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。     

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.     

湘中南土地整理后烟田土壤肥力指标评价及空间变异特征

掌握土地整理区土壤养分特征已成为烟田快速培肥和提升土壤质量的首要问题。采用GIS与地统计学相结合的方法,评价了土地整理后烟田土壤养分等肥力指标的适宜性等级状况及其空间变异特征。结果表明:研究区土壤偏酸,有机质、碱解氮含量普遍缺乏,存在较大面积的缺钾现象;各肥力指标均属于中等变异,变异系数大小顺序依次为有效磷 > 速效钾 > 碱解氮 > 有机质 > 全氮 > 全磷 > 全钾 > pH值。有机质和速效钾的变异函数比较符合指数模型,全钾、碱解氮用高斯模型拟合效果好,而pH值、全磷、全氮和有效磷则以球状模型拟合效果最佳。肥力指标的块金系数[C₀/（C₀+C）]中,土壤有机质、全钾、碱解氮分别为0.903,0.998,0.823,空间相关性较弱;而pH值、全氮、全磷和有效磷的块金系数[C₀/（C₀+C）]变化范围为0.501~0.724,具有中等空间相关性;各肥力指标空间变程为99~1 003 m,最大和最小值分别为全钾和碱解氮;各肥力指标表现出不同的空间分布特征,其中,pH值呈斑块状,碱解氮及全钾呈条带状,全磷整体上呈从北至南含量增加的梯度分布格局。     

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     

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。     

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。     

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。     

林地开垦对黄土区坡面土壤养分空间分布的影响

研究黄土高原侵蚀环境下林地开垦后坡面土壤养分空间分布状况,确立林地开垦后侵蚀驱动的坡地土壤养分空间变异特征。以黄土高原丘陵区子午岭林地和开垦28年的侵蚀坡面为研究对象,分析土壤主要性质和养分含量的变化情况,运用经典统计学和地统计法分析坡面土壤基本性质和养分空间分布规律。林地开垦后坡面土壤pH增加了0.24个单位,有机质、全氮、全磷和铵态氮、硝态氮、速效磷和速效钾分别降低了13.77,1.14,0.10 g/kg和6.05,1.63,4.99,58.44 mg/kg。林地的土壤有机质、全氮和全磷的变异系数大于开垦地,而pH和各速效养分的变异系数小于开垦地。开垦后中坡位和下坡位养分含量减少幅度较大,上坡位减少幅度较小。林地和开垦地的土壤各指标都呈中等或强烈的空间自相关。林地开垦增强了有机质、全氮、全磷、铵态氮、速效磷和速效钾的空间异质性,但减小了pH的空间异质性,地形等结构性因子主导了土壤养分空间异质性的形成。林地开垦后,pH、有机质、全氮和全磷变程增大,铵态氮、硝态氮和速效钾变程减小,速效磷在2个坡面上的变化趋势不一致。研究结果表明林地开垦极大地减少了坡面土壤养分含量,但减少幅度与坡位和坡面形态有关。同时,开垦增大了坡面土壤有机质、全氮和全磷的空间依赖性,减小了速效养分的空间依赖性。     

区域尺度生物结皮下伏土壤养分的空间分布特征——以毛乌素沙地为例

作为旱区广泛分布的活性地被物,生物结皮对荒漠生态系统的养分循环具有重要的影响,目前有关区域尺度生物结皮养分效应的认识还非常有限。本研究选取基本覆盖毛乌素沙地全域的146个样点,以地统计学结合多元统计分析的方法,深入探讨了区域尺度上旱区荒漠生物结皮下伏土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)的空间异质性、分布格局及其影响因素。结果表明：生物结皮提升了荒漠土壤养分含量,3种养分含量的变异系数（CV）中等,变异性大小顺序为CVTP（60.5%）＞CVSOC（37.9%）＞CVTN（30.8%）;不同养分的空间变异特征不同,TP最佳拟合模型为线性模型,空间自相关性强烈,SOC、TN为指数模型,空间自相关性中等;受到植被状况、地表水热平衡状况等因素的直接或间接影响,在区域尺度上生物结皮下伏土壤养分含量在研究区东部较高,西南部较低;TP含量自东向西递减,SOC、TN含量自东向西呈现高-低-高-低的带状分布特点,二者具有极显著正相关关系（r=0.818,p＜0.01）。     

