高寒草甸典型小流域雨后土壤水分空间变异特征

利用地统计学的Kriging空间内插法研究寒区典型小流域雨后土壤水分空间变异及分布情况;分析了0～50 cm土壤层的平均土壤水分与剖面土壤水分的空间分布特征。结果表明：0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm和40～50 cm五层土壤水分和流域平均土壤水分最佳拟合模型为球状模型;在小流域尺度范围内,五层土壤水分具有中等空间变异性,其块金系数为43.7%、58.9%、53.0%、71.6%和68.1%,流域平均土壤水分的块金系数为38.4%,0～10 cm1、0～20 cm、20～30cm三层土壤水分相关度明显小于30～40 cm和40～50 cm两土层土壤水分,说明表层土壤水分受降雨因素干扰明显,而深层土壤含水量相关性比较稳定。通过分析,得出雨后流域土壤水分空间分布主要受水分入渗、地形、植被覆盖、海拔等因素的影响。利用半方差函数分析得出流域土壤水分的有效变程在938～1469 m之间,40～50 cm土层土壤水分变程最大,为1469 m;10～20 cm土层土壤水分变程最小为938 m。通过确定半方差函数、比较变量的空间变异性及空间变异程度,得出在小流域内土壤水分半方差函数模型总体上拟合效果较好。     

温室土壤含水率与导热率空间分布及相关性

为探究土壤含水率与导热率的空间分布特征和相关性,选取温室中8 m×8 m供试地块,以1 m×1 m网格间距布设采样点,测定0～40 cm土壤含水率,并同步获取0～20 cm土层的导热率。基于经典统计学、地统计学、回归分析和谱分析等理论,对土壤含水率与导热率的空间分布特征和相关性进行研究。结果表明,土壤含水率在0～40 cm土层呈现先升高后降低的趋势,且在20～30 cm土层均值最大。10～20 cm土层土壤导热率比0～10 cm土层高15.60%。各深度土层中土壤含水率及导热率存在着较强的空间相关性（块金系数<0.192）,而试验中随机因素引起的空间变异程度较低（块金值<0.540）,最小变程大于采样间距,说明网格布设满足空间分析要求。在供水均匀条件下,不同深度土层的蒸发强度与邻域地块的土壤水分含量亦会影响含水率空间分布。在含水率范围为17%～28%时,0～20 cm土层土壤含水率与导热率呈线性正相关（R2=0.837）,谱分析结果显示导热率在含水率序列上呈现长程负相关。     

基于PCA-SVR的冬小麦土壤水分预测

土壤含水量状况是影响农作物生长的重要因素,对农作物生长关键期土壤水分的精准预测是田间管理的重要内容。研究选取宝鸡市2014年至2016年冬小麦种植区3—5月的气象、地形和土壤属性3个方面共15个预测因子,建立基于主成分分析(principal component analysis,PCA)的支持向量回归机(support vector regression,SVR)模型预测0~20 cm和20~40 cm土层的土壤水分,并同时采用随机森林(random forest,RF)回归模型对同质数据进行预测分析,以对比分析PCA-SVR模型的预测效果。结果表明:PCA-SVR模型对宝鸡市冬小麦土壤水分的预测在0~20 cm和20~40 cm土层的平均预测精度分别为92.899%和92.656%,RMSE分别为7.521和8.011;随机森林回归预测模型在0~20 cm和20~40 cm土层的平均预测精度为87.632%和87.842%,RMSE分别为10.759和11.042。因此,PCA-SVR模型对宝鸡市冬小麦土壤水分具有更好的预测能力,且模型在0~20 cm土层的预测效果略优于20~40 cm土层。     

渭北旱塬苹果基地土壤水分空间变异性研究

用地统计学的理论和方法, 分析了渭北旱塬区3种主要土地利用类型农地、苹果地和苜蓿地3个土层深度(0～20、60～80、280～300 cm)的土壤水分空间变化趋势.变异函数分析结果表明,3种土地利用类型的土壤水分具有明显的空间变异特性.在0～20 cm土层,空间变异性尺度为9～16 m,60～80 cm土层为5～12 m,280～300 cm土层为5～10 m,空间变异性程度随尺度变化.自相关尺度为1～17 m,自相关部分的空间变异性在0～20、60～80和280～300 cm分别占总空间变异性的89.95%～94.15%、83.75%～97.64%和85.16%～93.85%,明显大于随机部分的空间变异性.从苜蓿地、苹果地到农地,空间自相关的尺度逐渐增大.各向异性分析表明,农地和苜蓿地在表层(0～20 cm)具有明显的各向异性,而苹果地的土壤水分含量接近各向同性.     

