地球关键带是指从地下水底部向上延伸至植被冠层顶部的连续体域，被誉为“地球的皮肤”。关键带包含了岩石圈、水圈、土壤圈、生物圈和大气圈等五大圈层及彼此间复杂的相互作用，对于维持地球陆地生态系统运转和人类生存发展至关重要。土壤容重（BD）是地球关键带的一个基本土壤物理参数，很大程度上决定土壤的入渗、产流和抗侵蚀能力，同时可作为评估土壤质量、生产力、涨缩、根系生长、土壤水分运动的重要指标，也可用于估算关键带土壤碳或其他营养物质储量。

　　BD在土壤颗粒组成、养分含量等“内因”和海拔、植被等“外因”的作用下在空间上表现出明显异质性。以往评估环境变量对BD的影响多采用全局性回归方法（模型），其假设环境变量对BD产生的作用在整个研究区内是均一同质的。这种假设忽视了地理位置对自变量和因变量间关系的影响，在具有强异质性的自然地理环境中很难实现；同时，很多探索环境变量对BD作用及其方向的研究得到了互相矛盾的结论。因此，环境变量对BD的作用在空间上是均一的还是存在变化的？如果变化，这种变化在空间上是如何表现的？这仍然是一个有待解决的科学问题。

　　中国科学院地球环境研究所王云强研究员团队依托陕西黄土高原地球关键带国家野外科学观测研究站，以洛川双岔沟小流域为研究对象，利用地理加权回归模型结合高密度表层（0-5 cm）BD数据（n=1134）构建局部回归方程，通过与传统全局性分析方法（模型）进行对比，评估多个环境变量在不同地理位置上对BD作用的大小、方向和显著性，明确表层BD的主要驱动因素及其重要性排序。结果表明：地理加权回归模型对BD变化的解释程度优于逐步线性回归模型和随机森林模型；表层BD的变化主要取决于土壤有机碳含量、NDVI（归一化植被指数）、平面曲率和坡长；地理加权回归计算所得的局部R²（拟合优度）以及局部回归系数的大小、显著性和符号的分布表明，环境变量对BD的作用在空间上是变化而非均质的，具有“空间非平稳性”；BD与粘粒含量、NDVI和平面曲率在研究区内既存在显著负相关关系，也存在显著正相关关系。

　　该成果近期发表在国际期刊European Journal of Soil Science上，博士研究生刘少震为第一作者，王云强研究员为通讯作者。研究工作得到中国科学院先导B类项目、国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会项目等联合资助。

　　Shaozhen Liu, Yunqiang Wang*, Zixuan Zhou, Pingping Zhang, Yali Zhao, Lan Xu, Lijun Qi, Hui Sun, Jingxiong Zhou, Zhisheng An. (2022). Spatial non-stationary effects of explanatory variables on soil bulk density in the critical zone of the Chinese Loess Plateau. European Journal of Soil Science, 73, e13242.

　　文章链接：https://doi.org/10.1111/ejss.13247

　　图 1 双岔沟流域地形及采样点的空间分布

　　图 2 地理加权回归对BD的全局性拟合效果及局部R²分布

　　图 3 各环境变量地理加权回归系数范围及其重要性排序

　　图 4 各环境变量地理加权回归系数及其显著性的空间分布