县域土壤有机质空间变异特征及合理采样数的确定

以有机质为例,以高密度土壤养分采样数据为数据源,通过随机抽取生成不同采样密度的样点数据,分析了不同采样密度下土壤有机质的空间变异特征及县域合理采样数。研究结果表明,在一定研究尺度下采样密度对土壤养分的模型拟合、变程和空间相关性没有显著影响,即适当减少样点数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,确定县域土壤有机质合理采样数应控制在400个以上。     

喀斯特洼地表层土壤水分的空间异质性及其尺度效应

空间变异及其尺度问题在土壤学、地理学、水文学和生态学中均处于十分重要的地位,是当前研究热点之一[1~5]。变异结果使得不同景观斑块间的交换过程在从田块到流域的不同空间尺度上产生[6]。因此要实现景观生态过程中的尺度转换,关键是从实测到预测模型的复杂转变[7,8]。在土壤学研究中,观测尺度和模型尺度均包含尺度的三因素,即采样间隔、采样幅度和支撑效应,这三个因素是界定观测或模型空间尺度的必要条件[3]。而随采样尺度变化,土壤水分的表观变异与真实变异出现偏差,这种偏差是观测尺度的函数,可以采用地统计学中的半变异函数进行有效地尺度转化[9]。国内外学者对土壤水分的空间尺度问题作了大量研究。Bl sch     

采样尺度对土壤养分空间变异分析的影响

以高密度土壤养分采样数据为数据源,通过随机抽取生成不同采样尺度的样点数据,分析采样尺度对土壤养分空间变异特征分析的影响。研究结果表明:区域土壤养分预测均值随采样尺度减小呈下降趋势,而变异系数增加;养分空间分布的全局趋势随采样尺度增大而增强,但不影响半方差模型;当采样尺度较大,样点间自相关较弱时,相对较少的样点也能满足区域统计参数估测分析需要,但不能用于空间变异特征和插值分析;当样点数大于最佳采样数时,养分统计参数、空间变异特征和插值分析随着采样尺度减小而精度提高,当采样尺度达到0.2左右时,能够满足中等空间变异的土壤养分空间插值分析需要;样点空间布局对相关距和空间插值分析精度的影响比采样尺度本身更为显著。     

不同尺度下皎口水库水体主要指标空间变异研究

通过不同取样尺度下采集皎口水库水样,测定水体主要指标总氮、总磷、氨氮及高锰酸盐指数含量,研究了地统计分析法在不同取样尺度下对水库水体空间变异的适用性和空间插值的质量。研究结果表明,皎口水库100 m尺度与200 m取样尺度相比,4种主要水质指标在不同取样尺度下空间变异最佳变异模型、插值模拟及空间分布均存在一定差异。空间拟合模型方面,总氮、高锰酸盐指数最佳拟合模型为高斯模型,总磷、氨氮最佳拟合模型为球面模型;结合模型特征参数和空间插值综合评价,总氮和氨氮在200 m取样尺度下表现出较好的空间相关性,插值模拟质量较好,而总磷和高锰酸盐指数则在100 m尺度下表现出一定优势;空间分布上,水体氨氮、高锰酸盐的影响主要是人为因素,总磷受水库内源环境影响较大,而总氮则与库周农业种植等活动密切相关。以上结果表明,总氮和氨氮更适合在200 m尺度下取样,而总磷和高锰酸盐指数宜在100 m尺度下取样。     

