南疆果园滴灌条件下土壤盐分的空间异质性分析——以农十四师224团典型地块为例

土壤盐渍化是制约干旱半干旱地区农业生产的主要障碍因子之一,在新疆,尤其是南疆,盐渍化更为严重。系统认识和掌握盐渍土的空间变异特征对于治理改良盐渍土和土壤盐渍动态变化研究具有重要意义。基于区域变量理论,在GIS和地统计学技术支持下,通过地统计学的半变异函数和Kriging空间插值,以南疆和田地区农十四师224团为研究区,定量分析了试验区内不同层次土壤盐分的空间变异特征。结果表明:140~180 cm土层土壤盐分含量半方差函数的理论分布模型属于指数模型,其它各层属于球状模型;各土层含盐量在一定的区域范围内具有空间结构特征,都呈中等强度空间自相关性;由kriging插值可知,各土层含盐量的空间分布主要表现为条带状伴有斑块状分布。总体来说,试验区土壤盐渍化与次生盐渍化的防治是近期农业管理中所必须考虑的重要因素。     

基于聚类分析的土壤盐渍剖面特征及其空间分布研究

通过对黄河三角洲地区典型地块土壤盐渍剖面的聚类分析,研究并总结该地区不同盐分剖面类型土壤含盐量在水平方向以及垂直方向的分布特征和规律,运用该规律对各盐渍剖面类型的空间分布进行了探讨。结果表明:研究区土壤盐分剖面可以明显分为表聚型、底聚型和平均型3类,按照垂直分布特征可将0～180cm土体划分为0～20cm、20～80cm、80～120cm和120～180cm四个层次;研究区土壤含盐量在垂直方向和水平方向上变异较强,总体上盐分分布具有一定的表聚性,且各土层含盐量的规律性可以作为判断土壤盐分剖面类型的依据;受结构性因素和随机性因素的共同影响,各土层含盐量均表现为中等的空间自相关性和相同的空间自相关变化尺度。Kriging插值与空间分析结果表明,微地形和气候条件是影响表层土壤盐分空间分布的主要因素,地下水性质主导深层土壤盐分的空间分布;表聚型盐分剖面是研究区最主要的剖面类型,其次分别为底聚型和均匀型;不同盐分剖面类型的空间分布反映了植被类型和土地利用方式的差异,人为农业措施是形成底聚型与平均型盐分剖面的最直接因素。该研究结果为黄河三角洲地区盐渍土地的分区、改良、管理以及合理利用提供了理论基础和实践依据。     

孔雀河流域农业灌区土壤盐分空间分布及变异特征

为查明孔雀河流域的土壤盐分空间分布及变异特征,进而为地区盐渍化土壤改良与利用提供科学依据。在该区25个点逐层采集土壤剖面样品,测试土壤盐分含量,利用地统计学基本原理与手段,获得区内土壤盐渍化的空间变异信息参数,绘制了区域土壤盐分含量空间分布图。研究表明:0~20 cm和20~60 cm属中度盐渍土,60~100 cm属轻度盐渍土;各土层盐分含量处于强变异性范围;块基值25%,具有强空间相关性,结构性因素对其空间变异的贡献较大;土壤盐分含量存在明显的空间分布规律,水平方向上由上游至下游含盐量先增后减,随距河流距离增加含盐量缓慢增大,垂直方向随深度增加含盐量逐渐减小。     

