典型生态系统定位观测样地的土壤性状空间变异性评价

用经典统计分析和地统计学的方法，对中国生态系统研究网络（CERN）临泽站新设置的农田生态系统综合观测场土壤性状的空间分布特性进行研究。结果表明，除pH外，土壤有机碳、全N、速效养分和电导率的变异性均超过20％，有机碳和全N的空间相关距离为13．8m和12．6m，表现出较高的空间异质性。克里格插值结果同样显示土壤各性状在研究的尺度上有明显的空间变异格局。相对误差为10％时采集124个土样才可达到95％的置信水平。作为生态网络长期监测样地，必须按空间异质性对观测场地进行采样分区、匀地过渡，结合克里格插值得出的土壤性状空间分布图，确定更为理想的取样方案。     

黄灌沙区农田耕层土壤性状空间异质性分析

用地统计学的方法,研究了黄灌沙区农田耕作层(030 cm)土壤的有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾、pH和电导率的空间变异规律。结果表明,农田耕作层土壤养分的空间异质性主要由随机性因子如土壤耕作措施,包括施肥、灌溉和作物轮作等造成,这与该区农田耕作层土壤是引黄灌溉改良的结果有关。土壤养分含量的变异函数均可很好地拟合成线性模型,块金值和基台值之比(C0/C0 C)均为1,说明随机性因子是导致该区土壤性状空间变异的主要因素,在整个尺度上具有恒定的变异,造成了土壤性状的相对均一。pH的变异函数为指数模型,其空间异质性组成中随机性和结构性因子各占50%。电导率的变异函数为球状模型,空间变异主要由结构性因子导致,结构性因子引起的空间异质性占总空间异质性的67%。分维数也表明耕层土壤性状空间依赖性较小,随机因子如农业活动是引起黄灌沙区土壤性状空间异质性的关键原因。Moran s I系数表现为除了pH和电导率受结构性和随机性因子共同作用外,其余土壤性状均呈较弱的相关关系。因此,干旱沙区通过人为措施改良的土壤性状空间上的变异主要受人为活动如灌溉、施肥和耕作等影响,在农业活动中更应该注重施肥和灌溉方式、灌溉水源等问题,以避免因土壤性状的变异导致的肥料利用效率降低。     

放牧干扰后自然恢复的退化沙质草地土壤性状的空间分布

用地统计学的方法 ,研究了科尔沁沙质退化草地不同强度放牧干扰 (重度放牧和适度放牧 )后自然恢复过程中 0～ 15cm土层土壤有机碳、全氮、pH和电导率在 10m尺度上的空间异质性特征。结果表明 ,重牧后的恢复草地比适度放牧后的恢复草地呈现出显著低的有机碳和全氮含量及其显著高的变异性。在取样尺度的空间分布上均表现出显著的空间结构特征 ,自相关尺度分别为 2 2 2～ 2 9 4m和 2 5 5～ 39m ,结构性方差占样本方差的 87 2 %～ 88 2 %和 6 5 5 %～ 85 9%。全氮的自相关尺度大于有机碳。土壤pH和电导率在取样的尺度内不存在局部格局 ,而可能受更大尺度的格局控制。放牧引起的植被斑块状分布和沙化裸斑的出现是土壤碳、氮空间变异的主要因素 ;土壤异质性尺度的改变又可能影响着植被的恢复演替和分布格局。     

农田表层土壤养分空间变异特性研究

为给田间养分监测设施布设方法提供依据,在陕西杨凌选取2块农田,采用12 m×12 m嵌套6 m×6 m的采样方法,采集表层土壤(0～20 cm)养分数据,运用经典统计、地统计学结合Kriging插值方法,分析农田土壤养分空间变异特征。结果表明:冬小麦抽穗期与成熟期农田表层土壤全氮(TN)变异系数10%,为弱变异,土壤有机质(SOM)、有效磷(AP)变异系数介于10%与100%之间,为中等变异,有效钾(AK)和铵态氮(NH_4~+-N)变异系数100%,为强变异,成熟期硝态氮(NO_3~--N)由强变异转为中等变异。土壤养分最优半方差模型为球状模型,作物不同生育阶段,土壤养分空间相关性存在一定的差异,土壤SOM、TN块金系数25%,空间相关性强烈,以结构性因素为主导;冬小麦抽穗期速效态养分块金系数介于25%与75%之间,空间相关性中等,随机性因素主导,成熟期25%,空间相关性增强。采样密度由6 m×6 m变为12 m×12 m时,变异程度保持不变,土壤养分空间变异系数差值在0.04%～59.48%范围内,成熟期2号样地的AK除外,块金系数差值在0.065%～34.177%范围内,2种采样间距获得的土壤养分空间变异特征基本一致,建议选用12 m×12 m网格。     

