基于GIS的大比例尺度土壤空间变异特性与插值方法

为了提高土壤信息特征的空间分布精度,推动土壤的定量化研究及精准农业的实施,为提高大比例尺度土壤信息特征的空间分布精度提供技术支持.利用地统计学的原理和方法,结合GIS技术对土壤养分的空间变异特性进行了分析和比较,根据旱地和水田中各土壤养分元素的不同空间变异特性选出最优插值方法.结果表明:试验区水田、旱地的有效磷块金值与基台值比值分别为0.802 7和0.749 9,空间变异相关性很弱,其他养分指标的块金值与基台值比值在0.444 1～0.684 8,具有中等的空间相关性;大比例尺度下水田与旱地的最优插值方法均为普通克里格法.     

豫中典型烟田土壤养分空间变异特征分析

利用地统计学方法研究了豫中植烟土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾的空间变异规律。结果表明:4种土壤养分的空间结构模型均符合球状模型;土壤全氮的块金值/基台值25%,表现出强烈的空间相关性;有机质、速效磷和速效钾的块金值/基台值在30%~46%,表现出中等强度的空间相关性,空间自相关距离在274~556 m。利用Kriging法生成土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾的空间分布图,为研究区域开展精准施肥提供了决策参考。     

西昌市耕地土壤有效钼空间变异特征及影响因素分析

采用GIS和地统计相结合的方法,对西昌市耕地土壤耕层有效钼含量的空间分布特征及影响因素进行分析.结果表明:该区域内耕层土壤有效钼含量为( 0.27±0.15 )mg/kg,其空间分布呈带状,土壤有效钼含量变异函数曲线的理论模型能较好地符合指数模型;块金值与基台值之比为6.1％,具有强烈的空间相关性,表明受母质、地形、土壤类型等结构性因素影响较大;不同海拔高度对土壤有效钼含量的影响存在显著差异;不同地貌类型中土壤有效钼含量为平原＞丘陵＞山地,平原与山地之间土壤有效钼含量存在显著差异,但平原与丘陵、丘陵与山地之间无显著差异;成土母质也是影响土壤有效钼空间分布的主要因素.     

浙江宁海农用地土壤有机质和土壤养分空间变异分析

研究农用地土壤有机质和养分的空间变异,为农田管理和测土施肥提供依据,减少农民不必要的成本投入,有利于生态环境保护。以浙江省宁海县为例,采用地理信息系统（GIS）空间分析、地统计学和Kriging插值方法对耕层土壤的有机质、全氮、速效磷和速效钾等4种养分要素的空间变异特征及其影响因素进行了分析。结果表明：土壤有机质、全氮和速效钾变异函数曲线的理论模型符合指数模型,速效磷经对数转换后符合球状模型。土壤有机质、全氮、速效磷的块金值/基台值分别为50.5%,59.7%,50.5%,都具有中等的空间相关性,速效钾的块金值/基台值为77.3%,空间相关性较弱。利用Kriging插值方法,考虑趋势性各向异性,获得了各土壤养分质量分数的空间分布图,分析了空间分布规律,并对高程和土地利用类型对土壤养分空间分布影响进行了分析。研究区土壤养分的空间分布是自然和人为利用因素共同作用的结果。图4表4参7     

光皮树幼林坡地土壤养分空间异质性和分布格局研究

采用地统计学的方法研究闽北光皮树幼林坡地土壤养分(0~20 cm)的空间异质性和分布格局。结果表明:光皮树幼林坡地土壤有机质、易氧化有机碳、水解氮、有效磷和速效钾均有较好的空间自相关性,其自相关函数均为由正相关向负相关方向发展,拐点为35~66 m;不同土壤养分的空间变异特征差异较大,易氧化有机碳的最佳拟合模型为指数模型,其余指标的最佳拟合模型均为高斯模型;除土壤有机质块金值/基台值的比值大于25%,呈现中等程度空间变异外,其余4个速效养分指标的块金值/基台值比值均小于25%,具有强烈的空间自相关,其空间变异主要由结构性变异引起,随机因素的影响较小;SOM、ROC和AP空间分布的连续性相对较好,其次为AN,AK的空间连续性较差,破碎化程度高,在小尺度上形成强烈的变异;坡面尺度土壤养分的空间异质性,不仅与坡位、微地形等环境因素有关,研究区采伐残余物输入的空间不均一性和炼山也可能对养分的空间变异有重要影响。     

