不同采样尺度下土壤图和Kriging法的空间估值精度比较——以砂姜黑土典型地区的研究为例

在河南省驻马店市西平县砂姜黑土(砂姜潮湿雏形土)区,采用0.5 km×0.5 km网格法采集248个土壤耕作层样本,其中124个作为估值数据集,124个作为验证数据集,设计了3种不同采样尺度的估值数据集抽样方案,对比了土壤图法和Kriging法对土壤有机质、全氮、全磷、缓效钾和速效钾的估值效果。结果表明土壤图法对土种内变异系数较小,但土种之间差异较大的全磷、全氮和有机质的估值精度仅稍低于Kriging方法,在空间变异格局表达方面的功能也大致相同。对土种内变异系数较大,但空间变异结构性明显的速效钾,Kriging估值效果显著优于土壤图法。降低采样密度使Kriging估值平滑效应增加,估值精度降低,且集中出现在那些内部变异系数较大的土种内。该结论揭示在土壤调查的初级阶段采集少量的样点对土种内的土壤变量的变异程度做出估计对进一步的采样方案设计和土壤估值方法选择有指导意义。     

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。     

黑龙江省巴彦县土壤养分空间变异规律与格局分析

本文在349个采集土壤表层(0～20cm)样本分析基础上,运用地统计学与GIS相结合的方法,研究了黑龙江省巴彦县典型区域土壤有机质、速效磷、速效钾、pH值的空间变异特征,并结合巴彦县实际情况分析了这四种养分的影响因素。研究结果表明:土壤有机质、速效钾、pH值的变异函数曲线符合指数模型,土壤速效磷的理论模型符合有基台的线性模型;在空间结构上,土壤有机质、速效钾、pH值空间自相关性中等,土壤速效磷量表现强弱的空间自相关性;采用Kriging插值方法,分析研究区域的土壤养分空间格局分布可以看出,四种土壤养分的空间分布具有较明显的地域性,速效磷与速效钾以中部为最低,并向四周呈波状扩展增加,土壤有机质、pH值的分布则较为随机。     

基于土壤类型和微量元素辅助信息的土壤属性空间模拟

为探讨大尺度区域土壤属性空间化的方法,以吉林省为例,研究土壤养分（pH值、有机质、速效磷、速效钾和碱解氮）和地形地貌、微量元素等变量之间的关系;并在考虑土壤类型基础上,将相关性较高的变量作为协因子进行土壤养分的Cokriging插值研究。结果表明,pH值与经度、有效铁、锰和速效氮的相关系数分别高达-0.66、-0.71、-0.70和-0.67;有机质与经度、pH值、有效钙、锰的相关系数分别为0.55、-0.58、0.56和0.52;碱解氮与经度、纬度、pH值、有效铁、锌的相关系数分别为0.57、-0.57、-0.67、0.56、0.54;速效磷与速效钾、有效锌的相关系数分别为0.67和0.64。分析发现以相关性较高的微量元素作为协因子进行Cokriging插值精度均优于采用地形变量作为协因子的Cokriging插值。交叉检验和检验站验证结果表明,与普通Kriging相比,基于土壤类型和微量元素的Cokriging插值在增加估值精度方面有所提高。     

基于地统计学的高原县域耕地土壤养分最优插值方法研究

选择适宜区域土壤属性特征的空间插值方法是高效揭示土壤养分空间分异的基础。以地处青藏高原与黄土高原过渡区的甘肃省临夏县为案例区,利用该县2007年农业部测土施肥采集的5 475个样点数据,以及地统计学的交叉验证和样点验证两种评价方法,筛选出适合研究区耕地土壤养分(有机质、碱解氮、有效磷和速效钾)分布预测的高效插值方法。从交叉验证结果来看,有机质和碱解氮采用析取克里格插值精度较高,而有效磷和速效钾分别采用普通克里格和简单克里格插值精度较高。从样点验证结果来看,有机质和速效钾分别以析取克里格和简单克里格插值精度较高,这也与交叉验证相吻合;而碱解氮和有效磷分别采用简单克里格和泛克里格插值精度较高,与交叉验证结果并不一致。由于交叉验证是具有一定"欺骗性"的自我验证,本研究认为基于样点验证的精度评价方法更可靠,因此临夏县耕地碱解氮和有效磷适宜的插值方法分别为简单克里格和泛克里格。     