晋西黄土区土壤水分时空异质性分析

选择山西吉县蔡家川流域典型坡面,应用同一尺度(20 m×20 m)取样方法机械布设土壤水分监测点(313个),用TDR水分测定仪测定土壤水分(测定时间:2005年,分两个季节:4月和8月;土壤剖面分两个层次:0~30cm和30~60 cm),基于kriging插值的方法生成了研究区土壤水分空间分布图,并结合观测季土壤水分的时空分布状况,研究土壤水分在空间和时间上分布的随机性和结构性特征。研究结果表明:4月份0~30 cm土层土壤平均含水量低于30~60 cm土层,土壤水分变异系数高于30~60 cm土层,而8月份0~30 cm土层土壤平均含水量明显高于30~60 cm土层,土壤水分变异系数高于30~60 cm土层;4月、8月表层土壤水分含量基本相当,而底层土壤水分含量8月明显低于4月;8月土壤水分的空间异质性程度小于4月;4月份0~30 cm3、0~60 cm土壤水分含量多集中于10~15%之间,而8月份0~30 cm土多集中于10~15%之间,而30~60 cm土壤水分均低于10%,生长初期土壤水分能支持植物生长的需要,而生长旺季植被的耗水明显增强,从土壤中吸收的水分明显增加。     

西北旱区压砂地土壤水分的时空分布特征

以西北旱区有着300多年历史的压砂地为研究对象,利用平均相对偏差、统计回归等方法研究土壤水分的时空稳定性特征。结果表明,表层土壤水分变异性最强,随着土层深度的增大,变异性减弱。0～10 cm土壤水分高低值区差异较明显,图形破碎化程度较大,随着土层深度的增大,土壤水分等值线由密变疏,逐渐趋于平滑,图形的破碎化程度相对减弱,斑块的空间连续性增强。土壤水分在干旱条件下斑块的空间破碎化程度高于湿润条件下,时间稳定性随土层厚度的增加而增强,平均相对偏差及标准差变化范围较小,可以选择代表性测点代表0～10、＞10～20、＞20～30、＞30～50 cm土壤水分平均值的估计值。利用2013年数据建立的统计回归模型对2014年不同土层代表性测点土壤水分进行预测,预测精度较高（相对误差最大为15.42%）,表明代表性测点可表征整个研究区土壤水分的均值。以期为该区域合理布设土壤水分监测点和墒情的准确预测提供理论依据。     

渭北旱塬苹果基地土壤水分空间变异性研究

用地统计学的理论和方法， 分析了渭北旱塬区3种主要土地利用类型农地、苹果地和苜蓿地3个土层深度(0～20、60～80、280～300 cm)的土壤水分空间变化趋势。变异函数分析结果表明，3种土地利用类型的土壤水分具有明显的空间变异特性。在0～20 cm土层，空间变异性尺度为9～16 m，60～80 cm土层为5～12 m，280～300 cm土层为5～10 m，空间变异性程度随尺度变化。自相关尺度为1～17 m，自相关部分的空间变异性在0～20、60～80和280～300 cm分别占总空间变异性的89.95%～94.15%、83.75%～97.64%和85.16%～93.85%，明显大于随机部分的空间变异性。从苜蓿地、苹果地到农地，空间自相关的尺度逐渐增大。各向异性分析表明，农地和苜蓿地在表层(0～20 cm)具有明显的各向异性，而苹果地的土壤水分含量接近各向同性。     