江苏滩涂围垦区土壤养分空间变异研究

采用地理信息系统(GIS)和地统计方法,研究20世纪80年代初围垦王竹垦区的土壤养分空间变异特征.结果表明:有机质、碱解氮、全磷、速效磷块金基台比介于7.9%～19%之间,表现出强烈的空间相关性;土壤pH值、全氮、全钾、速效钾的块金基台比值介于29.8%～49.9%之间,表现出中等的空间相关性.土壤pH值、全氮、全磷、全钾的空间分布呈带状,以较大区域变异为主;碱解氮、速效钾的空间渐变性稍差,以中等大小区域变异为主;有机质、速效磷的空间分布呈团状,以较小区域变异为主.土壤各养分的空间分布图可直观表示出各养分的空间变异特征和丰歉程度,样区有机质含量处于中低水平,碱解氮含量极低,速效钾、速效磷含量较高.建议多施氮肥和有机肥,少施或不施钾肥和磷肥.     

贵州省安顺市西秀区土壤养分空间变异分析

以贵州省安顺市西秀区2008年采集的2020个耕地土样测试值--有机质、碱解氮、有效磷、速效钾为研究对象,采用地统计学与GIS技术相结合的方法研究了土壤养分空间变异特性,结果表明,土壤养分平均值:有机质46.3g/kg、碱解氮176.6mg/kg、有效磷21.8mg/kg、速效钾139.8mg/kg,4种土壤养分要素的变异系数均为中等变异.对土壤养分数据进行正态分布检验,原始数据趋向正态分布.地统计学半方差分析结果显示,有机质、碱解氮的块基比分别为0.560、0.502,具有中等强度的空间相关性;有效磷、速效钾的块基比分别为0.846、0.851,空间相关性很弱.用普通克里格法进行内插,得到土壤养分空间插值分布图,直观地反映了耕地土壤养分的丰缺状况,4种土壤养分含量总体分布格局是丰富或中等.有机质表现出由南向北升高的趋势;碱解氮的分布呈西北高、东南低的趋势,有机质和碱解氮的空间分布特性表现出一定的相似性.     

三江平原地区土壤养分空间分布特征

[目的]全面、准确掌握三江平原地区土壤养分状况空间分布情况,为完善土壤养分管理制度与制定合理施肥措施提供初步的科学依据。[方法]基于网格法取样,用经典统计学和地统计学综合分析该区域土壤养分的空间变异特征。[结果]土壤养分指标的变异系数偏大,在20．17％～66．39％之间;在研究区域呈现一定的空间结构性,各养分指标的空间结构差别较大;空间自相关性明显,最佳拟合模型均为指数模型。块金值（C。）均较大,AN和AK的c。／c。＋C在25％～75％之间,其他指标的C。／Ｃ。＋Ｃ均〈25％。Kriging插值图表明,土壤养分的空间分布格局不同。[结论]从研究区域的整体养分状况来看,饶河县和宝清县交界处以及萝北县土壤养分状况较好．土壤OM、TN、rrP、AP含量均较高,而研究区域的西南部总体养分状况较差,OM、rr=N、_rK、AN、AP含量均处于较低的水平。地形条件、耕作年限是决定该区域土壤养分空间分布的关键因素。     

基于GIS的缓坡烟田土壤养分空间变异研究

综合运用地统计学和GIS相结合的方法,分析了缓坡地形下土壤养分的空间变异规律,并绘制养分空间分布图,为山地缓坡烟田养分分区及精准施肥决策提供理论依据.结果表明:研究区内4种养分含量均具中等程度变异.土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾的变程分别为61.8、76.3、70.5 m和57 m.土壤速效钾的分形维数最高,有机质和碱解氮其次,速效磷最低.有机质和速效钾的最适模型为指数模型,块金系数分别为30.9％和31.1％;碱解氮和速效磷可用球状模型进行较好拟合,其块金系数分别为37.7％和26.4％,4种养分均有中等程度的空间相关性.各向异性和趋势性分析均显示,有机质和速效磷具有较强的各向异性,碱解氮和速效钾的各向同性范围最广.研究区4种养分的空间分布格局在海拔和坡度的影响下呈现出一定的规律性,低值均在坡度较大的中北部出现,东北部和南部较平缓区域出现高值.     