鲁中南药乡小流域林地土壤有机碳空间分布特征

土壤有机碳库是全球碳循环和气候变化研究的核心内容,以鲁中南山区药乡小流域林地土壤为研究对象,应用地统计学和GIS技术,研究林地土壤有机碳的空间异质性分布特征。结果表明:1)土壤有机碳和全氮、全磷质量分数随土壤层深度增加而减小,土壤有机碳质量分数在0~10和10~30 cm土层之间差异极显著;全氮和全磷质量分数在0~10和10~30 cm土层之间差异显著。2)0~10 cm土层的有机碳质量分数与全氮质量分数、海拔呈极显著正相关,与全磷质量分数呈显著正相关;在10~30 cm土层有机碳质量分数与全氮质量分数、海拔呈显著正相关。3)土壤有机碳质量分数的半方差函数模型属于高斯模型,0~10 cm土层有机碳质量分数具有强烈的架构化区域模式;10~30 cm土层有机碳质量分数表现为中等强度的空间自相关性。4)土壤有机碳质量分数是流域的东部和西北部较高、中南部较低;有机碳质量分数分布由东部和西北部向中南部递减,基本与药乡小流域DEM趋势一致。5)0~10 cm土层的土壤有机碳质量分数分形维数较小,土壤有机碳空间格局较简单;10~30 cm土层的有机碳质量分数分形维数较大,土壤有机碳空间格局较为复杂。不同方位的土壤有机碳质量分数分形维数表明,东-西方向是药乡小流域林地土壤有机碳分布的优势格局。     

Determining and mapping some soil physico-chemical properties using geostatistical and GIS techniques in the Naqade region,Iran

The distribution variability of soil electrical conductivity (EC), pH, clay, sand, CaCO₃, organic carbon (OC) and available potassium (K) in the Naqade region was investigated using a geostatistical method and Geographical Information System (GIS) technique. Two hundred and eighty-two topsoil (0–30 cm) samples were randomly collected and analyzed. pH and clay followed a normal distribution, whereas sand EC, CaCO₃, OC and K were log-transformed. The highest variation was observed for soil EC, and the lowest for soil pH. In the variography analysis, spherical, exponential and gaussian models were best fit on experimental semivariograms. The minimum effective spatial autocorrelation was 1500 m for OC and the maximum effective spatial autocorrelation was 4000 m for sand and K. Strong spatial correlations were noted with sand and CaCO₃ (<25%), whereas values were moderate for clay, EC, OC and K (25–75%). Ordinary kriging was utilized for the interpolation of estimated variable determinations in unsampled sites. It was found that soil properties in this study area were strongly influenced by both environmental and natural factors. The results can be used as a source of information for the development and implementation of any further land management and soil and water conservation plans.     

农田沙漠化演变中土壤性状特征及其空间变异性分析

应用经典统计分析和地统计学的方法 ,研究了科尔沁沙地旱作农田 30 0m× 90m尺度下 0～10cm土层土壤理化性状的沙漠化演变及其空间变异性特征。结果表明 ,表层土壤的粗粒化、持水性能和孔隙分布的恶化、以及土壤养分的贫瘠化演变表征了农田沙漠化的发生和发展。在农田沙漠化演变中 ,土壤性状的变异增大 ,变异系数在 5 .9%～ 5 0 .7% ,其空间分布在研究的尺度上有明显的规律性 ,存在明显的空间异质性和格局。变异函数很好地反映了沙漠化演变的趋势、程度和尺度。在研究区域 ,沙漠化发生发展的尺度在南北两个方向从农田边缘到农田中部约 10 0m处。土壤性状之间及其各因子的空间异质性有密切的关系。沙漠化对土壤有机碳和氮磷养分影响显著 ,对pH影响相对较小     

