保护地不同灌溉方法表层土壤pH小尺度的空间变异

基于保护地定位灌溉试验,采用经典统计学和地统计学的方法,以网格取样方式采集不同灌溉方法(沟灌、滴灌、渗灌)表层土壤,研究微尺度下土壤pH值的空间变异特征及空间分布。结果表明:经6年灌溉,沟灌处理pH显著降低,沟灌和滴灌0～5cm土层土壤pH表现为中等空间自相关,而其5～10cm和渗灌0～5cm和5~10cm的土壤pH表现为弱空间相关,水分的供给方式和数量影响土壤pH的空间变异。     

采伐干扰对华北落叶松林下土壤水分、pH和全氮空间变异的影响

以关帝山华北落叶松林下土壤为研究对象,选择采伐干扰样地A(人工间伐)和未采伐干扰样地B,采用地统计学小支撑、多样点的布点采样设计;用根钻法(直径Φ=7.0 cm)分别采取0~10、10~20、20~30 cm三层土壤样品。分析测定了土壤含水量、pH和全氮含量,采用传统统计和地统计学变异函数相结合的方法进行数据分析。结果表明:(1)采伐干扰样地A,土壤含水量降低,土壤含水量的变异减小。0~10 cm土层,未采伐干扰样地B,土壤含水量呈现强的异质性(C0+C=12.12),空间变异特征较复杂(分维数D=1.944);采伐干扰样地A异质性程度降低(C0+C=10.39),在较小尺度(0.5~12.9 m)上表现出空间自相关变异。(2)未采伐干扰样地B土壤pH为6.69,采伐干扰样地A土壤pH升高(6.86);采伐后土壤pH空间自相关变异减少,随机性变异增强。(3)未采伐干扰样地B土壤全氮含量(0~30 cm)均值为0.106 g kg-1,采伐干扰样地A(0.022 g kg-1)土壤全氮含量显著降低。未采伐干扰样地B土壤全氮的空间异质性特征明显,主要呈现较小尺度的空间自相关变异;采伐干扰样地A土壤全氮异质性强度明显降低,而空间变异尺度加大。土壤含水量、pH和全氮含量空间异质性的垂直分异均表现为随土层深度的增加而减小。     

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.     

长期定位试验地耕层土壤氮素空间变异性及其应用

采用地统计学与经典统计学相结合的方法,对中国科学院沈阳生态实验站长期定位试验地耕层土壤全N和碱解N空间变异性特征进行分析的结果表明,在30m×42m的田间尺度下土壤全N和碱解N在0～10cm和10～20cm两个层次的空间变异主要受结构性因子的影响,在135°方向的变异相对较强,说明观测试验地较为均一的田间管理使得随机因子引起的空间变异所占比例大大减弱。根据变异系数和分形维数分析结果,可以认定试验地能够达到长期定位监测的要求。相对误差为5%时采集17个和29个土样可分别达到95%和99%的置信水平,结合克里格插值得出的土壤N素空间分布图,可以确定更为理想的取样方案。     

土壤养分变异与合理取样数量

利用地统计学方法、地理信息系统技术 ,结合土壤养分状况系统研究法对一定条件下的土壤合理取样数量作了细致的研究。结果表明 ,大部分土壤养分都具有较为良好的半方差结构 ,空间自相关距都比较大。在平衡取样成本和精确度的前提下必须考虑土壤养分的空间变异程度。利用地理信息系统等手段可以充分表现土壤养分变异的分布情况 ,从而为设置取样点提供依据。在本研究条件下 ,利用分层取样的最适分配法获得 34.5hm2耕地上的最佳取样数量 ,针对土壤速效钾的取样以 95%的置信水平 10%的相对误差为宜 ,取样数量为 24个 ;针对土壤速效磷的取样以 95%的置信水平 20%的相对误差为宜 ,取样数量 10个。     

安徽省六安地区土壤pH空间变异特征及其影响因素

本文对安徽省六安-霍山地区土地质量地球化学调查项目取得的1295个土壤表层样品（0 ~ 20 cm）的pH值进行了统计分析,深入探讨了其空间变异特征及其影响因素。结果表明,研究区表层（0 ~ 20 cm）土壤pH变化幅度为3.97 ~ 8.09,平均值为5.38。90.57%的土壤样品pH值在研究区5.0 ~ 6.5范围内,呈酸性,局部地区土壤的pH值在5.0以下,呈强酸性;少量土壤样品呈中碱性（7.5 ~ 8.5）,研究区土壤pH值整体呈现北高南低的分布特征。全区表层土壤pH呈正态分布,变异系数为7%,属于弱空间变异性。地统计学分析结果表明,研究区表层（0 ~ 20 cm）土壤pH的变异函数的最优理论模型为指数模型,块金效应值为0.387,表明受到人为因素和结构性因素的共同影响,土壤pH值具有中等程度的空间相关性。相关分析表明,研究区土壤pH值空间变异的主要控制因素为土壤类型、成土母质、地貌类型和土地利用方式,分别能独立解释研究区19.1%、11.1%、9.3%和2.5%的土壤pH值空间变异。此外,CaO、P、K₂O、S元素含量与土壤pH呈弱负相关。因此,土壤类型和成土母质是安徽省六安-霍山地区土壤酸化最主要的影响因素。     