阜蒙县乡镇域土壤N、P、K的空间变异性分析

以阜蒙县建设镇为研究区域，采用传统统计学和地统计学相结合的方法，对该区域内粮田土壤中土壤养分的含量和空间变异特征进行研究，通过克吕格方法进行空间插值作图。结果表明，不同土壤养分的变异情况各不相同，P的变异系数最大；土壤各养分与高程呈负相关趋势，随高度的增加，其含量减少；各元素呈高度空间相关性，具有一定的渐变性分布规律，这一基本趋势对土壤养分分区管理是有利的。     

基于GIS的城乡交错带土壤养分空间特征研究——以洪雅县为例

在ArcGIS9.0平台上运用地统计学方法研究了洪雅县城乡交错带土壤养分的空间变异.结果表明:土壤有机质、全氮、全磷和全钾含量的变异函数最优拟合模型分别为球状、指数、高斯和指数模型.土壤有机质和全氮有相似的空间分布特征,均呈条带状或小团块状分布,由柳街低值中心向北逐渐增加,在高岩村和李家湾达到最高;全磷的空间分布呈明显的带状,北高南低,高值中心在红星村-新村-柳街条带以北,低值中心在阳坪农场;全钾的空间分布与有机质和全氮的空间分布相反,呈条带状或小团块状分布,以柳街为高值中心向北递减.土壤有机质、全氮、全磷和全钾的块金值与基台值之比分别为38.12%、46.97%、87.5%和0,土壤有机质和全氮有中等的空间自相关,全磷空间自相关性弱,而全钾具有恒定的空间自相关性.成土母质、土地利用方式、地形地貌条件和气候等与土壤养分的空间分布均关系密切.     

澜沧县尾叶桉类林土壤养分空间分布特征探讨

应用地统计学方法及GIS空间分析技术,探讨了澜沧县尾叶桉类林林下土壤的全碳、全氮、全磷、全钾、有效钙和有效镁6种养分的空间分布特征.结果表明:全碳和全氮之间存在显著的正相关性,相关系数高达0.878;有效钙和有效镁之间的相关系数为0.621.全钾的变异系数为0.35,有效钙的变异系数为0.89.在空间上,全碳、全磷、全钾、有效钙和有效镁5种养分的块金值(Nugget)与基台值(Sill)的比值均小于25%;全氮的块金值与基台值的比值为32.32%.采用普通克里格插值方法对6种养分的空间分布进行插值计算分析,结果显示:全碳和全氮在空间分布上存在一定程度的相似性,含量自北向南逐渐降低;全磷含量自西北向东南呈"鞍形"分布,西北和东南较高,中间部分相对较低,且是整体分布较破碎;全钾含量分布相对均匀,大部分区域含量为2 457.94～3 018.63μg/g;有效钙分布主要集中在西北、南部和东部,其他区域相对较低;有效镁含量东部最高,整体上从东南向西北呈递减趋势.     

天山南坡农区土壤养分空间分布特征

【目的】研究天山南坡农区土壤养分空间分布状况,分析土壤养分与地形因子间的相关关系。【方法】 共采集研究区487个样品,土壤指标有pH、有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾。采用GIS和地统计学相结合的方法,研究区土壤养分的空间分布特征,并分析土壤养分含量与地形因子之间的相关性。【结果】 土壤pH值的变异性最低,而有效磷和速效钾的变异系数最大,其他的变异系数较接近;全氮和有机质的相关性最强,碱解氮与其他土壤养分均达到极显著相关性,全氮和速效钾的相关性最弱;有机质和全氮含量偏低,碱解氮含量极低,而有效磷含量中等偏高,速效钾含量中等偏低;有机质、全氮和碱解氮的块金效应分别为44.99%、44.47%和49.83%,而有效磷和速效钾的块金效应分别为12.39%和15.16%;有机质的变程最大为0.936 km,其次是全氮、碱解氮,变程分别为0.873和0.582 km,有效磷和速效钾的变程分别为0.051和0.042 km。【结论】 天山南坡农区土壤养分属于中等程度变异,区域内土壤养分存在的空间丰缺差异明显;有机质、全氮和碱解氮表现为中等空间相关性而有效磷和速效钾表现为强烈的空间相关性;地形因子对土壤养分含量的影响也较大。需有针对性地对天山南坡农区进行施肥指导和管理,合理增施氮肥和有机肥,适当施用磷肥和钾肥。     

丘陵地区不同尺度下土壤养分空间变异特征的研究

应用地统计学和GIS空间分析技术, 对丘陵区不同尺度耕层土壤有机质, 有效磷和速效钾进行了空间变异特征和空间插值质量研究. 在相同尺度下, 土壤有机质空间变异最弱, 有效磷空间变异最强, 在不同尺度下, 土壤养分均存在典型的半方差结构. 在大、中尺度下, 土壤养分的块金系数介于0 001～0 207之间, 土壤养分具有强烈的空间自相关, 在小尺度下, 有效磷的块金系数为0 394, 具有明显的空间自相关. 交互检验结果表明土壤养分在不同尺度下的估计精度不相同. 在相同尺度下, 土壤有机质和速效钾的预测精度较高.     

