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。     

农田土壤颗粒组成及其剖面分层的空间变异分析

对60m55m的农田尺度上100个取样点土壤颗粒组成及剖面层次的空间变异性的传统统计分析表明,各属性的变异系数属中等强度。半方差函数模型均为球状模型,各属性具有一定的空间相关性,并表现有一定的各向异性。在对土壤颗粒组成及剖面层次空间分布趋势分析的基础上,根据半方差函数模型,对各属性选择不同趋势和异向性的普通Kriging内插值比较的结果表明,考虑变量在空间分布趋势和异向性的插值结果比不考虑要好。在以上分析基础上,利用Kriging内插值绘制各层深度和颗粒组成的等值线图,并分析了其空间分布规律。     

基于地统计学和GIS的太湖典型地区土壤属性制图研究——以土壤全氮制图为例

在地理信息系统(GIS)支持下，运用地统计学方法对太湖典型地区耕层土壤全氮含量的空间变异特征进行分析，探讨了适用于研究区域土壤全氮制图的最佳邻域，并在此基础上利用块段克立格(Block Kriging)法绘制了土壤全氮含量空间分布图。结果表明，土壤全氮的空间变异性在40km步长变化域上表现为明显的各向同性，超出这个范围，土壤全氮空间变异的各向异性明显增强，以40km步长变化域上土壤全氮的空间结构特征作为Kriging插值依据有助于提高制图精度。制图结果表明，研究区域土壤全氮含量在江阴和宜兴两市境内普遍较高，锡山和武进两市相对较低；且高值斑块区主要分布在地势低洼的圩田区，这是人为施肥和土壤特性共同影响的结果。Kriging估值标准差分布图可为评价和提高制图精度提供十分有用信息。     

利用地形和遥感数据预测土壤养分空间分布

在GIS支持下,选择地形因子和遥感植被指数,建立土壤养分空间分布预测模型,应用回归克里格（Kriging）方法,预测吉林省农安县土壤养分（有机质和全氮）的空间分布。结果表明,11个环境因子中,相对高程、坡度、地形起伏度、坡度变率、归一化植被指数（NDVI）与土壤有机质和全氮含量均具有显著的相关性。地面粗糙度和地形湿度指数与有机质具有显著相关性,而与全氮的相关性不显著。相对高程、坡度、地面粗糙度、河流动能指数以及NDVI在土壤养分的多元回归预测模型中贡献较大,是预测土壤养分空间分布的最优因子。有机质和全氮在研究区的空间分布格局呈现由东南向西北逐渐减少的趋势,这种分布格局受地形和植被的综合作用,同时与土壤类型密不可分。精度检验结果表明,回归克里格方法能够提高土壤养分空间分布预测精度,是一种有效的空间分布插值方法。     

黄河三角洲地区典型地块土壤盐分空间变异特征研究

针对目前黄河三角洲地区存在的土壤盐渍化问题，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含量的空间变异特征，绘制了各土层盐分的随机性和结构性的半方差图以及空间分布图。结果表明：受内在因子和外在因子的共同作用，各土层含盐量均具有中等的变异强度和空间自相关性，自相关距差异不大。Kriging插值结果表明，研究区内各土层含盐量的空间分布表现为条带状和斑块状分布。微地形和气候条件是影响表层土壤盐分空间变化的主要因素，地下水性质是影响深层土壤盐分空间分布的主要因素。该研究为黄河三角洲地区盐渍化土壤的分区、改良、管理和合理利用提供了理论基础和参考依据。     

不同尺度下低山茶园土壤主要微量元素的空间变异性

利用地统计学、主成分分析方法对不同尺度下四川蒙顶山茶园土壤微量元素空间变异性、影响因素及多元素综合制图进行了研究.结果表明:①两个尺度下土壤微量元素的空间相关性存在差异,同时其空间变异方向具有相似性,Mn和Cu在山脉走向垂直方向变异较大,Fe和zn在水平方向变异较大且具有各向同性发展的趋势.普通Kriging插值结果说明微量元素含量从东北至西南呈明显的带状分布,垂直方向上随海拔升高而变化.②主成分综合制图较好地反映了微量元素分布的总体规律.两种主成分均具有较明确的物理意义,其插值图体现了微量元素特性沿坡面方向的带状变化特点,与半方差函数分析的结果完全吻合.③土壤环境条件对蒙顶山茶园土壤微量元素影响较大,而坡度是影响土壤微量元素空间分布形态的主要地形因素.     