荒漠化地区土壤理化性质及其对胡杨林生长的影响

天然植被是抑制荒漠化过程及保护生物多样性的重要因素。为探讨荒漠化地区的土壤理化性质及其与胡杨林生长间的关系,以塔里木胡杨国家级自然保护区为研究区,采用样地调查、取样试验与分析相结合的方法,比较了区内不同样地的土壤理化性质与胡杨长势。结果表明:研究区内土壤机械组成在塔河南岸以粉粒为主,北岸以细砂粒占优势,胡杨林在粉质、砂质壤土上长势良好;胡杨生长良好地区土壤pH值在7.83~8.00;0—20cm土层有机质在0.33%~0.80%,含盐量在0.42%~6.28%,盐分以水溶性硫酸盐与氯化物为主,不同样地土壤理化指标差异显著。在塔河中游荒漠绿洲地带,土壤盐碱化是影响胡杨林繁衍发育的主要因素,排盐在促进胡杨更新复壮过程中至关重要。     

四川盆地耕地土壤pH空间变异特征及影响因素

基于四川盆地4362个耕地表层土壤（0~20cm）采样点数据，采用地统计学法、方差分析和回归分析法分析了该区域耕地表层土壤pH的空间分布特征及其不同影响因素对土壤pH空间变异的影响程度。结果表明：研究区土壤pH值在3.53~8.76之间，平均为6.54，以微酸性至中性为主；变异系数为18.89%，属于中等程度的空间变异。半方差分析表明，指数模型为该区域土壤pH变异的最佳拟合模型，块金效应为49.97%，属于中等程度的空间自相关性，受结构性因素和随机性因素共同影响。空间分布上，整体呈现北高南低、西高东低、中间高四周低的空间分布格局。回归分析结果表明，土壤pH的空间变异主要受到土壤类型、降雨量、地形和耕地利用方式的影响。其中，土壤类型和降雨量分别能独立解释14.6%和11.6%的土壤pH空间变异，是该区域土壤pH空间变异的主控因素。     

稻田变量施肥作业图的形成与施肥模型应用

对130hm~2弱碱性壤质水稻田的土壤养分空间变异进行研究,将田块划分为75m×75m的网格,采用DGPS定位取0～20cm表层土样281个,应用地统计学的方法对测定数据进行分析结果表明,土壤有机质、水解氮、有效磷和有效钾等养分的空间分异特性有明显差异,75m的取样间距较好地反映土壤养分的空间变异状况。利用土壤养分丰缺判断指标和结合Kriging内插法,绘制出养分的空间分异等值线图,并建立N、P、K肥变量施用的数学模型。水稻施肥试验产量稳定保持在8250～9000kg/hm~2。     

祁连山西段青海云杉林土壤养分特征研究

通过野外取样和实验室分析,对祁连山西段青海云杉林的土壤养分进行了研究。结果表明：（1）土壤全氮、全磷、全钾和有机质的平均含量依次为（0.29±0.01）%、（0.051±0.001）%、（1.990±0.019）%和（7.96±0.40）%,空间变异程度均属中等变异。同时,10个样地单因素方差分析表明除土壤全磷含量总体均值为极显著外（F〉F0.01）,全氮、全钾和有机质含量在不同样地的总体均值差异均不显著（F〈F0.05）。（2）在土壤剖面上,随土层深度的增加,土壤全氮、有机质含量先增加后降低;土壤全磷含量逐渐增加,但其差异不大;土壤全钾含量呈现出先增加后降低;在剖面空间变异除土壤全钾含量为弱变异性,其他养分变异程度均属中等水平。（3）土壤表层（0-10 cm）土壤有机质含量与全氮含量呈极显著正相关,土壤有机质含量与土壤全磷呈显著正相关,与土壤全钾含量相关性不显著。     

