地统计学及GIS在黑土区域土壤养分空间异质性分析中的应用——以海伦市为例

应用地统计学的方法结合GIS空间分析技术,对海伦市黑土农田区域采集的65个耕层(0—20cm)土壤样本进行了数据处理,对其全量养分含量的空间异质性进行了分析和探讨。结果表明,全碳、全氮和全磷半变量函数曲线的理论模型符合高斯模型,全钾的理论模型表现为指数模型。全碳、全氮属于中度空间相关,其空间变异受结构性因子和随机因子的影响各占1/2。全钾和全磷属于高度空间相关,其变化主要受结构性因子的影响。土壤全碳与全氮和全磷具有极显著的正相关,在空间分布上也与全氮和全磷的空间分布吻合度较高。地统计学分析土壤养分的空间变异特征和1978年海伦县自然资源综合考察对农田土壤肥力调查的结果是吻合的。利用地统计学分析的方法,对区域农业生产合理布局、综合治理水土流失都具有重要的意义。     

薄层农田黑土速效氮磷钾含量的空间异质性

利用地统计学对黑龙江省双城市薄层农田黑土的全碳和速效氮、磷、钾的空间异质性进行了分析,结果表明四者均具有空间异质性。土壤全碳含量的空间异质性最高,主要受黑土层厚度的影响,土壤速效氮磷钾的空间异质性较差,主要受随机因子的影响,占80%以上。全碳和速效氮、磷、钾的空间有效最大相关距离分别为15.7km,4.6km,11.2km,7.1km。土壤全碳与碱解氮存在极显著正相关。     

三江平原环型湿地土壤养分的空间分布规律

以三江平原环型湿地作为研究对象，对其环带状植被区湿地土壤的有机碳、全氮、全磷和全钾的空间分布规律进行了初步研究。结果表明，环型湿地土壤有机碳、全氮、全磷和全钾具有明显的空间水平分异规律，有机质、全氮、全磷的含量由环型湿地中心向边缘逐渐减少，全钾的含量和碳氮比逐渐增加。土壤有机碳、全氮、全磷和全钾在垂直方向上具有明显的分层和富聚现象，自上而下，有机质的含量逐渐降低；全氮含量除漂筏苔草群落外，其他各群落土壤全氮含量呈先增加后减少的分布；大部分植物群落全磷含量呈先减后增的“V”型分布；全钾含量呈表层和底层较高、中间层较低的“中空”状分布。通过相关分析表明，环型湿地土壤有机碳与全氮具有相似的空间分布规律，全钾与有机碳、全氮具有相异的空间分布规律，而全磷具有自己独特的空间分布规律。环型湿地土壤的有机碳、全氮、全磷和全钾的空间分布主要受植物体元素含量、生物过程和水文地貌过程影响，它通过过程影响湿地的功能。研究环型湿地的有机碳、全氮、全磷和全钾的空间分布规律不仅有助于完善湿地土壤形成和发育的理论，探明湿地的生态过程和功能，而且为合理利用和保护湿地提供科学依据。     

海伦黑土有机碳和速效养分空间异质性分析

应用地统计学的方法结合GIS空间分析技术,对海伦市黑土农田区域采集的65个耕层(0~20cm)土壤样本进行了数据处理,并对其全碳、碱解氮、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,海伦黑土全碳、碱解氮和速效钾半变量函数曲线的理论模型符合高斯模型,速效磷的理论最佳模型为球状模型。全碳、碱解氮和速效磷表现为中度空间相关,其空间变异受结构性因子和随机因子的影响各占一半。速效钾属于高度空间相关,其变化主要受结构性因子的影响。土壤全碳与碱解氮具有显著的正相关,二者在空间分布上吻合度较高。全碳和碱解氮都与速效钾呈显著负相关。地统计学分析土壤养分的空间变异特征和1978年海伦县自然资源综合考察对黑土农田土壤肥力调查的结果具有相同的异质性。利用地统计学分析的方法,对区域农业生产合理布局、综合治理水土流失都具有重要的意义。     