基于GS+和ArcGIS的蒲江县耕地土壤养分空间变异分析

基于GS+7.0、ArcGIS10.2建立蒲江县全氮、碱解氮、有效磷、速效钾、有机质5种耕地土壤养分含量的最优半方差函数模型,利用该模型进行了空间变异和普通Kriging空间插值分析。研究区土壤全氮、碱解氮、有机质均具有中等空间变异性,有效磷、速效钾表现为弱空间变异性。全氮、碱解氮含量高低受地形、成土母质、土壤类型等自然条件和施肥、种植模式、耕作措施等人为活动的共同影响,有机质更多地受人为活动的影响,而有效磷、速效钾则主要决定于人为活动的作用。5种土壤养分含量的空间插值图可直观地表达县域耕地土壤养分的含量水平及其分布状况,使用该图件可方便地提出相应的平衡施肥建议。     

川中丘陵区典型小流域土壤氮素空间变异特征及影响因素研究

根据94个样点表层土壤(0—20 cm)氮素的化验数据,在ArcGIS 9.0平台上运用地统计学方法研究了川中丘陵区清流河流域土壤全氮和速效氮的空间变异特征及其影响因素。结果表明,研究区土壤全氮和速效氮含量总体水平较低,二者平均值分别为(0.85±0.03)g/kg和(63.8±25.4)mg/kg。土壤全氮含量总体上呈条带状或斑块状分布,高值区(>1.12 g/kg)主要分布于东部大清河下游的石子镇、苏家、互助一带,并以此为中心向北和向西逐渐降低,向西南呈现出先逐渐降低至沱江流域后又有所上升的趋势,低值区(<0.88 g/kg)主要分布于北部的大冶乡、凤天乡、双桥乡以及西部的安全、靖民、郭北一带;研究区土壤速效氮含量空间分布特征和全氮基本一致。研究区土壤全氮和速效氮含量与土壤母质、地形、土地利用方式、灌溉方式、土壤侵蚀、土壤pH和土壤质地等因素密切相关,其中在不同土壤母质、地形、土地利用方式、灌溉方式、土壤侵蚀状况和土壤质地下土壤全氮和速效氮含量差异达极显著或显著水平。     

丹江流域土壤全氮空间变异特征及其影响因素——以陕南张地沟小流域为例

以商州区张地沟小流域为例,采用GIS与地统计学相结合的方法,对表层土壤全氮的空间变异特征及其影响因素进行研究.结果表明:张地沟小流域土壤全氮平均质量分数为0.986 g/kg,变异系数为24.14％,属于中等程度变异;土壤全氮具有强烈的空间自相关性,主要由结构性因素引起;空间分布上呈现斑块状和带状格局;不同土地利用类型土壤全氮质量分数顺序为农地＞果园＞林地＞荒草地;土壤全氮质量分数在不同高程间具有显著差异,随高程和坡度的增加而降低;阳坡与半阴坡方向上土壤全氮质量分数分别为最高和最低.研究结果可为丹江流域农业结构调整、土壤全氮有效利用和水质清洁提供科学依据.     

滨海废弃盐田复垦区土壤盐分和有机质的空间变异特征

为了揭示废弃盐田复垦区棉田土壤盐分和有机质的时空变化特征,该文利用棉花关键生长节点的土壤采样数据,采用经典统计学和地统计学相结合的方法,对土壤盐分和有机质的空间分布特征进行分析。结果表明:研究区不同时期不同深度的土壤含盐量和有机质含量变幅较大,二者的变异强度均为中等;随着时间的变化土壤含盐量和有机质含量均呈现下降的趋势,各层土壤含盐量与有机质含量相关性程度不高。研究区土壤含盐量与有机质含量均具有中等强度的空间自相关性。Kriging插值结果表明土壤有机质呈条带状分布,苗期和花期土壤有机质含量由西向东逐渐增加,花铃期土壤有机质含量以东北部含量最低,收获期有机质含量高值区主要集中在西北部和东南部。土壤含盐量的三维空间分布在不同时期不同深度具有相似性,其空间分布特征总体较为接近;苗期和花期土壤含盐量高值区出现在东南部方向;花铃期和收获期土壤含盐量空间分布比较散乱,呈斑块状分布。研究结果为莱州湾南岸盐田复垦区的盐渍土科学改良、合理利用及农业可持续发展提供技术支持。     