区域土壤有机碳空间分布特征与尺度效应

结合当前土壤属性空间分布特征及其尺度效应研究进展和不足,综合采用变异函数理论、空间自相关理论、多重分形理论等方法从土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)空间变异性、相关性和结构性等不同层面深入揭示不同尺度下SOC空间分布特征及其尺度效应。研究结果表明:除了15 km尺度外,基于变异函数分析的其他尺度块基比均小于50%,结构性因素占主导,结构性因素主要包括土壤亚类、土地质地、土地类型等,随机部分带来的空间变异性随着尺度的增加呈现减少趋势;不同尺度下的莫兰指数随着分离距离的增加由完全正值逐渐变小,过渡到正负交替出现的格局,最后完全变为负值,标准化统计量均大于1.96,每个尺度均具有良好的空间结构;不论是瑞利谱图,还是多重分形谱,随着尺度的增加,图谱越来越接近,研究区不同尺度下的SOC在空间上的分布是典型的分维数体;无论何种尺度,基于多重分形克里格法的实测值与预测值特异值空间吻合程度较高,特异值覆盖比率均在85%以上。联合了变异函数、空间自相关、多重分形和多重分形克里格等方法能够从空间变异性、空间相关性、空间结构性等更加深入全面地揭示研究区SOC空间分布特征。研究成果可为相对平坦农业区域土壤有机碳空间分布特征研究提供方法支撑。     

土壤水力特性的空间尺度效应研究进展

研究土壤水力特性的空间尺度效应,在生态水文模拟和农业水肥精准管理方面具有重大意义。水力特性空间变异研究方法主要有统计法、随机模拟法、土壤转换函数法和分形理论法;由于土壤中物理、化学和生物等过程作用的尺度不同,导致其空间变异方式亦不相同,当前主要采用地统计学、谱分析、多重分形和小波分析等方法研究水力特性的尺度效应。研究过程中仍有一些问题需解决,其中尺度转换始终是非常重要的问题,并且要与GIS等技术相结合。     

复杂景观区土壤有机质预测模型的尺度效应

为研究复杂景观区土壤有机质预测模型的尺度效应,探讨不同空间尺度数据综合利用的问题,本文运用回归Kriging方法对河南省登封市土壤有机质进行预测,分析了不同空间尺度数据在建模过程中的作用和影响.结果表明:土壤有机质关于高程因子的趋势属于宏观趋势,以大尺度数据拟合该趋势值效果最优;小尺度数据不适合用于拟合土壤有机质的趋势值,但揭示了小尺度残差值的空间变异细节,增强了大尺度残差值的空间结构性,能够有效提高土壤有机质预测精度.因此,景观复杂区土壤有机质预测中,应基于大尺度数据模拟趋势值,大尺度数据和小尺度数据相结合拟合残差值的空间变异函数以预测残差值,最后趋势值加上残差值得到土壤有机质预测值.     

砂壤质褐土水力特性与物理性质的空间尺度效应——消除趋势波动分析法

土壤水力特性与物理性质的空间异质性及其之间的关系在不同尺度上会有不同表现。采用消除趋势波动分析法对土壤水力特性(田间持水量、萎蔫系数和饱和导水率)和物理性质(机械组成、容重和有机碳含量)进行尺度分析。结果表明,只有在一定尺度范围内才能进行土壤水力特性空间变异分析和尺度转换(外推)。过小的尺度范围内不能摆脱空间相关的束缚,尺度太大时不能抓住主要控制因子,因此无法进行尺度外推。所研究砂壤质褐土田间持水量、饱和导水率、容重和有机碳含量可外推尺度范围较大,分别为55~155、50~125、50~125和50~135 m;砂粒、粉粒和黏粒含量的可外推尺度范围较小,为50~85 m,因此在进行空间尺度转换前应先确定其尺度外推范围。     

两种取样尺度下土壤重金属空间变异特征研究

通过在两种取样尺度下采集重庆地区土壤样品,测定土壤重金属As、Hg、Cd、Pb、Cr含量,研究不同取样尺度下地统计学方法对土壤重金属空间分析的实用性和空间插值质量。研究结果表明,除小尺度中As、Cd、Cr呈正态分布,小尺度中的Pb、Hg和大尺度中As、Hg、Cd、Pb、Cr均呈偏态分布。各重金属变异系数存在明显空间变异(CV介于23.2%~24.1%),小尺度下空间变异较小,大尺度下空间变异大。在两种取样尺度下,土壤重金属均存在典型的半方差结构,表明采用地统计学方法进行重金属空间变异分析是可行的。在小尺度下,各重金属块金系数介于0.112~0.736之间,表明具有强或中等空间自相关;在大尺度下,块金系数介于0.301~0.570之间,表明具有中等空间自相关。空间插值和交互检验结果表明,As、Cr、Hg、Cd在小尺度下的空间估测结果能准确地反映变量的空间变异,在大尺度下估值有偏差,Pb在两种尺度下的估测结果均有偏差。     