土壤盐分和含水量的空间变异性及其CoKriging估值——以黄河三角洲地区典型地块为例

以黄河三角洲地区典型地块为研究区，运用经典统计学和地统计学相结合的方法研究了不同深度土层盐分和含水量的空间变异特征。结果表明：研究区土壤盐分和含水量普遍较高，土壤表层积盐作用明显；各层土壤盐分均属于中等变异强度，土壤含水量除表层为中等变异强度外，其余各层为弱变异强度；受结构性因素和随机性因素的共同作用，各土层盐分和含水量均具有中等的空间相关性。对Kriging插值结果分析表明，研究区各土层盐分和含水量在一定的范围内均存在着空间上的相关性和变异性，表层土壤盐分和含水量的空间分布主要受微地形和气候条件的影响，地下水性质是主导深层土壤盐分及含水量空间分布的主要因素。分别采用表层土壤盐分及相应土层含水量对深层土壤盐分进行CoKriging估值，均能提高估值精度，采用表层土壤盐分对深层土壤盐分进行CoKriging估值的精度要明显高于采用土壤含水量，其估计方差减少百分数最大达到167．36％。     

基于EM38长江河口地区土壤盐渍化特征研究

运用电磁感应仪EM38,结合GIS技术和地统计方法对长江河口地区土壤含盐量的空间变异性进行研究,结果表明:EM38所测土壤表观电导率与土壤电导率(EG_(1:5))的相关系数均达到1%显著水平,其中以EM_h+EM_v为自变量的多元回归方程的拟合效果最好.盐分含量统计特征表明,土壤盐分含量变幅较大,且随着深度的增加变化幅度逐渐减小,各层土壤盐分含量均值介于0.713 6～0.813 7 g/kg之间,且随着深度的增加盐分含量均值逐渐增大,总体上盐分分布具有一定的底聚性;各土层含盐量均呈现中等变异强度.变异系数相差较大,在水平方向上含盐量的变异随深度的增加而逐步趋弱.盐分含量空间分布表明,各层土壤盐分含量由南向北、自东向西有逐渐降低的趋势,随着深度的增加土壤含盐量不断升高.盐化土面积百分比表明,该地区大部分为非盐化土,轻度盐化土和中度盐化土所占比例较小,但由于含盐母质和地下水矿化度两个主要因素的影响,土壤盐渍化的发生存在巨大的潜在性威胁,运用EM38测值解译所得土壤盐分含量真实地反映了研究区的土壤盐渍化状况,为该地区土壤盐渍化的改良及防范提供依据.     

垦殖与自然条件下黄河三角洲土壤盐分的时空演化特征研究

为探究人为垦殖与自然条件下黄河三角洲土壤盐分的时空演化特征,实现黄河三角洲后备土地资源的高效开发,保障生态和环境安全,利用空间变换推演时间演替,沿黄河入海方向,自利津县北宋镇至黄河三角洲保护区内黄河入海口布设采样带,研究当地典型作物(小麦、棉花、水稻)和自然条件下土壤盐分的时空演化特性,随机选取28个主采样区,采集140个样点,每个样点以20cm为1个土层,测定0—100cm土层土壤含盐量。研究表明:整个研究区域0—20cm土壤平均含盐量为3.58g/kg,显著高于60—100cm土层(p0.05),属于中度盐化土,空间表现为强变异性(CV=131%),随着土层深度的增加,不同土地利用类型间盐分空间变异减小;土壤盐分剖面的空间分布特征体现了人为垦殖和自然条件的协同影响,表聚型盐分剖面主要分布在采样带的近海端(1972年后冲积区域中此类剖面占83.3%),作物以低产棉田和自然植被为主,85.7%的自然植被和45.5%棉花为表聚型,平均型主要分布在采样带的中部及内陆区域,1855年之前及1855—1972年间的冲积区域中此类剖面各占40.0%,作物主要以水稻、小麦和滩涂为主;底聚型主要分布在采样带的内陆地区,1855年之前的区域中此类剖面占31.3%,主要以农作田为主,棉花、小麦、水稻均衡分布;人为垦殖管理、植被类型等随机因素是导致0—80cm土层土壤含盐量变异的主要原因,随着土层深度的增加,随机因素影响减弱,地形、地下水位等结构性因素影响增强;基于盐分的空间分布,绘制农作物布局区划图,可为黄河三角洲地区盐渍土资源合理开发利用提供参考。该研究揭示了垦殖与自然条件下土壤盐分时空演化特征,自滩涂至内陆,土壤盐分剖面由表聚型向底聚型过渡,人为垦殖在一定程度上可以降低土壤的盐渍化程度,但人为垦殖与土壤盐渍化之间互为因果、相互推进。     