膜下滴灌玉米番茄间作农田土壤水分分布特征模拟

间作种植和覆膜滴灌是实现高产和节水的重要技术,已被广泛应用,而掌握覆膜滴灌条件下间作种植农田土壤水分分布特征对于提高水分利用效率以及增产增收都具有重要意义。该文通过2a田间试验设置高(T1)、中(T2)、低(T3)3个灌水定额处理,并通过HYDRUS2D模型模拟了间作滴灌农田不同位置土壤水分的差异性、水平水量交换以及土壤水分二维分布特征。结果表明:基于HYDRUS2D构建的间作种植滴灌农田土壤水分模型精度较高,平均相对误差为5.72%～8.14%,决定系数在0.85～0.90,均方根误差在0.017～0.023 cm~3/cm~3。对于3个灌水处理皆表现为0～40 cm土层含水率出现差异,且在0～20 cm土层含水率差异显著,2014年番茄侧和玉米侧土壤含水率在3个灌水处理下的平均土壤含水率分别较裸地高20.17%和17.83%,2015年为16.02%和12.99%。间作滴灌农田土壤水平水量交换强烈,生育期水流主要由作物侧流入裸地侧,其中对于3个灌水处理在番茄侧0～40 cm土层净流入裸地的平均水量是玉米侧的1.3倍,约为60mm/a,并且0～40cm土层由作物侧流入裸地的水量是40～100cm土层的2.5倍。二维土壤水分分布显示,滴灌湿润体与作物根系分布匹配性较好,灌水后1d湿润饱和区主要集中在0～30cm土层,其中T1、T2、T3处理的饱和区面积分别为559.14,288.61和109.78 cm~2。灌水2 d后,低灌水处理(T3)存在较明显的水分亏缺,缺水区面积是充分灌溉(T1)的30倍。研究结果可为间作滴灌农田制定灌溉制度提供参考。     

蒸渗仪控制下烤烟土壤水分的时空动态研究

采用蒸渗仪试验,研究了不同水分处理下烤烟土壤水分时空动态变化。结果表明,全生育期0～20cm土层水分含量变化最为活跃,20～40cm土层次之,40～60cm土层较为稳定;建立了不同土层土壤含水量随时间变化的数学模型,以此来推测烤烟土壤水分随时间的变化动态;烤烟伸根、旺长、成熟期的计划湿润层深度分别以20～30cm,50～60cm,30～40cm较佳;各时期适宜土壤相对含水量水分处理组合以60%-80%-70%或60%-80%-60%优于其它组合。     

基于时间稳定性和降维因子分析的土壤水分监测优化

以南京市高淳区青山茶场中相邻的茶园和竹林坡地为研究区,对研究区土壤水分进行长期定点监测。基于土壤水分时间稳定性,结合因子分析选取典型样点组合,采用多元线性回归模型构建各监测点土壤水与典型样点间的数量关系。通过典型样点预测各监测点土壤水分,并检验预测结果,以期通过少数样点的监测来反映研究区的整体概况,优化研究区土壤水分监测。结果表明:在茶园仅监测7个点时,验证期RMSE小于1.5 cm3/cm3;竹林仅监测5个样点时,验证期RMSE小于1.7 cm3/cm3,模型能很好地预测研究区各样点土壤水分,为优化土壤水监测、减少野外工作量提供了理论依据。不同土地利用方式、不同深度处土壤水分分布特征存在显著差异;竹林土壤水分具有较强的时间稳定性,土壤水分的空间自相关性较茶园强;30 cm深处比10 cm深处土壤水分具有更稳定的空间分布结构。     

吉林省德惠市土壤速效钾的空间分异及不同插值方法的比较

基于地统计学和地理信息系统,采用区变量的半变异理论定量研究了土壤速效钾的空间变异特征,分析比较了不同空间插值方法的插值精度,并利用最优Kriging法插值生成了研究区土壤速效钾的分布格局图。结果表明:研究区土壤速效钾具有中等强度的空间自相关,步长为108.5km;块金效应显著,C0/sill值为0.43。所有插值方法中,球面多项式插值的RMSE最大,平常克吕格的指数模型插值精度最高。IDW虽然也常常被用来进行土壤属性特征的插值分析,但它只与距离有关,对于区域性的较大差异或存在多因子影响时,Kriging方法有其明显的优势;土壤速效钾的分布以中部饮马河为线,东西差异较大,总体自东北向西南呈有规律地逐渐增大的趋势。     