不同尺度下土壤养分空间变异特征的研究

在不同取样尺度下采集了农田土壤样品并测定土壤有机质、全N和有效P含量，研究不同尺度下地统计学方法对土壤养分空间变异分析的适用性和空间插值质量。研究结果表明，大比例尺下土壤有机质含量、有效P含量、全N含量的分布呈正态分布，在中小比例尺下呈现轻微偏态分布。各养分空间变异系数存在明显空间变异(C．V.介于17％—27％之间)，大比例尺下，空间变异较小；中小比例尺下，空间变异程度大(C.V.和峰度值较小)。在各种尺度下，土壤养分均存在典型的半方差结构，表明在各种取样比例尺下采用地统计学方法进行土壤养分空间变异分析都是可行的。在大中比例尺下，各养分块金系数介于0．28—0．38之间，表明土壤养分具有明显空间自相关；而在小比例尺下，块金系数介于0—0．17之间，表明土壤养分具有强烈空间自相关，其中有机质含量具有恒定的空间自相关(块金系数为0)，有效P含量的空间自相关程度相对较弱；空间插值和交互检验结果表明，球状模型空间插值结果与实测结果符合性很好，交互检验均达到极显著水平。在小比例尺下其估计比大比例尺下精度更高。不同养分的空间预测结果质量不尽相同，土壤有机质含量空间预测符合度最高。     

典型喀斯特峰丛洼地坡面土壤养分空间变异性研究

采用线形取样,利用地统计学方法研究了典型喀斯特峰丛洼地坡面土壤养分的空间变异特征.结果表明:有机碳、全氮、碱解氮和速效钾具有相似的空间变异结构,其变程变化在212～251 m之间,与坡面不同土地利用方式的空间范围相当.全磷和全钾的变异尺度较小,为141.2 m和120.6m.受部分耕地施用磷肥影响,速效磷的变异尺度最小,仅为85.1 m.除pH值外,土壤各养分均表现为强烈的空间相关性.有机碳、全氮、碱解氮等养分的空间分布表现出随着海拔高度增加而增大的特征,人类的耕作管理和峰丛洼地特殊的水文地质过程是影响土壤养分空间变异的主要因素.     

古尔班通古特沙漠土壤化学性质空间异质性的尺度特征

从根际(10-3m~10-2m)、个体(10-1m~100m)、种群(100m~101m)、地貌(101m~102m)和区域(103m~104m)五个作用因子所在的尺度对古尔班通古特沙漠土壤的pH、电导率、有机质、全氮、速效氮、全磷和速效磷的空间异质性进行了研究,结果表明,土壤pH在各尺度异质性的大小顺序为:个体>种群>地貌>区域>根际,说明引起土壤pH变化的主要因子是植物个体和种群,而地貌状况、气候及水文对于土壤pH的影响不大,根际对土壤pH的影响最小。土壤电导率在各尺度异质性的大小顺序为:个体>区域>种群>地貌>根际,说明植物个体对于改变土壤盐分含量起主导作用,地貌状况和根际对土壤盐分状况的影响很小。土壤有机质、全氮、速效氮和速效磷的空间异质性均在个体尺度上最大,地貌尺度上次之,而种群尺度上最小,说明植物个体对于土壤养分的空间异质性起主导作用,地貌对这些养分的异质性作用也是不容忽视的,而植物种群对土壤养分的异质性最小。土壤全磷的异质性则在地貌尺度最大,个体尺度次之,根际尺度最小,说明地貌特征是影响土壤全磷含量的主要因子,其次是植物个体,而根际对于土壤全磷的影响很小。     

亚热带红壤丘陵区典型景观单元土壤养分的空间变异

基于区域化变量理论和地理信息系统的空间分析功能,应用地统计学的半变异函数定量分析了亚热带红壤丘陵区典型景观单元土壤养分的空间异质性特征。结果表明,土壤有机碳和全磷的理论模型为球状模型、全氮为高斯模型、土壤pH为指数模型。在60m步长间隔尺度下,土壤有机碳、全氮和pH有强烈的空间相关性,土壤全磷空间相关性为中等程度。4种土壤养分的空间自相关范围具有明显的差异,有机碳的有效变程最大(为261m),全氮(208m)和pH(156m)次之,全磷的有效变程最小(133m)。其空间自相关范围的差异由本身的养分、土地利用格局、地形和人为管理措施等因素所决定。在GIS支持下,采用Kriging插值方法,分析景观单元内土壤养分的空间分布格局看出,土壤有机碳和全氮含量呈现出明显的条带状和斑块状的梯度变化,并表现出极为相似的空间分布格局;土壤全磷的空间分布随机性强,斑块变得更加琐碎并呈现镶嵌的星空状分布;土壤pH的空间分布格局处于其三者之间,没有表现出明显的条带状分布。总体上说,基于整个景观尺度的4种土壤养分的半方差拟合效果优于不同土地利用类型的拟合效果。     