基于GIS的土壤侵蚀预测与评价研究进展

地理信息系统(GIS)以其在数据管理、空间分析及结果可视化等方面的优势,被广泛应用于不同空间尺度土壤侵蚀预测与评价。分别对GIS在小流域和区域尺度的土壤侵蚀预测与评价研究进行了评述,在土壤侵蚀预测与评价中,应建立一体化的GIS土壤侵蚀定量模型,并加强GIS在土壤侵蚀多空间尺度转换研究中的应用。     

热脉冲法测定土壤热性质的研究进展

土壤热性质包括土壤热容量、热扩散率和导热率等,是决定土壤热状况的内在因素,与土壤水分状况之间关系密切。热脉冲—时域反射仪方法所用成本低,对土壤扰动小,测试时间短,具有很多优点,因此在测定土壤热性质方面具有很大的潜力。该方法在国外已得到了大量应用,在国内应用却很有限。本文综述了土壤热性质的计算模型及研究现状,重点针对近年来国内外研究土壤热性质的新方法———热脉冲法的理论和技术发展,及其在土壤水和其他物理性质应用方面的进展。该方法在国内相关研究领域里有进一步推广的意义。     

除草剂草甘膦的性质及环境行为综述

草甘膦是一种广谱、非选择性芽后除草剂,它被越来越广泛地应用于农业。本文总结了草甘膦的一些基本性质及其在环境中的行为和降解机理,概述了国内外的研究现状,及影响其在土壤环境去向的一些因素,如土壤性质、磷酸盐、重金属和DOC的存在等,为进一步研究提供一些建设性的参考。     

水稻少免耕栽培研究进展

本文综述了水稻免耕栽培的研究进展,综合介绍少免耕对稻田土壤理化性状、土壤微生物以及稻田杂草环境变化的影响,重点分析了少免耕水稻生长发育及产量形成等方面的研究进展,提出了今后水稻免耕栽培技术的研究重点和发展方向,提出了需重点加强研究解决的技术对策。     

生物结皮对荒漠地区土壤及植物的影响研究述评

 生物结皮是目前防沙治沙的一种重要措施。通过对国内外生物结皮研究的回顾,简要总结了生物结皮对荒漠地区土壤理化性质及植物的影响。生物结皮对其下层土壤的影响主要表现在土壤的机械组成、土壤盐分、土壤养分等方面。生物结皮具有明显的养分、盐分和细粒物质的聚集作用,对表层土壤发育有积极的意义。生物结皮及下部土壤细粒的增加,提高了土壤的吸湿性和持水性,但对降雨入渗的影响尚无定论。在生物结皮的发育过程中,其与维管植物萌发和定居间的关系也存在几种不同的观点。对生物结皮的研究是目前防沙治沙研究的一个重要领域,其对荒漠地区的土壤及植被某些方面的影响目前并未形成一致的结论,其形成机制、生物组成、演替规律、对后续植物定居的影响等,均是需要进一步深入研究的科学问题。     