沙雅绿洲土壤有效态Cu、Zn、Fe、Mn含量的分布特征及影响因素分析

通过对沙雅绿洲耕地土壤微量元素的含量及空间变异特征研究。结果表明,土壤中Cu、Zn、Fe、Mn元素空间分布均属于中等变异;从土壤微量元素拟合的理论模型可知,Fe、Mn、Zn元素的最适合模型为球形模型,Cu元素的最适合模型为指数模型。其中Fe、Cu元素的拟合效果最理想,决定系数分别为0.714和0.918,Zn元素的拟合最差;土壤中Cu元素的块金值/基台值为42.8%,大于25%,表明具有中等的空间相关性,Fe、Mn、Zn元素的块金值/基台值均小于25%,系统具有强烈的空间相关性;Fe元素与土壤电导率(EC)成显著正相关,Cu元素与EC极显著正相关;Mn、Zn元素与有机质(OM)均成极显著正相关;Fe、Cu元素与pH值成极显著负相关,Mn元素与pH值成显著正相关;不同的土壤类型对有效Fe、Mn、Zn元素的含量影响显著,Cu元素差异不显著。     

基于GIS和地统计的伊犁州农田土壤养分空间变异特征分析

【目的】 研究土壤养分的空间变异程度及分布规律,为干旱区农业施肥区划及精准农业的推广提供理论依据。【方法】 以新疆伊犁州为研究区,运用GIS技术与地统计学相结合的方法,研究伊犁州农田土壤养分的空间分布特征及变异规律。【结果】 (1)AP、SOM均属于强变异强度,变异系数分别为0.82、0.79;其它土壤肥力指标变异系数处于0.60~0.67,均属于中等变异强度。(2)伊犁州土壤TN、SOM含量总体较高,较丰富以上的样点比例分别占66.66%、61.07%;其次为AK、AP,较丰富以上的样点比例分别占50.85%、49.37%,AN含量相对较低,缺乏和较缺乏的样点比例超过65.72%。(3)TN、SOM、AN表现为极强的空间相关性,其块基比分别为0.107、0.002、0.000 07;AP的块基比为0.403,在区域内表现为中等强度的空间自相关性;速效钾的块基比为0.755,在区域内表现为较弱的空间自相关性。(4)该地区土壤养分含量在空间分布上多呈斑块状格局。5个养分指标中,TN、AN含量的空间分布大体相似,含量较高的区域主要分布伊犁州的东部;SOM、AP含量的空间分布大体相似,含量较高的区域主要分布伊犁州的南部;AK含量的空间分布相对均衡。【结论】 研究区AK、SOM、AP平均含量均处于较高水平;TN、AN平均含量均处于较低水平。土壤养分含量空间分布总体呈现南高北低、东高西低的格局。     

山地丘陵交错地带耕层土壤pH和养分空间变异特征及影响因素分析

[目的]研究山地丘陵交错地带耕层土壤pH和养分空间变异特征及影响因素,为指导山地丘陵交错地带开展农业生产和科学定量施肥提供参考依据.[方法]以湖北省广水市山地丘陵交错地带耕层土壤为研究对象,通过实地调查和室内检测获得200个土壤样点的相关数据,采用统计学、地统计学和GIS相结合的方法,分析土壤pH和有机质等土壤养分元素的空间分布特征及其影响因素.[结果]湖北省广水市山地丘陵交错地带耕层土壤pH和有机质、全氮、有效磷、速效钾、缓效钾含量变异程度均属中等变异,土壤养分元素均有弱空间相关性特征.养分含量在空间上以集聚分布为主,相互关系较弱,养分元素的块金效应值均处于25%~75%,养分元素的空间变异性受随机性因素和结构性因素共同影响.耕层土壤的pH介于5.5~6.5,以弱酸性土壤为主;有机质含量级别为适宜,有效磷、速效钾和缓效钾含量较高;全氮含量较低,含量级别为缺乏.有机质含量与生物多样性呈正相关,全氮含量与海拔和坡度呈负相关,速效钾含量与海拔呈负相关、与有效土层厚度呈正相关,缓效钾含量与有效土层厚度呈正相关,但相关性均较弱.[结论]湖北省广水市山地丘陵交错地带耕地表层土壤养分中除全氮含量较低外,其余养分元素的含量均不缺乏.土壤pH及主要养分元素的空间变异受自然因素和人为因素的共同作用.对于山地丘陵交错地带的耕层土壤养分含量而言,灌溉能力、海拔、坡向、坡度、有效土层厚度和生物多样性为主要影响因素.     