喀斯特小流域土壤含水率空间异质性及其影响因素

该文基于网格取样(80 m×80 m),利用地统计学和经典统计学方法,研究了典型喀斯特小流域旱季表层(0~10 cm)土壤含水率(soil moisture content,SMC)的空间变异特征,并分析了其与容重(bulk density,BD)、毛管孔隙度(capillary porosity,CP)、非毛管孔隙度(non-capillary porosity,NCP)、土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)、碎石含量(rock fragment content,RC)等土壤理化性质以及坡度(slope gradient,SG)、坡向(slope aspect,SA)、裸岩率(bare rock,BR)等地形因子的关系。结果显示,SMC半方差函数的最优拟合模型为指数模型,变程为381.00 m,块基比为0.382,属于中等程度的空间相关性。普通克里格插值结果显示,SMC呈现出随海拔升高而降低的分布规律。Pearson相关分析表明,除SOC外,其他土壤理化指标均对SMC有显著影响(p0.05);各地形因子中仅SG对SMC有显著影响。协方差分析表明,RC、CP和NCP对SMC的方差解释达到显著水平(p0.05),地形部位(上坡、中坡、下坡、洼地)、土地利用类型(乔木林、灌木林、灌草丛、耕地)及二者的交互作用均未达到显著水平。这说明土壤理化性质是影响SMC的直接因素,地形部位和土地利用类型均通过改变土壤理化性质来影响SMC。该结果有利于辨别喀斯特小流域旱季SMC的主要影响因素,从而为该地区土壤水源涵养功能的提高及流域水文过程研究提供科学依据。     

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。     

麦田土壤水分时空变异特性及CA-Markov模型模拟预报

为揭示农田土壤水分时空变异特征,精准预测土壤墒情,该研究以河北省太行山山前平原井灌区典型麦田为例,在监测土壤水分的基础上,采用时间稳定性指数法、空间自相关性评价法研究土壤水分时空分布规律,构建了适用于模拟预报田间水分时空变化的CA-Markov 模型,并将该模型的模拟预报效果与HYDRUS 模型进行比较。结果表明：随着土层深度的增加,土壤水分等值线由密变疏,变异系数逐渐减小。随着小麦生育期的推移,前期监测的土壤水分稳定性高于后期;在土壤较湿润的情况下,土壤水分空间相关性较强,土壤水分全局Moran''s I 指数随小麦生育期的推移呈现先增大后变小的规律。CA-Markov 模型模拟预报的各土壤相对湿度等级面积误差的平均值为1.61%,比HYDRUS 模型模拟预报的面积误差平均值（10.86%）小9.25个百分点; CA-Markov 模型对研究区4月下旬、5月上旬的土壤水分干旱等级预测的空间分布Kappa 系数分别为 89.31%、91.46%。该模型可综合考虑麦田墒情的时空变化及随机特性,模拟预测土壤墒情的精度较高、效果良好,可以作为麦田水分管理的重要工具。     

柠条锦鸡儿细根表面积密度对土壤水分空间分布的响应

为研究柠条锦鸡儿(Caragana microphylla)细根与土壤水分的空间关系,以内蒙古农牧交错带10 a生柠条锦鸡儿细根为研究对象,对细根表面积密度与土壤含水率之间的关系进行了初步探讨。分别对柠条锦鸡儿细根和土壤水分的空间分布情况进行研究发现,垂直和水平土层方向各标准地柠条锦鸡儿细根表面积密度与土壤含水率均呈极显著相关,相关系数均大于0.65(P0.01)。经回归分析建立柠条锦鸡儿细根表面积密度与土壤含水率之间的关系模型并对模型进行验证,验证结果发现该模型可以很好地描述两者之间的关系(R~2=0.84,P0.01)。撂荒地土壤含水率比柠条地高71%,研究区柠条地出现至少200 cm的土壤干层,部分土层接近凋萎湿度,柠条生长受阻。研究结果对于干旱区人工柠条林的栽植管理具有重要意义,可为北方农牧交错带生态环境建设及植被恢复提供理论依据。     