关中平原台塬区土壤养分空间格局研究——以西安市长安区为例

为研究关中平原台塬区土壤养分的空间分布情况,加强精准农业施肥管理,针对陕西省西安市长安区836.69 km²范围内的土壤养分元素进行空间格局研究。通过GPS定位选取研究区内3 231个土壤采样点,测定了土壤样品的有机质、碱解氮、有效磷、速效钾以及pH值,并利用地统计法对其空间变异结构及格局现状进行研究。结果表明:土壤养分元素的变异系数范围为0.09～0.84,其变异程度依次为有效磷>速效钾>碱解氮>有机质>pH值;土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾及pH值的变异函数曲线均符合指数模型;在空间结构上,土壤有效磷和有机质属于弱相关性,速效钾和碱解氮为中等强度相关性,pH值具有强烈的空间相关性;采用Kriging插值方法,可直观得到研究区域的土壤养分空间格局情况。     

大小兴安岭林区不同林型土壤养分综合评价

基于大小兴安岭地区主要林型野外采样数据,利用统计学方法分析了红松林、针阔混交林、白桦林、樟子松林和蒙古栎林土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾的垂直分布特征,并对土壤养分状况进行了综合评价.结果表明,不同林型土壤(0-40 cm)有机质、全氮、速效磷、速效钾养分含量差异显著.有机质、全氮、速效磷3种土壤养分的总体分布是白桦林、针阔混交林比较高,针叶林次之,蒙古栎林比较低;而速效钾含量以蒙古栎林、白桦林为最高,针阔混交林却比较低.用改进的内梅罗综合指数法进行综合评价,结果显示,大小兴安岭林区土壤有机质和全氮含量特别丰富,速效磷含量为中等至较丰富,不同林型土壤养分总体处于良偏优水平,但速效钾比较缺乏,成为该林区土壤质量的主要限制因素.     

基于空间统计学和GIS的农牧交错带土壤养分空间特征分析--以内蒙古翁牛特旗为例

土壤养分是土壤肥力的重要标志，是土地评价和管理的重要指标之一。通过空间统计分析和GIS分析了农牧交错带土壤养分的空间分布特征。结果表明，土壤有机质的Moran I系数对尺度响应敏感，随着尺度的增大，空间自相关性减少，而全氮、速效磷和速效钾的Moran I系数对空间的尺度响应不明显；土壤的有机质、全氮和速效磷在50km的范围内表现出空间的正相关，而在60km以外表现出空间的负相关；土壤表层速效钾变程最大（33000m），全氮次之（11000m），速效磷最小（3000m）；土壤表层养分的变程与分维数呈明显的负相关关系，土壤表层有机质和速效钾的最佳拟合模型为指数模型，而全氮和速效磷的最佳拟合模型为球状模型。     

黄土丘陵沟壑区坝地土壤养分的空间变异性

以黄土丘陵沟壑区作为研究区域,选取具有一定淤积年限的典型坝地―山西省中阳县洪水沟流域独堆坝,应用ArcGIS软件,采用Kriging法,对其土壤有机质、全氮、缓效钾、碱解氮、有效磷、速效钾等土壤养分的空间变异性进行了研究。结果表明:研究区坝地土壤养分含量较低,且分布不平衡,土壤养分均属于中等变异;各土壤养分的半方差随着距离的增大而增加,其空间自相关变化尺度范围均比较小,在较小范围内存在着空间相关性;研究区土壤养分含量分布均具有较高的空间异质性,存在空间分布格局。     

紫色土丘陵地区农田土壤养分空间分布预测

为深入研究紫色土丘陵区农田土壤养分空间分布规律,在GIS技术的支持下,利用研究区450个土壤实测数据,结合地形因子和土地利用类型,运用多重线性回归构建了土壤养分预测模型,对养分的空间分布进行预测。结果表明,土壤有机质和碱解氮含量与地形因子之间的相关性较强,有效磷和速效钾含量与地形因子之间的相关性较弱。土壤水田和旱地中有机质、碱解氮和有效磷含量均值间的差异显著(P<0.01),速效钾之间不显著(P=0.34)。基于地形因子的土壤养分预测模型与基于地形因子和土地利用方式组合的土壤养分预测模型预测结果精度对比表明,在预测变量中增加土地利用类型对提高预测模型的拟合度和预测精度作用非常微小,且仅用地形因子预测土壤养分的空间分布更方便,因此选用该模型对验证集数据进行预测。以验证集数据进行预测结果与实测值进行比较,结果显示预测值与实测值之间的差异甚小,有机质、碱解氮、有效磷和速效钾的相对偏差分别为0.09、0.19、0.08和0.12,均方根误差分别为1.38、3.42、1.03和1.57,说明基于地形因子的土壤养分预测模型的精度较高,可以很好地预测土壤养分分布规律。该研究结果可为丘陵地区农田合理施肥提供理论依据。     