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。     

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。     

辽西地区覆膜条件对不同土层土壤氮磷钾累积量的影响

为了探明覆膜技术对辽西半干旱区土壤氮磷钾累积量及其剖面分布状况的影响,本试验以农业部阜新农业环境与耕地保育科学观测实验站为研究平台,设置裸地种植、春季覆膜、秋季覆膜3种处理,通过对土壤剖面各层次全量氮、磷、钾的测定,定量分析辽西半干旱区覆膜条件下土壤全量养分含量及剖面分布差异,结果表明:不同覆膜处理对土壤全量氮、磷、钾累积量影响各不相同。2种覆膜处理可有效提高0～40 cm土层土壤全氮和全磷累积量,与裸地相比,春覆膜与秋覆膜处理可使土壤全氮提高34.4%和21.0%,秋覆膜处理可使全磷累积量提高17.0%。40～60 cm土层,裸地处理全氮、全磷累积量显著高于覆膜处理,其中全氮累积量较春覆膜处理提高65.7%,且为秋覆膜处理的2.16倍;全磷累积则表现为裸地种植比春覆膜和秋覆膜处理分别提高44.2%和39.4%。不同处理间全钾含量差异显著,总体表现为秋覆膜春覆膜裸地。3种处理土壤养分的剖面分布规律也各不相同,覆膜处理土壤全氮和全磷随剖面深度的增加呈逐渐减少的规律,而不覆膜处理则呈现先减少再增加的趋势;不同处理土壤全钾的剖面分布规律相似,即随剖面加深全钾含量均无显著变化,即使是表层土壤也未显示出全钾聚集的特征。     

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。     

喀斯特地区烟田土壤养分的空间变异特征

以我国典型的喀斯特地区—贵州省毕节地区为研究区域,利用地统计学和地理信息系统(GIS)相结合的方法对烟田土壤养分的空间变异特征进行研究,皆在为喀斯特地区烟草种植的平衡施肥及生态环境保护提供依据。描述性统计结果表明,研究区烟田土壤各养分指标均属中等程度变异。半方差函数分析表明,研究区烟田土壤全氮、全钾、速效磷变异函数的最适模型是球状模型,全磷和速效钾的最适模型是线性模型,碱解氮、pH和有机质的最适模型为指数模型;速效磷表现为强烈的空间自相关性,主要受结构性因素影响,而全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效钾、pH和有机质表现为中等空间相关性,受结构性因素和随机性因素共同影响。普通克里格插值的土壤养分空间分布图表明,研究区域内烟田土壤全氮、全钾、速效磷和速效钾含量分布呈现空间连续分布的特点,而全磷、碱解氮和pH、有机质含量没有明显的分布规律,这主要与喀斯特地区复杂的立地因子和人为影响有关。     

不同羊柴密度下风沙土有机碳和全氮含量的空间异质性

运用Matlab 7.0和ArcGis 9.3软件对三种密度羊柴(Hedysarum mongdicum)下沙地土壤有机碳与全氮含量进行了地统计学空间异质性分析。土壤有机碳与全氮含量为112~381 g kg-1及0.13~0.37 g kg-1。各层沙地土壤有机碳的空间异质性随羊柴密度的增加而下降,全氮含量的空间异质性则先下降后上升。低密度羊柴沙地土壤有机碳含量存在空间自相关变化的最大范围较小,最小为15.25 m,土壤全氮含量的变程较大,最大达38.42 m。中高密度羊柴沙地内土壤有机碳含量存在空间自相关变化的最大范围较大,最大达31.49 m,土壤全氮含量的变程较小,最小为8.43 m。羊柴盖度的空间分布异质化过程与土壤有机碳和全氮含量的空间分布异质化过程一致。研究结果可为沙地保护和治理提供理论依据     