Soil enzymes in a changing environment: Current knowledge and future directions

This review focuses on some important and challenging aspects of soil extracellular enzyme research. We report on recent discoveries, identify key research needs and highlight the many opportunities offered by interactions with other microbial enzymologists. The biggest challenges are to understand how the chemical, physical and biological properties of soil affect enzyme production, diffusion, substrate turnover and the proportion of the product that is made available to the producer cells. Thus, the factors that regulate the synthesis and secretion of extracellular enzymes and their distribution after they are externalized are important topics, not only for soil enzymologists, but also in the broader context of microbial ecology. In addition, there are many uncertainties about the ways in which microbes and their extracellular enzymes overcome the generally destructive, inhibitory and competitive properties of the soil matrix, and the various strategies they adopt for effective substrate detection and utilization. The complexity of extracellular enzyme activities in depolymerising macromolecular organics is exemplified by lignocellulose degradation and how the many enzymes involved respond to structural diversity and changing nutrient availabilities. The impacts of climate change on microbes and their extracellular enzymes, although of profound importance, are not well understood but we suggest how they may be predicted, assessed and managed. We describe recent advances that allow for the manipulation of extracellular enzyme activities to facilitate bioremediation, carbon sequestration and plant growth promotion. We also contribute to the ongoing debate as to how to assay enzyme activities in soil and what the measurements tell us, in the context of both traditional methods and the newer techniques that are being developed and adopted. Finally, we offer our collective vision of the future of extracellular enzyme research: one that will depend on imaginative thinking as well as technological advances, and be built upon synergies between diverse disciplines.     

土壤裂缝研究进展

土壤开裂是一个复杂的物理过程,裂缝形成对土壤性状、作物生长以及水分溶质运输均有重要影响。本文介绍了目前国际上土壤裂缝的表征指标体系及指标测定方法,并讨论分析了裂缝与土壤属性、裂缝发育与植被生长、裂缝形成与土壤入渗和溶质运输等方面的最新国际研究进展,在此基础上,对我国今后的土壤裂缝研究工作的方向和重点提出了建议。     

近60年我国土壤侵蚀科学研究进展

在系统总结我国近60年土壤侵蚀科学研究取得的成就的基础上,通过分析与整合,重点介绍全国土壤侵蚀时空特征与动态变化、土壤侵蚀过程及其调控机制、黄河泥沙来源与粗泥沙集中来源区的界定、风力侵蚀机制及沙漠化防治、侵蚀环境演变与调控等5个对土壤侵蚀学科发展有重大意义的进展,提出了我国土壤侵蚀学科亟待加强的3个领域。     

流域侵蚀产沙的尺度变异规律研究

 侵蚀产沙的尺度变异规律,是当今土壤侵蚀研究的前沿,它涉及的研究范围广泛,小到土壤颗粒,大到全球气候变化与碳循环过程。特别是不同尺度流域之间侵蚀产沙和输移,究竟有什么样的内在联系,小流域所获得的研究成果是否能推广应用到大中流域,已成为迫切需要解决的重要科学问题。有关流域侵蚀产沙与输移过程随流域尺度复杂变化的研究,国际上刚刚开始,国内有关流域尺度研究主要涉及于水文学领域的一些尺度研究,关于流域侵蚀产沙与输移过程随流域尺度复杂变化的研究不多。作者对国外当前土壤侵蚀模型的最新进展进行了综述,并对侵蚀产沙的尺度变异规律进行了分析。由于具有GIS强大的空间数据管理和分析能力,它将在流域侵蚀产沙尺度变异这一侵蚀产沙的问题研究中发挥重要作用。     

花生连作土壤障碍机制研究进展

花生是我国主要经济作物和油料作物,连作障碍问题严重影响花生的产量与品质,制约着我国花生产业可持续发展。已有研究认为自毒物质积累、病菌增加、土壤微生物群落失衡及土壤理化性质恶化是花生连作障碍的主要因子,但大多停留在单因子水平上,有的认识缺乏直接的证据。本文简要综述了花生连作障碍的危害、机制及调控措施,结合作者近几年来相关研究,主要从花生根系分泌物效应、化感物质存留特征、土壤生物群落演变等方面介绍了花生连作障碍机制研究进展,最后对花生连作障碍的进一步研究及防控技术发展方向提出展望。     

土壤种子库研究进展

在浏览国内外大量文献的基础上，从土壤种子库研究意义、国内外研究现状和目前研究的热点问题等方面论述土壤种子库的研究进展。针对目前土壤种子库研究的热点问题，主要从土壤种子库的分类、种子质量和种子休眠之间的关系、种子库的水平分布及种子库与地上植被的关系等方面进行讨论，指出其在遗传结构和扩散等研究内容及方法方面所存在的问题，并提出了相应的建议。