宁南山区土壤酶活性特征及其与肥力因子的关系

分析了黄土丘陵区土壤酶活性与土壤肥力因子之间的关系。相关分析结果表明,土壤有机质与全N、速效磷、速效钾等密切相关,同时与土壤几种酶活性有较好的相关性。土壤酶活性依赖于有机质,当有机质含量增加时,酶积极参与其转化分解过程,活性提高。脲酶、蔗糖酶活性与土壤N、P、K含量关系最大,土壤速效钾与蔗糖酶活性关系最大。通径分析结果表明:土壤肥力因子对脲酶活性的直接作用顺序为有机质>速效钾>速效氮>阳离子交换量>全N>速效磷>物理性黏粒>土壤pH。有机质是影响土壤脲酶活性、碱性磷酸酶活性的主要因素,速效钾是影响蔗糖酶活性的最主要因素。     

基于HJ-1A超光谱影像的县域尺度耕地土壤速效磷含量遥感制图研究

及时、准确地获取耕地土壤养分含量信息,对于作物田间管理、产量提升和耕地环境保护具有重要意义。本研究基于HJ-1A超光谱遥感影像数据,结合野外实测样本,通过光谱反射率多种数学变换,利用相关性分析法提取土壤速效磷含量的敏感波段及特征波段组合,然后基于多元回归分析方法,建立各种敏感波段组合的土壤速效磷光谱诊断模型,筛选最优诊断模型,并基于野外样本开展精度验证,实现耕地土壤速效磷含量的空间制图。研究结果表明,土壤速效磷含量与四种微分变换形式的相关性较高,而与其他四种非微分形式的相关性较低;其中反射率对数的一阶微分的预测模型决定系数R2最大,可达到0.70,且均方根误差最小,因此确定光谱反射率对数的一阶微分预测模型为土壤速效磷含量的最优诊断模型,并可据此实现研究区耕地土壤速效磷含量的空间制图;利用未参与建模的野外样本进行精度验证,检验样本的决定系数R2为0.67,均方根误差RMSE为15.31 mg kg-1。因此,以环境小卫星超光谱影像为数据源,基于多元回归分析方法,可建立具有较高精度的土壤速效磷含量预测模型,实现县域尺度的耕地土壤速效磷含量空间制图。     

海河低平原盐渍区土壤养分空间变异性研究

应用地统计学方法分析研究海河低平原盐渍涝洼地2700m×2100m尺度土壤6个主要养分属性和全盐量的空间变异结构结果表明,在轮荒、撩荒半自然状态下土壤全N 、速效氮、速效磷、速效钾及有机质等含量的空间变异性存在着良好的半方差结构,而全P 半方差结构尚难理想的确定.半方差曲线图遵从指数和球函数等理论模型,最大相关距离分别在340～1173m,结构方差在基台值中所占比例均较大,达40%以上.     

吉林省玉米主产区土壤有机质和速效养分分布特征

结合国家测土配方施肥项目的进行,根据吉林省16县市土壤采样点的实测数据,分析了土壤有机质,碱解氮,速效磷,速效钾的分布特征。结果表明:土壤有机质含量表现出东高西低的分布趋势;碱解氮的分布趋势同有机质;速效磷含量总体处于中等偏高水平,但分布差异较大,全省范围内速效磷含量东部>中部>西部;速效钾含量分布与速效磷相反,西部大于中东部地区。根据东中西部不同的养分分布特点、气候特点及玉米的需肥规律,相应的氮磷钾肥配比为:东部2.5∶1∶1.5,中部3∶1∶1.5,西部2～3∶1∶1。     

贵州省植烟区土壤pH值和养分空间变异特征的研究

应用地统计学的方法结合GIS空间分析技术,对贵州省植烟区土壤pH值和速效养分区域采集了3309个耕层(0～20cm)土壤样本进行了数据处理,并对其pH值、有机质、速效氮、速效磷和速效钾含量的空间分异特征进行了研究和探讨。结果表明,贵州省土壤养分pH值、有机质、速效氮、速效磷和速效钾半方差函数曲线的理论模型中,pH值和速效磷为球形(Spherical),有机质、速效氮和速效钾为高斯(Gaussion)。pH值、速效氮和速效磷具有强烈的空间相关性,块金值/基台值小于25%,其变化主要受结构性因子的影响;有机质空间相关性也较强,速效钾具有中等的空间相关性,块金值/基台值在25%～75%之间,其变化主要受随机性因子的影响。利用地统计学分析的方法,对贵州省烟叶种植具有重要的意义。     