北京市房山区土壤养分的时空变异

[目的]为了给北京房山该区域科学施肥及改善土壤生态环境提供依据.[方法]基于2007年及201 9年北京市房山区土壤养分数据,结合地统计学和GIS方法,探明研究区土壤养分的时空变化特征.[结果]结果表明:研究区有机质和全氮总体上处于高等含量水平,速效钾总体上处于极高含量水平,而有效磷则处于中等较低含量水平,各养分含量均呈现显著的空间和时间变异.土壤有机质和全氮总体分布呈现山区高平原低的趋势,有效磷呈平原耕地高于山区的趋势,速效钾在整个地区都处于较高水平.有效磷的变异系数最大,属于高变异强度,其余养分含量均属于中等变异强度.研究区各项养分块基比在0.63～0.73之间,呈中等空间相关,空间变异情况受随机性因素和结构性因素共同影响,其中施肥管理、种植制度、土地利用方式等人为因素占主导.[结论]12年来,该区各养分含量总体呈上升趋势,有机质、全氮、有效磷、速效钾的含量分别在55％、67％0、45％、94％的耕地中有明显升高,但研究区内仍有31％的耕地出现了有效磷含量的下降.     

艾比湖湿地土壤水分-盐分-养分空间异质性分析

为了解艾比湖湿地土壤水分-盐分-养分空间异质性,在环湖一周160 km范围内,以湖心质点为中心,将艾比湖湿地划分为东北、西北、西南、东南4个区域,于2014—2015年5、8月采样,对表层(0～20 cm)土壤含水量、盐分、养分、pH值空间异质性进行研究,结果表明:不同区域土壤盐分、养分、pH值8月高于5月,土壤含水量则相反,其中土壤含水量、盐分、养分属于中等变异,土壤pH值为弱变异;5、8月不同区域土壤盐渍化在中度盐化与盐土化水平之间,pH值呈碱性或强碱性,土壤养分等级较低,总体较为贫瘠。球状模型、指数模型、高斯模型能较好地描述艾比湖湿地土壤空间变异特征,决定系数变化范围为31%～96%;不同区域土壤含水量块金系数小于34%;除5月西南部土壤pH和东北部土壤养分外,不同区域土壤盐分、pH、养分块金系数均小于25%;土壤盐分、pH、养分的Moran′s I(莫兰)系数波动均较大,表明空间相关性较强。从空间上看,5、8月土壤含水量呈带状分布,高值区出现在西北部与西南部,低值区主要在东南部与东北部;土壤盐分高值区主要在西北与东南部,低值区在西南部与东北部;土壤pH高值区主要在西北部及湖周围;土壤有机质、全氮高值区都出现在西北部、西南部,土壤全磷呈无规则斑点状分布,高、低值区较为分散。研究发现,影响艾比湖湿地空间异质性的因素中,土壤盐分、pH、养分主要受结构性因素影响,土壤含水量受结构性因素和随机性因素共同影响。     

临汾市尧都农业区土壤有机质和大量营养元素空间变异性研究

[目的]揭示临汾市郊农业区耕层土壤有机质及大量营养元素的空间变化规律,为其土壤肥力评价和管理提供指导。[方法]利用大量的土壤养分分析数据,通过实测研究区土壤有机质、全氮、水解氮、有效磷、速效钾和缓效钾6个肥力指标的含量,运用地统计学方法对其进行计算分析。[结果]在尧都区6种土壤肥力指标中,有机质、全氮和水解氮的块金值、基台值的比值分别为0.931、0.839、0.866,表明具有弱的空间相关性;有效磷、速效钾和缓效钾的C0/(C+C0)值分别为0.663、0.666、0.729,表明具有中等程度的空间相关性。研究区养分分布特征为:土壤有机质、全氮和水解氮含量表现为由西向东逐渐降低,有效磷、速效钾含量分布表现为中心高四周低,有效磷中心呈破碎的散块,速效钾则呈以汾河南部为中心的扩散状。[结论]在施肥过程中,农户应充分考虑土壤的本底差异,避免盲目地平均施肥。