Assessment of Spatial Distribution of Selected Soil Properties using Geospatial Statistical Tools

To gain additional knowledge and better understand forest soil management on a small scale, geostatistical analytical tools were employed to examine the spatial distribution in dry aggregate mean weight diameter (MWD) and other selected soil properties and to assess the possible relationships between MWD and other soil properties. Selected properties of forest soils collected along a 300-m transact in the Nimbia Forest Reserve of Nigeria exhibited moderate to high variability in distribution with sodium ion displaying the greatest variability [coefficient of variation (CV, 91.2%)] and principal component analysis revealed the exchange complex cluster as influencing total variation of field soil properties. The autocorrelation function showed significant spatial correlation from 1 lag in soil organic carbon up to 17 lags (51 m) in soil moisture content (θ). The spherical and Gaussian semivariogram models described the spatial structure of most soil properties; however, for clay, cation exchange capacity (CEC), and soil organic carbon (SOC), an exponential model analyzed their spatial dependence.     

东北典型县域稻田土壤肥力评价及其空间变异

  【目的】  明确东北典型县域稻田土壤肥力空间变异特征，为该区域稻田土壤合理培肥管理提供科学依据。  【方法】  以黑龙江省方正县为研究区域，2017年在该研究区域采取114个代表性点位的稻田土壤，选取容重、pH、全氮含量、有效磷含量、速效钾含量、有机质含量和阳离子交换量作为土壤综合肥力评价指标，采用相关系数法确定各个指标的权重，根据东北稻田土壤特征，选择隶属度函数曲线，并确定隶属度函数转折点，依据模糊数学法的加乘原理，利用各土壤肥力指标的权重值和隶属度值计算土壤综合肥力指数；采用GIS和地统计学相结合的方法，确定各项肥力指标和综合肥力指数的空间变异特征和分布格局；通过主成分分析探究土壤肥力差异的主控因子。  【结果】  描述性统计分析表明，方正县稻田土壤综合肥力指数在0.18～0.99，平均值为0.60。土壤容重和pH的变异系数分别为9.15%和5.69%，属于弱变异强度，其他肥力指标的变异系数在20.01%～36.18%，属于中等变异强度。地统计学研究表明，土壤容重、全氮含量、有机质含量和阳离子交换量的块金系数在39%～50%，它们具有中等强度的空间自相关性，土壤pH、有效磷含量、速效钾含量和综合肥力指数的块金系数均在25%以下，它们具有强烈的空间自相关性。方正县土壤综合肥力指数值在0.70以上的稻田占16%，在0.60～0.70的稻田占45%。各个肥力指标中，土壤有效磷含量和速效钾含量的分布特征与综合肥力指数相似，呈南高北低的分布格局；土壤pH和阳离子交换量由稻区中部向南北方向逐渐降低；土壤容重由西北向东南呈逐渐降低的趋势；土壤有机质和全氮含量均表现为由东南向西北逐渐降低的趋势，土壤有机质含量在30 g/kg以上的稻田占比为97%，土壤全氮含量在1.5 g/kg以上的稻田占比为84%；其中北部蚂蚁河沿岸土壤全氮、有效磷、速效钾和有机质含量相对较低。利用主成分分析得到各项肥力指标的综合得分值由大到小依次为:土壤有效磷含量、速效钾含量、有机质含量、阳离子交换量、全氮含量、pH和容重。  【结论】  方正县61%的稻田土壤肥力处于中等及以上水平，稻田土壤肥力整体呈现出南高北低的分布格局。土壤有效磷和速效钾含量是造成土壤肥力差异的主要因子。     

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。     

Spatial variability of the chemical characteristics of a trace-element-contaminated soil before and after remediation