广东省典型赤红壤区耕层土壤养分的空间变异

[目的]探讨我国典型赤红壤区——广州市增城区耕层土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量的空间变异规律,为赤红壤区耕层种植的平衡施肥、水土保持和环境保护提供依据。[方法]利用地统计学方法和地理信息系统技术。[结果]研究区耕层土壤有效磷的含量较高,速效钾的变异系数最大(107.78%),有机质的变异系数最小(32.51%),变异系数由大到小依次为:速效钾有效磷全氮有机质;有机质、全氮具有强烈的各向同性空间自相关性,有效磷与速效钾有着较明显的各向异性空间自相关性;有机质、全氮有着相似的空间分布规律,含量呈东南部高西北低的趋势,有效磷含量处于中上偏高水平,空间分布从北向南呈逐步增多趋势,速效钾空间分布相对比较复杂,各个养分级别都有一定量的分布,总体由北到南逐渐增多。[结论]在一定空间范围内,耕层土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾具有不同强度的空间相关性,且选取合适的方向性半方差函数模型能更好地拟合其空间变异情况。     

武汉市汉南区土壤有机质和养分时空变异研究

运用经典统计学及地统计学方法,研究汉南区土壤有机质和养分含量的空间变异特征。结果表明:碱解氮、有效磷、速效钾和有机质含量为中等水平,均服从正态分布;碱解氮和有机质符合球形模型,有效磷和速效钾符合指数模型。碱解氮和有机质的块金效应均在25%~75%之间,表明系统具有中等空间相关性。有效磷和速效钾块金效应均25%,表明系统具有强烈空间相关性。在地理信息系统(GIS)支持下,通过Kriging插值研究发现4种养分空间分布大体趋势是,东荆街办养分含量高,湘口街办和纱帽街办次之,邓南街办最低。从1980到2010年,pH值基本没有变化,有机质有降低的趋势,有效磷存在大幅提升,速效钾含量先大幅降低,后有所回升。培肥措施应为补施有机肥,稳施氮肥,优化磷、钾肥。     

基于GIS与地统计学土壤养分空间变异特征研究——以辽宁省凌源市6乡镇为例

以辽宁省凌源市西南部6乡镇为研究对象,利用GPS定位采集了1 042个土壤表层样.采用传统统计学和地统计学相结合的方法,研究了土壤养分的空间变异特征.结果表明,土壤养分的变异系数为29.45%～67.25%,变异强度是有效磷>碱解氮>有机质>速效钾.有机质、碱解氮和速效钾的C0/(C0+C)比值均在49.7%～49.90%之间,都具有中等的相关性,而有效磷的C0/(C0+C)的比值为100%,空间的相关性较弱.分维数D大小顺序为:有效磷>碱解氮>速效钾>有机质.Kriging插值分析表明,研究区土壤养分的空间分布格局主要受土地利用类型影响较大.     

剑阁县植烟土壤养分的空间变异研究

运用地统计学和地理信息系统(GIS)相结合的方法研究了四川省剑阁县植烟土壤养分的空间变异特征。研究结果表明:土壤pH为弱变异性,全氮、有机质、碱解氮、速效磷、速效钾为中等强度变异。基于半方差模型理论研究表明:土壤pH、碱解氮和速效磷表现为强烈的空间自相关性,其变异程度主要由结构性因素引起;有机质、全氮、速效钾表现为中等空间相关性,受到结构性因素和随机性因素的共同影响,养分空间自相关距离分别为12~201m范围内;进而形成养分指标空间分布图,直观地反映出土壤养分分布状况和丰缺情况,为广元市剑阁县植烟土壤的差异化管理奠定了基础。     

吉林省公主岭地区土壤主要养分指标的时空变异特征

运用地理信息系统和地统计学相结合的方法研究了20年来吉林省公主岭地区土壤主要养分指标—有机质、速效氮、速效磷、速效钾的时空变异规律。结果表明,20年来除了速效磷含量增加外,有机质、速效氮、速效钾含量都有所降低。2000年速效磷的变异最大,其次是有机质、速效钾、速效氮;1980年变异最大的是速效磷,其次是速效氮、速效钾、有机质。这主要是人为管理及施肥差异造成的。