曲靖市坡耕地土壤养分的空间变异性及其与利用方式的关系

以云南省曲靖市麒麟区越州镇面积为1 km2的典型性坡耕地为研究区,应用常规统计学方法和地统计学方法,对土壤的全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾、pH和有机质的空间变异规律进行分析,探讨了土地利用方式与土壤养分变异的关系。结果表明:研究区土壤养分空间变异程度以pH值最小,速效磷最大。速效养分、有机质和pH受人为活动影响明显,它们的空间自相关性中等或较弱。有机质、全磷、全钾、碱解氮、速效磷和速效钾等主要养分呈现出西北-东南方向逐渐增高的空间格局,与海拔和地形走势有明显相关性。不同坡位(坡位高低)间的土壤养分差异显著,有机质、全磷、全钾、碱解氮、速效磷和速效钾等养分指标呈现随坡位下降而升高的趋势。土地利用方式对土壤养分含量空间变异性也有明显的影响,施肥强度大的水田土壤养分含量最高,其次为施肥中等的旱地,土壤养分最低的是施肥量小或不施肥的果林和桉树林。     

黄土区村级农田土壤养分空间变异特征研究

本研究选择黄土高原地区陕西省新集村为研究对象。在219hm2耕地上用网格法采集364个表层(0~20 cm)土壤,研究了该村土壤pH,有机质和速效养分(N,P,K,Ca,Mg,S)空间变异性。结果表明:该村98.9%耕地缺N,缺K,缺P比例占11.5%和4.4%。地统计学分析结果表明:土壤有机质、有效N、P、K、Mg、Ca、S具有中等的空间相关性,空间变异程度依次为:OM>P>Ca>K>Mg>N>S,土壤pH的空间相关性很弱。有机质、有效N、S最大相关距离大,达到1853m,pH值最小,为148m,K、Ca、P、Mg最大相关距离分别为717m、720m、1032m和1344m。施肥是导致该村土壤养分空间变异性的主要原因。基于土壤养分状况和空间分布特征,目前仅需要考虑对该村土壤K,P进行分区管理。     

小尺度土壤养分的空间变异及其影响因素探讨—以江苏省无锡市典型城乡交错区为例

以江苏省无锡市城乡交错区为例,在8km2范围内,采集102个土壤表层样,利用地统计学和G IS相结合的方法,研究了土壤全量和速效氮、磷、钾的空间变异特征,并对其影响因素进行了探讨。结果表明土壤养分空间变异程度从大到小依次为:土壤全氮>土壤全磷>土壤速效磷>土壤速效氮>土壤速效钾>土壤全钾。土壤全氮空间变异受到土壤类型的影响,土壤全磷的空间变异与居民点分布有关,土壤全钾空间变异与土壤粘粒关系最密切。土壤全量养分和相应的速效养分具有显著相关关系,在空间分布上,也分别存在不同程度的相似性。同时土壤全磷和土壤速效养分受土地利用影响也较大。研究还表明,城乡交错区土壤氮、磷流失风险增加,需要实施有效措施控制氮、磷肥料的过度施用。     