This study addresses the spatial and temporal variability of soil properties before and after the application of organic and inorganic amendments in a trace-element-polluted soil using statistics and geostatistical methods. The experiment took place in a plot (20×50 m) affected by the acid toxic pyritic sludge from the Aznalcóllar mine (Seville, Spain) in April 1998. Soil samples from 0- to 15-cm depth were collected within 48 locations, on a 14×45 m grid in 2002 and 2003, respectively. The samples were analysed for pH, total organic carbon, total sulphur and total, available and soluble As, Cd, Cu, Pb and Zn concentrations. Classic statistical and geostatistical methods were used to assess variability in contamination levels.All soil properties determined in the plot showed a large variability with high coefficients of variation. In both years, mean values of total concentrations of As, Cd, Cu, Pb and Zn were higher than the background values in the area. In general, amendment application increased soil pH and total organic carbon content and decreased heavy metal solubility, however it did not have a clear effect on total and available trace-element contents. Experimental semivariograms were developed to determine the spatial dependence of soil properties and were adjusted to spherical and linear models with nugget effect. Then, the spatial distribution of the different variables was estimated by kriging to design contour maps. These contour maps can help to identify the pollution patterns and delineate the range of contamination. A spatial similarity pattern among total As and Pb (the lesser mobile elements) and total S content was found in both samplings revealing a correspondence between the contamination and spots of residual sludge. Levels of metal pollution were influenced by soil pH. Despite those clean-up efforts the soil still presents significant levels of pollution related to the presence of remaining sludge in the soil.The kriging-interpolated maps were a very valuable tool in studying pollution and monitoring soil parameters after amendment application at field scale.     

亚热带红壤丘陵典型区土壤全氮的空间变异特征

在GIS支持下,运用地统计学方法分析了耕层土壤全氮的空间变异特征,并在此基础上利用Kriging插值方法绘制了土壤全氮的空间分布图。结果表明,在步长间隔60 m下,土壤全氮具有较强的空间相关性,其相关距离为208 m。在NE30°、NE120°两个方向上具有典型的几何异向性结构特点;在NE60°、NE150°两个方向上具有典型的带状异向性结构特点。Kriging插值结果表明,研究区土壤全氮的空间分布表现为条带状和斑块状分布。土壤全氮高值斑块区的分布与地势相对低洼的地形部位相吻合。地形是影响土壤全氮空间变化的主要因素。     

Relationships between spatial pattern of Locusta migratoria manilensis eggpods and soil property variability in coastal areas

Spatial distribution of Locusta migratoria manilensis eggpods and soil properties (water content at 5 cm depth, salinity, organic matter and pH) was studied by integrating geostatistical analysis and GIS techniques. During 2 years of surveys over the entire study area (6000 ha), extensive data (292 regularly grids with 450-m intervals), coupled with intensive data (2601 regularly grids of 0.5-m separation) were used to characterize spatial patterns of L. m. manilensis eggpods and soil property variability and to explore the relationship between them. Semivariograms indicated the eggpods and four soil properties showed high spatial heterogeneity. The spatial distribution of eggpods, at distances ranging from 50-452 m in spatial autocorrelation, was best described using the spherical model. Spatial autocorrelation in total spatial heterogeneity in soil water content at 5 cm, salinity, organic matter and pH were 76.15, 78.04, 57.19 and 61.85%, respectively, and the scales of spatial heterogeneity were 621, 594, 1014 and 1368 m, respectively. GIS assessment maps of eggpods and soil properties, derived by block kriging, displayed patterns of the locust eggpods and soil property variability at an area-wide scale. Most eggpods (66.27% and 72.24% for 2002 and 2003, respectively) were found at the areas with low salinity (<2.0% approximately), suitable water content at 5 cm (10.1-20.0%). No eggpods were found at such areas with high soil water content at 5 cm (>30%) and salinity (>3%). In a way, the spatial distribution pattern of locust eggpods mainly depended on the soil heterogeneity at the study area. t-Tests indicated that sites between with eggpods and without eggpods were significantly different only in soil water content at 5 cm depth and salinity. The results may provide useful information on sampling in the field, forecasting and monitoring locust plague and reclaiming coastal locust breeding areas in China.