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。     

应用土壤质地预测干旱区葡萄园土壤饱和导水率空间分布

田间表层土壤饱和导水率的空间变异性是影响灌溉水分入渗和土壤水分再分布的主要因素之一,研究土壤饱和导水率的空间变化规律,有助于定量估计土壤水分的空间分布和设计农田的精准灌溉管理制度。为了探究应用其他土壤性质如质地、容重、有机质预测土壤饱和导水率空间分布的可行性,试验在7.6 hm2的葡萄园内,采用均匀网格25 m×25 m与随机取样相结合的方式,测定了表层(0～10 cm)土壤饱和导水率、粘粒、粉粒、砂粒、容重和有机质含量,借助经典统计学和地统计学,分析了表层土壤饱和导水率的空间分布规律、与土壤属性的空间相关性,并对普通克里格法、回归法和回归克里格法预测土壤饱和导水率空间分布的结果进行了对比。结果表明:1)土壤饱和导水率具有较强的变异性,平均值为1.64 cm/d,变异系数为1.17;2)表层土壤饱和导水率60%的空间变化是由随机性或小于取样尺度的空间变异造成;3)土壤饱和导水率与粘粒、粉粒、砂粒和有机质含量具有一定空间相关性,而与土壤容重几乎没有空间相关性;4)在中值区以土壤属性辅助的回归克里格法对土壤饱和导水率的预测精度较好,在低值和高值区其与普通克里格法表现类似。研究结果将为更好地描述土壤饱和导水率空间变异结构及更准确地预测其空间分布提供参考。     

美国新墨西哥州卡皮林火山土壤性质的空间变异性

Non-agricultural lands are surveyed sparsely in general. Meanwhile, soils in these areas usually exhibit strong spatial variability which requires more samples for producing acceptable estimates. Capulin Volcano National Monument, as a typical sparsely-surveyed area, was chosen to assess spatial variability of a variety of soil properties, and furthermore, to investigate its implications for sampling design. One hundred and forty one composited soil samples were collected across the Monument and the surrounding areas. Soil properties including pH, organic matter content, extractable elements such as calcium (Ca), magnesium (Mg), potassium (K), sodium (Na), phosphorus (P), sulfur (S), zinc (Zn), and copper (Cu), as well as sand, silt, and clay percentages were analyzed for each sample. Semivariograms of all properties were constructed, standardized, and compared to estimate the spatial variability of the soil properties in the area. Based on the similarity among standardized semivariograms, we found that the semivariograms could be generalized for physical and chemical properties, respectively. The generalized semivariogram for physical properties had a much greater sill value (2.635) and effective range (7 500 m) than that for chemical properties. Optimal sampling density (OSD), which is derived from the generalized semivariogram and defines the relationship between sampling density and expected error percentage, was proposed to represent, interpret, and compare soil spatial variability and to provide guidance for sample scheme design. OSDs showed that chemical properties exhibit a stronger local spatial variability than soil texture parameters, implying more samples or analysis are required to achieve a similar level of precision.     

短距离样点对土壤呼吸空间变异预测精度的影响

不同采样设计会对土壤呼吸空间变异特征的预测精度产生重要影响。本研究选取黄淮海平原北部潮土区1 km×1 km夏玉米样地,在7×7单元规则格网(样点间距167 m)、完全随机(样点平均间距433 m)以及3×3单元规则格网+完全随机(样点平均间距405m)3种布点方式的基础上,保持样本总量(49)不变,以占总样点2%～14%的短距离样点(样点间距4m)随机替换原方案相应样点个数的方法优化布点方式,应用普通克里金法插值,以均方根误差(RMSE)和确定系数(R2)作为验证指标,检验基于3种布点方式设置的短距离样点对土壤呼吸空间变异预测精度的影响。结果表明:研究区土壤呼吸平均速率为2.65μmol·m?2·s?1,空间分布均呈西高东低,表现出中等程度变异。采样设计对土壤呼吸空间分布的预测精度影响显著,基于3种布点方式设置短距离样点可提高预测精度7%～13%。无短距离样点替换时,规则格网+完全随机的布点方式最优,比完全随机布点和规则格网布点的空间插值预测精度分别提高10%和22%;设置短距离样点替换后,在最优布点方式(规则格网+完全随机)中,对土壤呼吸空间变异的预测精度可再提高4%～7%,其中短距离样点个数占样本总量10%对土壤呼吸空间变异预测精度的提高最为明显。研究发现,基于相同的样本数量设置短距离样点可增加区域范围内样点密度,提高土壤呼吸空间变异预测精度及试验结果的可靠性。因此,在黄淮海平原北部潮土区100 hm2尺度的夏玉米样地中,规则格网+完全随机+10%短距离样点的布点方式是预测土壤呼吸空间变异最适宜的采样布点方式。     

Variability in soil properties at different spatial scales (1 m-1 km) in a deciduous forest ecosystem