葛藤覆盖对幼龄橡胶园表层土壤理化性状和酶活性的影响

  【目的】  绿肥覆盖是解决土壤有机质含量低、土壤酸化和养分不平衡的有效途径之一，葛藤作为一种常见的豆科绿肥，研究其覆盖对胶园土壤性状和土壤酶活性的影响，可为绿肥的应用推广、胶园地力提升和橡胶增产增效提供理论依据和技术支撑。  【方法】  以海南儋州幼龄胶园中葛藤覆盖4年的土壤为研究对象，以相同区域无葛藤覆盖的幼龄胶园土壤为对照，采集0—10 cm (上层) 和10—20 cm (下层) 土样，测定了土壤容重、pH、土壤含水量、有机碳、总氮、总磷、总钾、速效磷、速效钾、铵态氮、硝态氮和6种土壤酶 (蔗糖酶、过氧化氢酶、β-1,4-葡萄糖苷酶、脲酶、L-亮氨酸氨基肽酶和β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶) 活性。  【结果】  1) 与无葛藤覆盖相比，种植葛藤提高了土壤有机碳、全氮和全磷含量，增幅分别为4.2%～5.9%、9.1%～11.8%和12.0%～38.1%，上层有机碳和全氮增幅 (5.9%、11.8%) 高于下层 (4.2%、9.1%)，而全磷含量上层增幅 (12.0%) 低于下层 (38.1%)；上层土壤pH明显提高，而下层土壤pH显著下降；2) 种植葛藤显著增加了上层土壤过氧化氢酶和脲酶活性，增加幅度分别为同一土层裸地的327.8%和108.1%，但显著减低了上层土壤蔗糖酶活性 (活性下降为裸地的50.8%)。种植葛藤对两个土层的土壤β-1,4-葡萄糖苷酶、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和L-亮氨酸氨基肽酶活性的影响均不显著；3) 种植葛藤后土壤过氧化氢酶活性与全氮、全钾含量之间呈显著正相关，与速效钾之间呈显著负相关 (P < 0.05)；土壤蔗糖酶活性与全氮、pH、全钾和速效磷均呈显著负相关。裸地土壤中，过氧化氢酶活性与铵态氮呈显著负相关；脲酶活性与有机碳和速效钾分别呈极显著和显著负相关，与pH和全钾分别呈极显著和显著正相关；蔗糖酶活性与pH、全钾呈显著负相关，与速效钾和有机碳呈显著正相关；β-1,4-葡萄糖苷酶和β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性与硝态氮含量均呈显著负相关。  【结论】  葛藤覆盖能有效缓解胶园上层土壤酸化，改善土壤养分状况，提高幼龄胶园0—10 cm土层土壤过氧化氢酶和脲酶的活性，具有一定的改土增效作用。因此，葛藤覆盖是一种提高幼龄胶园表层土壤熟化和综合肥力水平可行的管理措施。     

山东省青州市土壤养分元素有效量及其影响因素

为研究山东省青州市土壤养分元素有效量及其影响因素，通过系统采集分析390件表层土壤样品，获得了N、P、K、Cu、Zn、Mo、B 7种土壤养分元素全量和有效量以及pH和有机质数据，并对其进行了相关性和差异性分析。结果表明：研究区土壤Mo、B元素有效量低，总体表现为缺乏和较缺乏；N元素有效量背景值略高于临界值，分布不规律；P、K、Cu、Zn元素有效量变异系数均大于100%，呈现西低东高的空间分布趋势。相关性分析表明，N、P、K、Cu、Zn、B 6种元素全量与有效量呈显著正相关，测试的7种元素有效量与pH均呈显著负相关，N、K、Zn、B 4种元素有效量与有机质含量呈显著正相关。不同成土母质中，奥陶系和寒武系土壤pH、奥陶系土壤有机质含量显著高于全区，养分有效量在奥陶系土壤中总体较低。不同土壤类型中，粗骨土土壤pH和有机质含量显著高于全区，养分有效量在粗骨土中总体较低。研究区土壤养分元素有效量不仅与元素全量水平关系密切，同时受土壤pH和有机质含量的影响。     