Three-dimensional variability of soil nitrate-nitrogen in an agricultural field

The aim of this study is to evaluate two different approaches [the layered two-dimensional (2-D) method and a full 3-D approach] to describe the 3-D spatial variability of soil NO₃^--N in the top 1 m of an agricultural field of about 1 ha. NO₃^--N concentrations were determined in layers of 5 cm to a depth of 1 m at 26 locations. These samples were complemented with less intensive sampling at only three depths (0-5, 30-35 and 60-65 cm) at 26 other locations and with topsoil (0-5 cm) samples at another 75 locations. Variogram analysis showed a strong anisotropy when the horizontal dimension was compared to the vertical. A nested model of four structures was used to represent a 3-D variogram. This allowed us to predict the average NO₃^--N concentration for blocks of 5ǹ m (horizontally) by 0.05 m (vertically). A cross-validation showed a clear improvement in using the full 3-D interpolation instead of the layered 2-D approach. The full 3-D interpolation seems to be especially useful in situations where knowledge of the 3-D distribution of soil properties is essential to evaluate soil management practices in respect to environmental considerations, like N fertilisation and the subsequent leaching of N to the ground water, or N₂O emissions.     

基于GPS和GIS的田间土壤特性空间变异性的研究

以一块面积约为13.3 hm²的冬小麦田为研究区，利用GPS接收机定位，按50 m×50 m设置网格，共取63个采样点，测定土壤表层(20 cm)内的土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾、容重、田间土壤含水率和电导率，研究麦田土壤特性的空间变异规律。采用传统统计学和地统计学相结合的方法对所取的数据进行了分析，利用Arcview3.2软件的空间分析功能，绘制了表达这些土壤特性随机性和结构性的半方差图和空间分布图。研究结果表明：所有土壤特性均服从正态分布；土壤容重具有弱变异强度，其它土壤特性具有中等变异强度；土壤有机质、全氮、碱解氮、速效钾和电导率具有很强的相关性，土壤容重、速效磷和含水率具有中等强度的空间相关性，土壤特性的相关距变化范围为246.8～426.8 m。该成果可为农田的定位施肥、灌溉以及其它的农田精细管理提供依据。     

Farm-scale variations in soil color as influenced by organic matter and iron oxides in Japanese paddy fields

To understand how soil color is influenced by soil components at the farm scale, we evaluated spatial variation in soil color and related soil properties in Japanese paddy fields. After harvest of rice, 246 surface soil samples were collected in 10-m grids from five contiguous irrigated paddy fields, each with an area of about 0.5 ha. The samples were analyzed to determine color parameters (L*, a*, and b*), and contents of total C, total N, Fe oxides, sand, and loss-on-ignition. The results obtained were modeled and mapped geostatistically. All color parameters indicated strong spatial dependence with long ranges (>85 m). In contrast, total C and N showed short ranges (about 40 m). The contents of Fe oxides, sand, and loss-on-ignition showed intermediate ranges (50–85 m). The ranges of these properties and their distribution patterns suggested that the contents of total C and N were influenced by long-term application of manure and that sand content was influenced by topography and past land consolidation. Further soil color analysis after removal of organic matter or silt plus clay particles revealed that soil organic matter, texture, and Fe oxides affected soil color parameters in a complex manner. Prediction of total C from soil darkness was hindered by the presence of silt plus clay particles containing Fe oxides. On the other hand, citrate-dithionite extractable Fe was estimated accurately from the b* value (yellowness), which can be useful for predicting the occurrence of akiochi (autumn decline) disease of rice at the farm scale.     

Nitrogen mineralization of silk waste applied to soil under aerobic conditions

Silk waste which is a byproduct of silk reeling consists mainly of silk proteins such as sericin and fibroin. Although silk waste has a high N content (164 g kg^-1) and low CjN ratio (2.16), net N mineralization in soil at 30°C under aerobic conditions was very slow (21.4% in 184 d). The N mineralization rate of silk waste applied to soil after hydrolysis with HCI was higher than that of untreated silk waste. The effect of hydrolysis with 0.2 M HCI for 60 min at 97°C on the net N mineralization for 56 d was twice as high as that with 1 M HCI for 60 min at 97°C. Molecular mass distribution of silk proteins shifted to the lower range by hydrolysis, whose effect with 1 M HCI was more pronounced than that with 0.2 M HCI. The content of the crystal region in silk protein was estimated to be approximately 45% based on the relationship between the reaction (acid hydrolysis) time and the weight of insoluble residues. X-ray diffraction patterns of these residues showed that the crystal structure persisted until at least 180 min after hydrolysis with 1 M HCI at 97°C. These results suggest that crystal regions and the scattered distribution in silk proteins inhibit the decomposition of silk waste in soil. Silk waste could thus be utilized as slow-release fertilizer.