湿地土壤养分的空间异质性研究方法构想

湿地土壤养分是时空连续的变异体,不论尺度大小均具有高度的空间异质性.湿地土壤养分变量属于区域化变量,同时具有随机性和结构性,仅运用经典的Fister统计方法已经不能满足土壤空间异质性研究的需要.地统计学是近几十年发展起来的一门新的空间分析方法,其变异函数则适合于定量研究区域化变量空间结构变异特征,能够全面反映区域化变量的结构性.作者在前人的工作基础上意欲用地统计学的区域化变量理论和变异函数对湿地土壤养分的空间异质性进行定量研究,并对其研究方法进行了构想.＃     

梭梭土壤种子库空间分布的尺度依赖性研究

采用相邻网格法对古尔班通古特沙漠3个梭梭土壤种子库样地(奎屯、五家渠和精河)进行采样,并应用地统计学理论与方法对梭梭土壤种子库空间分布格局的各向异性和尺度依赖性进行了研究.结果表明:(1)梭梭土壤种子库数量为16.05～152.58粒/100 m2,奎屯样地种子库变异系数大于五家渠和精河;(2)梭梭土壤种子库空间分布格局强烈,且具有明显的各向异性特征;(3)奎屯和五家渠样地中,随着抽样尺度的加大(5～25 m),土壤种子库空间异质性增强,而精河样地在各个尺度下土壤种子库的空间异质性程度变化不大;(4)空间克里格插值表明,各样地种子密度梯度变化清晰,呈明显聚集分布.地表短命植物层分布决定了梭梭土壤种子库空间分布格局.奎屯和五家渠样地的种子,呈明显的高密度斑块和低密度斑块镶嵌分布格局,精河样地的种子密度低,分布较均匀.     

Characterization of Spatial Variability of Soil Parameters in Apple Orchards of Himalayan Region Using Geostatistical Analysis

ABSTRACT

Knowledge of spatial variability in soil properties is critical for effective nutrient management plan in crop production. Poor productivity of apple orchards in Indian Himalayan Region (IHR) is due to lack of information on the variability of soil properties important for enhancing productivity in the region. The study was conducted in apple orchards with the hypothesis that spatial variability of soil properties is high due to adoption of varied management and passive soil factors. The major objectives of the study were to assess the spatial variability of soil parameters, viz. soil pH, electrical conductivity, soil organic carbon along with plant available soil nitrogen (N), phosphorus (P), potassium (K), exchangeable calcium (Ca), and exchangeable magnesium (Mg) at a regional scale through geostatistical methods. Coefficient of variation (CV) indicated that the fertility parameters varied from medium to high in heterogeneity (CV > 20%). Available N was found critical/medium in 69.6% of soil samples and might be one of the limiting nutrients for crop growth, P and K were in high, and OC in very high range. Significant correlation was found between OC with N; pH with K, Ca and Mg and EC with OC, P and K. The semivariogram parameters indicated that the spatial distribution of soil fertility parameters were inconsistent and showed strong to weak degree of spatial dependence for all parameters. The study highlighted the importance of delineation of soil fertility management zones in the apple growing region as a guide for precise and site-specific nutrient.     

