區(qū)土類構(gòu)成組分多樣性Table 4 Soil constituent diversity in different regions

圖3 不同分區(qū)各個(gè)土類的面積百分比Fig. 3 Percentage of each soil group in area relative to region

綜上所述，研究區(qū)面積相近的情況下，土類構(gòu)成組分多樣性值的大小受土類豐富度、分區(qū)內(nèi)各土類面積之間的變化量及各土類總面積的影響，且主要取決于不同土類間面積大小的均衡程度。土類構(gòu)成組分多樣性與土類面積比例平均變化量之間存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

將土類構(gòu)成組分多樣性與地表水體多樣性進(jìn)行線性擬合函數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，決定系數(shù)R2為0.027，二者之間并沒(méi)有明顯的線性關(guān)系。這與2.2部分關(guān)于地形構(gòu)成組分多樣性與地表水體多樣性之間線性關(guān)系的推論一致，即面狀土壤或地形構(gòu)成組分多樣性指數(shù)和線狀地表水體多樣性指數(shù)之間并沒(méi)有顯著的線性相關(guān)關(guān)系。

此外，地形豐富度與土壤構(gòu)成組分多樣性之間有顯著的正相關(guān)關(guān)系，線性擬合函數(shù)為y=0.158x+0.028，R2=0.909。

3 結(jié) 論

除了個(gè)別無(wú)公共斑塊的情況外，河南省土壤與地形多樣性間相關(guān)性強(qiáng)，76%以上的相關(guān)系數(shù)大于0.50。地形構(gòu)成組分多樣性與地表水體空間分布多樣性發(fā)生關(guān)系清楚，東部分區(qū)平原地形單一但水系發(fā)育程度高，而以山地為主的西部分區(qū)地形復(fù)雜但水系發(fā)育簡(jiǎn)單。研究區(qū)面積相近的情況下，土類構(gòu)成組分多樣性高低主要取決于不同土類間面積大小的均衡程度，二者呈負(fù)線性相關(guān)關(guān)系，且土類構(gòu)成組分多樣性與地形豐富度之間呈顯著的正線性相關(guān)關(guān)系?？傊?，地形、土壤和地表水體三要素多樣性格局關(guān)系密切，唯面狀的地形、土壤構(gòu)成組分多樣性指數(shù)與線狀的地表水體多樣性指數(shù)間沒(méi)有顯著的線性相關(guān)性。

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Characteristics of the Diversity of Terrain，Soil and Surface Water Body of Henan Province in Pattern

REN Yuanyuan ZHANG Xuelei?
（School of Hydraulic and Environmental Engineering，Zhengzhou University，Institute of Natural Resources and Eco-environment，Zhengzhou 450001，China）

【Objective】In studies on diversity of soil-water resources，terrain factors have great influences on their spatial distribution and internal relationships. Henan Province is selected as a case for study. Through processing the DEM data of the region，a terrain classification map and a surface water distribution map of the province were acquired. First of all，the modified Shannon entropy formula on a 1 km×1 km grid scale was used to work out terrain spatial distribution diversity and soil spatial distribution diversity（soil group level）and correlation analysis of the two was performed. Then Henan Province was divided into six regions similar in area by ecological environment，social development and land use，and terrain constituent diversity and soil constituent diversity of the regions were worked out with the spatial distribution area index（Yh），while surface water body diversity was with the spatial distribution length index （MSHDLI）. In the end characteristics of and correlations between terrain composition，soil composition and surface water body diversity were analyzed.【Method】First，the 3D spatial analysis，raster surface analysis and contour analysis tools of ArcGIS were used to process the DEM data of Henan Province were processed to extract terrain classification maps by referring to the five basic terrain sorting standard，and the hydrological analysis module was used to plot a river network map or a surface water body distribution map of the province with threshold vactor being 50000.Then soil constituent diversity，terrain constituent diversity，and soil and terrain spatial distribution discreteness were analyzed with the modified Shannon diversity area index （MSHDAI）method，and surface water body diversity was with the modified Shannon diversity length index （MSHDLI）method. In the end，to determine correlation between terrain diversity and pedodiversity（soil group level），correlation coefficient between the two was worked out by calculating spatial distribution diversity of terrain types and common patches of soil types and fitting them into relevant equations. In six different partitions of similar sub-areas，characteristics of and correlation between terrain constituent diversity and surface water body diversity，soil constituent diversity and surface water body diversity，terrain richness and soil constituent diversity were analyzed with the Pearson product moment correlation coefficient of the IBM SPSS software.【Result】Results show that in Henan Province，plain is the type of terrain the biggest in area and the highest in spatial diversity distribution discreteness（0.959），and fluvo-aquic soil is the type of soil，the highest in diversity（0.908）and the biggest in area，and followed by cinnamon soil in the next and alkali soil and solonchak in the last being the types of soil，the lowest in spatial distribution discreteness. Terrain and soil are closely related with high correlation，of which the coefficient r is higher than 50%，being over 76%. In all the six regions，terrain constituent diversity is found in linear relationship with the number of terrain types，with determination coefficient R2being 0.616，and moreover，the MSHDLI index of surface water body diversity is in positive relationship with length of the surface water body，with determination coefficient R2being 0.788. The region in the east of the province is composed of solely plain and comes the second in MSHDLI value，which means the water system is well developed in the region，while the region in the west of the province is rather complicated in terrain and dominated with mountains and hence thelowest in MSHDLI value is the lowest，which demonstrates that the water system in the region is developed very simply because of mountains. In the case that the six regions are similar in area，the value of soil group composition diversity depends mainly on evenness of the distribution of different types of soil in area，and the two are negatively related，with determination coefficient R2being 0.94，while terrain type richness is significantly and positively related to soil group constituent diversity，with the determination coefficient R2being 0.909 and fitting function being linear one. But in different regions，areal terrain constituent diversity，soil constituent diversity index and linear surface water body diversity index do not have any significant correlationship between them.【Conclusion】To sum up，terrain，soil and surface water body are the three main elements closely related to each other，affecting each other and jointly determining spatial distribution of geodiversity of a region.

Henan Province；Terrain；Pedodiversity；Surface water body；Characteristics

S151；K928.4

A

（責(zé)任編輯：檀滿枝）

* 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41571208）資助 Supported by the National Natural Science Foundation of China（No.41571208）

? 通訊作者 Corresponding author，E-mail：zxlzzu@zzu.edu.cn

任圓圓（1987—），女，河南襄城人，博士研究生，主要從事水土資源多樣性的研究。E-mail：ayuan6710@163.com

2016-06-21；

2016-11-03；優(yōu)先數(shù)字出版日期（www.cnki.net）：2016-12-23

10.11766/trxb201606210300