黄河三角洲地区浅层地下水与耕层土壤积盐空间分异规律定量分析

为研究黄河三角洲地区地下水作用条件下耕层土壤的积盐规律，运用GIS和地统计学的原理与方法，结合地下水埋深的空间分布以及临界埋深的划分标准对研究区域进行分区，并从空间尺度对各分区地下水矿化度与耕层土壤积盐规律进行了定量分析。结果表明：地下水埋深、矿化度和耕层土壤盐分均属于中等变异强度，在东西方向和南北方向上均具有2阶的趋势效应；受结构性因素和随机性因素的共同作用，地下水埋深呈中等的空间自相关性，地下水矿化度与耕层土壤盐分呈弱空间自相关性；耕层土壤盐分与地下水矿化度的空间分布具有一定的相关性，与地下水埋深呈负相关性。对空间尺度上的地下水矿化度与耕层土壤盐分定量分析结果表明，耕层土壤积盐与地下水矿化度呈极显著的相关关系，而地下水埋深增加使其相关性减弱，采用分区研究法使地下水矿化度对耕层土壤积盐规律分析更加客观准确。该结果对研究黄河三角洲地区土壤盐渍化的发生机理以及预测与评估该地区土壤盐渍化的发生发展具有重要意义。     

黄淮海平原土壤盐分及其组成的空间变异特征研究

本文应用地统计学的方法,对黄淮海平原0～200cm各土层的含盐量及其盐分组成进行了半方差函数分析,结果表明:黄淮海平原土壤盐分具有明显的空间变异特征,该区盐分已集中分布在某些较大的区域.目前,盐渍土或盐渍化土壤比较分散的局面已经不再存在;根据土壤盐分的空间分布特征,可将影响盐分分布的因素划分为区域因素(稳定因素)和非区域因素(随机因素);同时,还可以判断这些因素的影响程度.对黄淮海平原土壤盐分组分的空间特征分析,可将盐分组成离子分为二大类,K+、Na+、Ca2+、Cl-和CO32-为非区域性盐分离子;SO42-、Mg2+和HCO3-为区域性盐分离子.     

海水倒灌农田土壤盐分空间变异特征

以海南省海口市三江农场为研究区域,采集并化验海水倒灌后土壤样品191份,利用地统计学方法和空间插值法对区域土壤盐分空间变异特征进行了研究。结果表明:14个土层中土壤盐分的均值最大的为0~5 cm土层,土壤盐分平均含量达到9.63 g/kg,最小的是20~40 cm土层,盐分平均含量仅为4.36 g/kg;24个土层中第一层(0~5 cm)土壤盐分含量属弱相关性,第四层(20~40 cm)土层属于剧烈空间自相关性;3各土层土壤盐分分布格局差异明显,含盐量1 g/kg的各土层均没有分布;含盐量1~3和3~5 g/kg两个级别随着土层深度的增加面积逐渐增大,9 g/kg的级别则面积逐渐减少。不同深度土壤层土壤盐分含量差异明显,空间变异特征各不相同,总体呈现土壤盐分表聚特征。     