关帝山云杉次生林土壤的空间异质性及其与地形相关性

为揭示森林土壤空间变异特征及其变异机制,参照CTFS样地土壤采样方案,在关帝山4 hm2云杉次生林样地199个采样点进行土壤取样和测定,运用经典统计方法分析寒温性云杉林土壤pH值、有效氮、有效磷、有效钾和有机质的水平和垂直空间分布特征,应用地统计学和ArcG IS插值的方法,重点分析了0～ 10 cm层土壤性质的空间异质性及其分布格局,并基于RDA排序和方差分解定量评价地形因子对土壤各指标空间变异的影响程度和解释量.结果表明:云杉次生林土壤的pH值、有效氮、有效磷、有效钾和有机质含量呈明显的水平及垂直空间变异,0 ～ 10 cm层土壤上述5个指标的变异系数分别为8.78％、41.15％、58.36％、46.60％和48.38％;土壤变异的空间自相关范围为4.9～58.8 m,pH值和有效氮呈中等程度的空间自相关,有效磷、有效钾和有机质呈强烈的空间自相关变异;有效氮、有机质和有效钾呈相似的空间斑块状分布格局,即样地有效氮含量高的斑块中有机质和有效钾含量也高.pH值和有效磷则表现出相反的斑块分布格局;地形因子中,pH值、有效氮和有效磷受海拔影响最大,其中,海拔与pH值、有效磷呈正相关,分别解释其空间变异的40.43％和28.81％,而与有效氮呈负相关,能单独解释其空间变异的19.48％.凹凸度对有效钾和有机质的影响最大,可分别解释9.37％和6.88％的有效钾和有机质的空间变异,与这2个土壤性质指标为负相关.研究可为深入认识华北地区植物分布和物种共存提供基础依据.     

基于GIS的碧流河上游农田土壤性状空间分布特征

探究碧流河上游农田土壤性状指标现状和空间分布特征,为研究区耕地资源的可持续利用提供科学依据和数据支持。沿碧流河上游采集农田表层(0~20cm)土壤样品40份,运用地统计学和Arcgis技术,对农田土壤性状:比重、粒径、电导率、含盐量、pH、有机质、土壤大量营养元素(N、P、K)含量和微量营养元素(Cr、Cu、Zn、Mn、Ba)含量的空间分布特征进行系统分析。(1)农田土壤性状均属于中等空间变异,其中Zn元素含量的空间变异性最强(CV=59.58%),比重的空间变异性最弱(CV=2.61%),受外界干扰较小。(2)农田土壤性状之间关联性紧密,其中电导率与含盐量之间、pH与Cu和Mn元素含量之间、有机质与N和P元素含量之间、K元素含量与Ba元素含量之间、Cu元素含量与Zn和Mn元素含量之间、Zn元素含量与Mn元素含量之间呈显著正相关(P<0.01)。(3)农田土壤粒径存在强烈的空间自相关性,Cr、Cu元素含量空间自相关性最弱,其他土壤性状属于中等空间自相关。研究区农田土壤性状表现出显著的空间分布差异性。     

梁子湖湿地土壤养分的空间异质性

2003年10月利用地统计学方法对梁子湖湿地保护区内一块63.9km2区域的土壤养分的空间变异进行了研究。以400m400m的网格采集了101个表层(015cm)土壤样品。分析结果表明,土壤养分有较大的空间变异,土壤有机质、全氮、全磷、速效氮变异系数分别是36.0%、30.6%1、3.7%和29.3%;速效磷的变异系数最高为50.4%。土壤有机质、全氮、全磷、速效氮和速效磷的理论模型均为球状模型。土壤有机质、全氮、全磷、速效氮具有中等空间自相关性,随机变异分别是68.5%、68.3%、75%和71.5%;速效磷的自空间相关性较弱,变异为82.4%。5种养分的空间自相关距离比较接近,变程在2853m～963m之间。通过克里格插值进行土壤养分空间插值制图显示,土壤养分表现出空间分布的相似性。     

Fractal features of soil particle size distribution and the implication for indicating desertification

Some of the effects of land desertification on soil properties are manifested by the coarsening of the soil particlesize distribution (PSD) and the losses in organic C and nutrients. The changes and characteristics of PSD and selected chemical properties in soils at the 0-15 cm plough layer from different degrees of desertified croplands are analyzed in the semiarid Horqin Sandy Land, northern China. The fractal dimension of the PSD is emanated to characterize the patterns of PSD. The relationships between the fractal dimension of the PSD and selected soil properties are discussed. The results show that: (1) in the transformation from potential desertified cropland to extremely desertified cropland, the sand content at the 0-15 cm soil increased from 69% to 93%, organic C and total N contents decreased by 65% and 69%, respectively; (2) the fractal dimension of PSD ranged from 2.179 to 2.611, the more the contents of sand, the lower the fractal dimension and the higher the desertified degree of farmland. In the desertification process within the studied area, the mean fractal dimension decreased from 2.555 for the potential desertified soils to 2.298 for extremely desertified soils; (3) there existed considerable linear relationships between fractal dimension and soil properties. It was shown that fractal dimensions of PSD are useful parameters able to monitor soil degradation and to estimate the degree of soil desertification.