The purpose of this research was to test the hypothesis that variability in 11 soil properties, related to soil texture and soil C and N, would increase from small (1 m) to large (1 km) spatial scales in a temperate, mixed-hardwood forest ecosystem in east Tennessee, USA. The results were somewhat surprising and indicated that a fundamental assumption in geospatial analysis, namely that variability increases with increasing spatial scale, did not apply for at least five of the 11 soil properties measured over a 0.5-km² area. Composite mineral soil samples (15 cm deep) were collected at 1, 5, 10, 50, 250, and 500 m distances from a center point along transects in a north, south, east, and westerly direction. A null hypothesis of equal variance at different spatial scales was rejected (P?0.05) for mineral soil C concentration, silt content, and the C-to-N ratios in particulate organic matter (POM), mineral-associated organic matter (MOM), and whole surface soil. Results from different tests of spatial variation, based on coefficients of variation or a Mantel test, led to similar conclusions about measurement variability and geographic distance for eight of the 11 variables examined. Measurements of mineral soil C and N concentrations, C concentrations in MOM, extractable soil NH₄-N, and clay contents were just as variable at smaller scales (1-10 m) as they were at larger scales (50-500 m). On the other hand, measurement variation in mineral soil C-to-N ratios, MOM C-to-N ratios, and the fraction of soil C in POM clearly increased from smaller to larger spatial scales. With the exception of extractable soil NH₄-N, measured soil properties in the forest ecosystem could be estimated (with 95% confidence) to within 15% of their true mean with a relatively modest number of sampling points (n?25). For some variables, scaling up variation from smaller to larger spatial domains within the ecosystem could be relatively easy because small-scale variation may be indicative of variation at larger scales.     

Spatial scaling of soil salinity indices along a temporal coastal reclamation area transect in China using wavelet analysis

High spatial variability of soil salinity in coastal reclamation regions makes it difficult to obtain accurate scale-dependent information. The objectives of this study were to describe the spatial patterns of saline-sodic soil properties (using soil pH, electrical conductivity (EC_1:5) and sodium ion content (SIC) as indicators) and to gain knowledge of the scaling relationships between those variables. The soil pH, EC_1:5 and SIC data were measured at intervals of 285 m along a 13,965-m temporal transect in a coastal region of China. The spatial variability of soil pH was weak but it was strong for soil EC_1:5 and SIC at the measurement scale. There was a significant positive correlation between soil EC_1:5 and SIC, while correlations between soil pH and either EC_1:5 or SIC were weak and negative. For each saline-sodic soil parameter, the variability changed with the decomposition scales. The high-variance area at the larger scales (≥570 m) occupied less than 10% of the total area in the local wavelet spectrum, which meant that the spatial variations of the salinity indicators were insignificant at these scales. For local wavelet coherency, at a scale of 1500–2800 m and a sampling distance of 0–4500 m, the covariance was statistically significant between any two of the saline-sodic soil parameters.     

盐碱地土壤养分的空间变异及合理取样密度研究

本研究以东营市河口区新户土地开发项目二期为研究区,运用经典统计法和地统计分析相结合的方法,对土壤有机质、速效磷、速效钾、碱解氮等养分以及土壤全盐的空间变异性质进行研究,并对不同采样密度下有机质的空间插值结果进行分析比较,用均方根误差和相关系数检验不同密度下的插值精度,以确定盐碱地有机质的合理取样密度。结果表明,研究区速效钾的变异系数为18.4%,属于低等程度的变异;有机质、碱解氮、速效磷、土壤全盐的变异系数在57.4%~76.9%之间,属中等程度变异。研究区的各种土壤属性均具有较好的空间结构,表现出一定的空间自相关性。有机质和速效钾的空间变异性主要影响因素与成土母质、土壤类型、气候条件等有关,而碱解氮、速效磷、土壤全盐的空间变异性与耕作方式及农业生产中施肥等有关。随着采样点密度的增加,克里格插值精度提高,适当减小样点密度可以满足插值分析的需要,充分考虑土壤养分空间变异评价的精度分析,确定研究区土壤有机质合理取样数为111个,合理取样单元为48 hm~2,合理取样间距为692 m。     

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.     

果园土壤含水量适宜取样间距研究

在烟台一果园内进行土壤含水量采样后,对土壤水分空间变异特征和土壤水分适宜采样间距进行了研究。结果表明土壤水分实验变异函数符合球状模型,土壤水分空间分布存在几何各向异性,各向异性比为1.01,方向容差为60°,0°方向的滞后距离最大为6.7 m,90°方向的滞后距离最小为4.4 m;对比了东西方向5.7 m、11.4 m、17.1m和南北方向3 m、6m等不同采样间隔的插值精度,结果表明本果园适宜的采样间隔东西方向为5.7 m,南北方向为3 m。