新疆甘家湖梭梭林碳、氮、磷、钾生态化学计量特征

为探讨甘家湖梭梭林的C,N,P,K元素化学计量特征,进而揭示该地区梭梭林的养分限制状况和适应策略,以新疆甘家湖国家级自然保护区3种植被盖度C≥70%(HC),50%≤C70%(MC),30%≤C50%(LC)梭梭林为研究对象,从生态化学计量学角度,测定和分析土壤(0—10cm,10—20cm,20—40cm,40—60cm,60—100cm)及梭梭标准木地上、地下部分中的有机碳、全氮、全磷和全钾的质量分数及计量比值。结果表明:(1)不同盖度梭梭林土壤营养元素及计量比存在差异,有机C和全N含量的变化规律基本相似:HCMCLC,全P和全K含量基本相似:HCLCMC。土壤C∶N较为稳定,不同盖度梭梭林土壤C∶P,C∶K,N∶P,K∶N差异显著,而不同盖度梭梭林地K∶P差异不显著(p0.05)。(2)梭梭植株地上部分仅中盖度N含量和C∶N显著高于低盖度(p0.05);梭梭植株地下部分C,N,P含量、C∶N,N∶P,K∶N在不同盖度之间差异显著,而K含量、C∶P,C∶K和K∶P在不同盖度之间差异不显著(p0.05)。梭梭植株地上和地下部分相比,C含量、C∶N,C∶P和C∶K为地下地上,而N,P,K含量、N∶P,K∶P和K∶N均为地上地下。(3)植株地上部分营养元素与土壤中对应元素多为负相关关系且相关系数较小,而地下部分营养元素与土壤中对应元素则多为正相关关系且相关系数较大。梭梭地上和地下部分,除C和P为负相关外,其余均为正相关,且C∶N和K∶N为显著正相关(p0.05)。综上得出,该地区土壤较为贫瘠,尤其N,P元素匮乏;梭梭生长主要受N限制;梭梭植株根系生长发育受土壤影响更大,植株体营养元素在同化过程中呈一定的比例关系。     

土地利用方式对西南喀斯特土壤碳、氮、磷化学计量特征及酶活性的影响

  目的  探究西南喀斯特土壤碳（C）、氮（N）、磷（P）化学计量特征和酶活性对不同土地利用方式的响应,有利于为西南喀斯特的土地利用调控与生态修复提供决策支持。  方法  本研究以喀斯特高原峡谷（贵州省关岭县花江研究区）亚热带森林（SUF）、疏林（SPF）、灌木林（SHF）、草地（GL）、玉米地（CL）、裸地（BL）及弃荒地（AL）的土壤为研究对象,通过采集其0 ~ 15 cm土层样品,分析土壤C、N、P化学计量特征及酶活性的差异。  结果  ①土壤有机碳含量（SOC）和全氮（TN）含量表现为SPF > AL > BL > SHF > CL > SUF > GL,土壤全磷（TP）含量表现为AL > BL > CL > SPF > GL > SHF > SUF。C∶N表现为SUF > AL > SPF > SHF > CL > BL > GL,C∶P表现为SPF > SUF > SHF > CL > AL > GL > BL,N∶P表现为SPF > SHF > SUF > CL > GL > AL > BL。土壤微生物量碳（MBC）含量则是SPF > SHF > CL > AL > SUF > BL > GL。②脲酶（URE）活性表现为SUF > CL > SPF > SHF > AL > GL > BL,蔗糖酶（SUC）活性表现为BL > AL > SPF > CL > SHF > GL > SUF,碱性磷酸酶（ALP）活性表现为SUF > BL > SHF > SPF > AL > CL > GL,过氧化氢酶（CAT）活性则是CL > AL > BL > SHF > SPF > GL > SUF。③URE与C∶P、N∶P、MBC极显著正相关,与C∶N显著正相关,与TP显著负相关;SUC与TP极显著正相关,与SOC、TN显著正相关;ALP与C∶N、C∶P显著正相关;CAT与TP极显著正相关,与TN显著正相关,与C∶P显著负相关。④在前两个排序轴中土壤理化因子累计解释了土壤酶活性变化的84.83%,按重要性排序依次为pH > 土壤温度 > TP > C∶P > TN > 容重 > SOC > C∶N > N∶P > MBC。  结论  不同土地利用方式土壤C、N、P化学计量特征及酶活性存在显著差异,土壤N∶P < 14表明土壤养分主要受氮限制。影响酶活性的主要土壤理化因子为土壤pH、土壤温度和土壤全磷。