新疆安集海灌区膜下滴灌棉田根系层土壤盐分多尺度空间分布特征

明晰土壤盐渍化空间分布特征是盐碱地改良的基础。与单一尺度相比,嵌套多尺度研究可更好地分析土壤盐分的空间变异结构特征,更精确地表达盐渍化程度的自相关随尺度的变化情况。采用传统统计学和地统计学相结合的方法,通过野外实地分层采集土样,分析了4km、500m和100m三个嵌套尺度条件下,新疆安集海灌区膜下滴灌棉田根系层土壤含盐量的空间分布规律及其变异特性。结果表明,灌区棉田各尺度根系层土壤含盐量整体水平较低(平均1.52～1.87 g·kg~(-1)),属中等变异,具有明显的连续变化和底聚特征。轻度盐化土和非盐化土在整个灌区占主导地位并主要分布于地表水矿化度较低、地势较高、排水相对通畅的灌区东南侧,盐渍化相对较重区域主要位于地下水埋深较浅的泉水溢出带,以及受平原水库和干渠渗漏影响的区域。受地形地貌等结构性因素与人为活动等随机性因素共同影响,土壤含盐量呈强空间自相关性:随尺度加大,地统计模型的块基比减小,相关距离增加,自相关性增强,结构性因素影响增强,随机因素影响减弱;反之随尺度减小,空间分布更加清晰明确,随机因素的影响则逐渐增强。对于盐渍化严重区域,有必要针对整个根系层采用嵌套方式在更小尺度上加密采样,以充分了解土壤盐分的空间分布规律与变异特性。     

黄河三角洲土壤盐分空间变异性与合理采样数研究

以黄河三角洲地区一块约520hm^2的田块为研究区，采用经典统计学和地统计学方法进行不同层次土壤盐分（0～20cm，20～60cm，60～100cm，100～140cm）的空间变异及其合理采样数量研究。结果表明：研究区土壤盐分普遍较高且表聚作用明显；各层土壤盐分均属于中等变异强度;受结构性因素和随机性因素的共同作用，各土层盐分均具有中等的空间相关性。对Kriging插值结果分析表明，土壤盐分的空间分布受微地形和气候条件的影响较大．且研究区各土层盐分分布存在着空间上的相似性。应用Cochran公式和分层采样方法对合理采样数量进行了分析，发现采用分层采样方法可以有效降低采样数量，且采用最适分配法可以获得最为理想的采样数量，该方法较比重分配法采样数降低幅度最大达35％左右。该研究为黄河三角洲地区盐渍土地的科学管理、改良以及利用提供一定的理论依据和技术参考。     

黄河三角洲盐碱地混交林土壤电导率的空间异质性

为了研究黄河三角洲盐碱地混交林土壤盐分在旱季和雨季的空间分布特征,以黄河三角洲新造的由11个树种组成的混交林为研究对象,利用经典统计学和地统计学相结合的方法,绘制上层（0 ～ 15 cm）和下层（15～30 cm）土壤电导率的随机性和结构性的半方差图以及空间分布图,研究春季和秋季不同深度土壤电导率的空间变异特征.结果表明：1）土壤电导率平均值在春季和秋季有显著差异,不论是上层还是下层,春季均大于秋季.春季上层和下层土壤电导率变化范围分别为1.12 ～5.18和0.83～3.72 mS/cm,变度分别为4.06和2.89 mS/cm.秋季上层和下层土壤电导率变化范围分别为0.85 ～2.91和0.62～3.05 mS/cm,变度分别为2.06和2.43 mS/cm.春季土壤电导率变异系数较大,而秋季则较小.2）春季混交林上层和下层土壤电导率均有强烈的自相关性,变程分别为13.47和12.72 m.秋季上层和下层土壤电导率变异函数的半方差图几乎为直线,变程分别为213和71m,超出了取样范围,表明在该取样尺度下没有自相关性.3）Kriging插值结果表明,混交林地春季土壤电导率斑块化程度高于秋季.     