聊城市面向土地利用现状的GIS空间数据库建设构想

土地利用数据具有空间特性,利用地理信息系统技术与空间数据库管理技术实现土地数据的科学高效管理是必然的发展趋势。文章阐述了数据收集与采集规范的制定、数据预处理、数据采集、数据处理、数据库建立的建库技术流程,空间数据质量控制,空间数据的组织管理及数据库的功能实现。     

绿洲土壤表层含盐量空间变异分析的插值方法研究

为了比较土壤表层含盐量空间变异性研究的各种空间插值方法的优劣,以渭库绿洲为例,运用基于ArcGIS的4种空间插值方法（反距离加权、样条函数、克里格、协同克里格空间插值方法）,分析了土壤表层含盐量的空间变异性。并通过分析各个交叉检验统计量来验证评估数据的误差,从而选取最优的空间插值方法。结果表明:4种插值方法的插值结果基本能反映含盐量的空间分布特征,简单克里格法更适合绿洲表层土壤含盐量的空间插值;通过空间插值可以发现表层土壤含盐量呈现出东南高、西北低的态势。对渭库绿洲土壤盐分空间分布特征及空间变异进行了解,有利于土壤盐渍化的快速诊断,是盐渍化土壤治理和改良的重要基础。     

上海市规模经营农场的土壤养分与水稻产量空间变异特征

运用经典统计和地统计学结合的研究方法，探讨了规模化经营农场田块内的作物产量及土壤有效养分含量等空间变异特征。结果表明，土壤pH有较小变异和较强的空间结构性。作物产量变异较小而且是随机因素引起的没有明显空间结构性，和土壤养分含量及pH值等属性也没有明显的相关。有效磷、有效硫也表现为纯块金效应，全部变异由随机因素引起。其它观测项目均有不同程度的空间自相关，有效养分含量之间也有较为显著的相关性。     

可控变杆长空间机构在农机部件工作轨迹上的设计与应用

根据实际需要给定的空间轨迹，设计某种空间连杆机构，使得该空间机构连杆上定点的运动轨迹逼近所给定的空间轨迹。该文采用了可控变杆长空间连杆机构来实现已知运动轨迹，该运动轨迹可应用到机械手拔秧插秧、果实采摘、枝苗嫁接等农业机械设计中，为实现空间复杂运动轨迹设计提供了理论研究基础，该方法可应用于机器人、机械手的轨迹规划。     

对比景观土壤性质普通克里格法和回归克里格法的比较研究

The accuracy between ordinary kriging and regression kriging was compared based on the combined consideration of sample size, spatial structure, and auxiliary variables (terrain indices and electromagnetic induction surveys) for a variety of soil properties in two contrasting landscapes (agricultural vs. forested). When spatial structure could not be well captured by point-based observations (e. g., when the ratio of sample spacing over correlation range was > 0.5), or when a strong relationship existed between target soil properties and auxiliary variables (e. g., their R² was > 0.6), regression kriging (RK) was more accurate for interpolating soil properties in both landscapes studied. Otherwise, ordinary kriging (OK) was better. Soil depth and wetness condition did not appear to affect the selection of kriging for soil moisture interpolation, because they did not significantly change the ratio of sample spacing over correlation range and the relationship with the auxiliary variables. Because of a smaller ratio of elevation change over total study area (E/A = 1.2) and multiple parent materials in the agricultural land, OK was generally more accurate in that landscape. In contrast, a larger E/A ratio of 6.8 and a single parent material led to RK being preferable in the steep-sloped forested catchment. The results from this study can be useful for selecting kriging for various soil properties and landscapes.     