黄河三角洲地区典型地块地下水特征的空间变异性研究

以黄河三角洲地区典型地块为研究区,运用经典统计学和地统计学相结合的方法研究了包括埋深和含盐量的地下水性质空间变异特征,绘制了各地下水特征的随机性和结构性的半方差图和空间分布图。结果表明:受不同尺度的结构性因素和随机性因素的共同作用,地下水埋深和含盐量均具有中等的变异强度和空间自相关性,地下水埋深的自相关距大于含盐量。对Kriging插值结果分析表明:地下水埋深的空间变异性受微地形因素及农田工程措施影响较大,长期的农业生产措施会影响地下水含盐量的空间分布,地下水含盐量空间变异性与埋深有一定的关联。地下水特征的空间结构性和定量化研究对黄河三角洲地区地下水资源评价、土壤的次生盐碱化防治及区域水盐运动调控有着直接的现实意义。     

区域土壤水盐空间分布信息的BP神经网络模型研究

针对黄河下游三角洲盐渍区土壤水盐动态的复杂性和空间的变异性,将人工神经网络引入土壤水盐信息的模拟和预测中,探讨了3层网络结构下隐含层神经元数对网络训练和预测的影响,建立了0～20cm表土层水盐含量及其空间分布的BP神经网络模型。结果表明:研究区域表土层水盐与土壤容重和地下水性质间均具极显著的关联性,表土层盐分BP网络的输入因子以经、纬度坐标、土壤容重、地下水埋深和矿化度5个变量为宜,含水量则为经、纬度坐标、土壤容重和地下水埋深4个变量;隐含层神经元数过多会导致"过拟合",当表层土壤盐分和含水量BP网络的拓扑结构分别为5:8:1和4:6:1时,其预测精度最高;表土层水盐BP神经网络模拟值与观测值得到的分布图表现出相似的空间格局,BP神经网络模型有效地模拟了表土层水盐含量及其空间分布特征。该研究为黄河三角洲地区土壤盐渍化的发生、发展及演变规律分析提供理论基础,并为盐渍土地的水盐调控与科学管理提供决策依据。     

基于磁感式土壤表观电导率空间变异性的插值方法比较

针对目前黄河三角洲地区存在的土壤盐渍障碍问题，以该地区典型地块为研究对象，运用磁感大地电导率仪(EM38)，结合GIS与地统计学研究了不同样点密度下土壤表观电导率的空间变异特征，确定了最佳的空间插值模式，并采用偏差指数对各分布图层的空间相似性进行了评价。结果表明：不同样点密度下的土壤表观电导率均呈中等变异强度，并服从对数正态分布；各样点密度下的土壤表观电导率均表现为强空间相关性，其空间变异主要表现在小于10 m的田间尺度上，且对于预测精度，泛克立格>普通克立格>反距离权重>局部多项式。偏差指数法分析表明，各插值方法分布图的空间相似性均随样点密度的降低而下降；对于相同的样点密度减小比例下的空间信息保留度，泛克立格>普通克立格>反距离权重>局部多项式，采用泛克立格法可以在保证预测精度的基础上合理降低样点密度。该研究为黄河三角洲地区盐渍土地磁感式田间数据采集的合理密度确定以及优化空间插值模式选取提供了理论依据与技术参考。     

典型绿洲区土壤盐分的空间变异特征

针对绿洲区存在的土壤盐化制约干旱区农业可持续发展问题,应用面域土壤信息调研采集,结合地统计学与GIS技术对新疆典型绿洲区土壤盐分空间变异特征进行研究。研究结果表明:0～30cm耕层土壤盐分呈现强变异性,30cm以下土层呈现中等变异。各土层土壤盐分均呈现中等空间自相关性,空间相关距离在24～28km范围内。各等级盐化土在不同深度土层的分布方位基本一致。各土层非盐化土面积均占主导地位,都占研究区总面积的69%以上;其次为轻度盐化土面积,占研究区总面积的19%～30%;各土层中度盐化土面积都在3.4%以下;重度盐化土仅在0～30cm土层有极少量分布。随着土层深度的增加,非盐化土和中度盐化土的面积逐渐减小,轻度盐化土面积逐渐增大。本研究对于指导干旱区绿洲农业生产、保障区域土壤资源可持续合理利用具有重要的理论价值和明确的实际应用前景。