云南省呈贡县蔬菜地表层土壤Pb Cu和Zn的小尺度空间分布特征

应用地统计学对云南省呈贡县蔬菜生产基地2个典型区域（湖滨区和平坝区）3种微量元素（Pb、Cu和Zn）含量和土壤理化参数（CEC、〈0.01 mm粘粒和有机质含量）进行了空间结构分析。结果表明：（1）Pb、Cu和Zn含量在湖滨区低于平坝区, 湖滨区Pb含量的变异系数较大, 达到88.7%;（2）Pb、Cu和Zn含量在不同方向上呈带状各向异性,方向都为WS-NE和SE-NW;（3）Pb、Cu和Zn含量表现出强烈的空间变异,空间相关度介于25%和75%之间。在湖滨区Pb的变异强度高,Cu和Zn在平坝区的变异强度大于湖滨区;（4）CEC在湖滨区受到随机因素引起的变异强度大于平坝区,而粘粒含量和有机质含量的空间相关度均介于25%和75%之间。Pb、Cu和Zn含量与CEC之间呈显著的负相关性;（5）5个相邻的温室大棚湖滨区Pb含量高度变异,Cu和Zn的变异系数小。平坝区各指标的变异系数接近。呈贡县蔬菜生产基地表层土壤Pb、Cu和Zn含量在小于1 km^2的尺度上表现出明显的空间变异性,空间变异与土壤结构、灌溉、耕作活动、管理水平、施肥水平、大棚蔬菜生产年限、地下水位、农田道路网络和城市排污沟渠的分布等有关。     

基于GIS的降雨侵蚀力计算器实现研究

降雨侵蚀力是土壤流失模型的一个基本因子,在收集和处理降雨数据时耗时耗力,且以文本格式保存的降雨数据存在诸多缺失问题。为此,将逐日、半月、累月及累年降雨侵蚀力计算模型与组件式GIS平台ArcGIS Engine及.NET平台结合,开发一种降雨侵蚀力因子计算器,并利用多种空间插值方法对数据进行不同的空间插值。结果表明:该计算器可快速、有效地的管理数据;对计算的降雨侵蚀力数据,使用插值方法可获得栅格数据,且能进一步进行单一或批量掩膜、重采样;同时也可对降雨侵蚀力因子进行统计分析、专题图制作等。为结果的可视化及保存提供应用基础。     

山地丘陵地区乡村聚落的空间分布特征

通过景观指数分析、空间自相关性分析、空间分析,以桃源县为例,对山地丘陵地区乡村聚落的空间分布特征进行研究。结果表明:桃源县乡村聚落密度及其用地规模的空间分异特征显著,聚落总体形状较为简单,其中沅水、白洋河、延溪流域的乡村聚落形状相对较为复杂,规则性不强。桃源县各乡村聚落之间距离的空间分布格局特征并不明显,聚落之间的联系紧密,且水域对聚落空间分布的影响程度较强,最邻近道路距离的空间分布格局特征并不明显。桃源县的乡村聚落规模、形态结构、聚落与水域邻近度的空间特征显著,其空间关系差异显著。     

基于土地景观格局的重庆市永川区生态风险评价

[目的]分析重庆市永川区土地景观格局变化下的生态风险水平和时空变化规律,为该地区的土地结构优化和生态空间规划提供科学依据和理论基础。[方法]以行政村为评价单元,利用拐点识别法确定适宜空间粒度,然后借助景观格局指数构建生态风险指数,同时运用空间自相关和冷热点分析永川区土地景观生态风险的时空变化。[结果]①永川区景观格局的适宜空间粒度为60 m。②研究期间,永川区生态安全状况趋于好转,低等级风险区以茶山竹海街道为中心向东南、西南延伸,高等级风险区以五间镇、宝峰镇等为中心向外扩张。③生态风险全局Moran’s I值分别为0.447 2,0.444 6,0.372 2,呈正相关性,局部高高聚集区和热点区皆以团聚状分布于永川西北、西南和南部地区并有所扩张,低低聚集区和冷点区均以带状分布于茶山竹海街道等地并向东南延伸。[结论]虽然永川区生态安全状况趋于好转,但城周与区界附近乡镇生态风险波动较大,应成为未来生态治理的重点区域。