土壤养分的空间变异性研究进展

土壤养分具有变异性，其变异性特征能够反映区域生态功能和景观格局的动态变化，是土壤的重要属性之一。本文从土壤养分空间变异的研究意义出发，通过对相关文献的阅读分析，简述了国内外关于土壤养分空间变异研究的发展历程和研究现状，分析了土壤养分空间变异的来源，简述了地统计学、地理信息系统(Geographic Information System, GIS)、遥感以及人工神经网络等研究方法在土壤养分空间变异研究的应用现状，并对目前研究所存在的问题进行了剖析，在此基础上对未来的研究方向进行了展望。     

“3S”技术在土壤养分空间变异研究中的应用

运用包括遥感(RS)、全球定位系统(GPS)和地理信息系统(GIS)在内的"3S"技术为辅助手段进行土壤养分空间变异研究,不但提高了研究效率,同时也使土壤养分空间分布的表达更为直观,取样更具代表性、合理性,分析结果更为精准可靠.选用地统计分析(Geostatistical Analyst)理的反距离权重法(IDW)和克里金(Kriging)模型进行土壤养分空间插值,使其分析结果的公共认可性得以保证."3S"技术与传统技术相结合的方法将会是土壤养分空间变异研究的发展趋势.     

不同尺度土壤性质空间变异研究进展

综述了近年来不同尺度(田间尺度,小区尺度和微尺度)上土壤性质(土壤水分、养分、理化性质及生物学性质等)空间变异研究的进展。探讨了土壤性质空间变异的原因,影响因素及研究方法,并对土壤空间变异研究前景进行了展望。     

龙岩市植烟土壤主要速效养分的空间变异研究

为进一步提高烟田养分的管理水平、改善烟叶品质,对龙岩市植烟土壤主要速效养分进行了区域化研究,采集了龙岩市各县市(区)的植烟土壤22 138个样品,分析了植烟土壤主要速效养分空间变异及分布特征。结果表明:龙岩市各县市(区)的植烟土壤主要速效养分均表现出一定程度的变异,碱解氮为中等变异,有效磷和速效钾都属于强变异。有效磷具有弱空间相关性,碱解氮和速效钾具有中等程度的空间相关性。龙岩市植烟土壤碱解氮、有效磷、速效钾处于缺乏水平的面积分别占总耕地面积的25.50%、2.20%、45.60%。     

土壤养分空间变异研究进展

简要分析了土壤养分空间变异研究的采样策略;简要介绍了土壤养分空间变异性的研究方法;在对不同尺度的土壤养分空间变异研究进展回顾的基础上提出了土壤养分空间变异研究中存在的问题并对未来进行了展望。     

黄土高原小流域土壤养分空间特征及其与地形因子的相关性

【目的】分析黄土高原地区小流域内土壤养分含量的空间特征及其与地形因子的相关性,为养分精确管理和土地资源高效利用提供参考依据。【方法】以位于黄土高原的陕西彬县红岩河小流域为例,于2011年结合GPS共采集了121个田间土样,对其土壤养分(有机质、碱解氮、速效磷、有效钾)含量进行测定,并应用地统计学方法对土壤养分含量半方差函数模型及其参数进行了确定,用普通克里格插值(Kriging)绘制了研究区土壤养分空间分布图,统计分析高程、坡度、坡向、坡形等地形因子与土壤养分含量的相关性,并进行了插值结果检验。【结果】陕西彬县红岩河小流域土壤碱解氮的空间变异性很弱,有机质、速效磷和有效钾具有强烈的空间变异性。各养分含量空间分布均呈斑块状,条带性分布趋势不明显。总体上土壤有机质和速效养分含量与高程和坡度呈负相关,与坡向呈正相关,与坡形相关不显著。【结论】随机性变异(人为因素)对碱解氮的空间变异起主导作用,且变程较小,有机质、速效磷和有效钾的空间变异主要由结构性变异(自然因素)引起,且变程较大。高程、坡度及坡向明显影响土壤养分的含量和分布。     

冀北山地海拔对华北落叶松人工林土壤养分特征的影响

试验对冀北山地不同海拔的华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)人工林土壤养分的空间分布规律进行研究,运用SPSS统计软件对土壤养分空间分布、变异系数及其之间的相关关系进行分析。结果表明:(1)土壤pH值介于4.850～6.377之间;有机质、速效钾、全氮、碱解氮、全磷、速效磷的含量均为海拔1 800m的华北落叶松最高,而且整体上有随土壤深度增加而减小的趋势。(2)养分变异系数能够反映土壤养分的空间异质性,海拔1 800m土壤表层pH值的变异系数小于0.1,为弱变异,土壤有机质和全磷的20～40cm土层以及全氮的0～10,10～20cm土层为强度变异,其余指标的各土层变异系数为中度变异。(3)土壤养分之间存在相关性,有机质与速效钾、全氮、碱解氮、全磷彼此之间具有极显著的正相关关系,与pH值具有显著的正相关关系。     

博乐垦区土壤各养分含量的动态变化及变异分析

博乐垦区经过多年的开垦耕种,土壤养分得到提高,已经成为重要的粮、棉等作物产区.研究通过该区1980年和1999年土壤养分调查及变异分析,探讨该区土壤养分含量动态变化及其变异情况,为土壤养分管理和持续利用提供科学依据.     

基于GIS分析的佳县土壤肥力时空变异研究

以佳县耕地土壤为研究对象,依托陕西省耕地地力调查与质量评价项目,选择收集土壤样点250个,进行基本统计特征分析、地统计学分析,应用 GIS 技术,研究佳县耕地土壤全效养分(有机质、全氮)和速效养分(有效磷、速效钾)的空间变异特征；结果如下：土壤全效养分有机质、全氮均处于较低水平,而土壤速效养分有效磷、速效钾均处于中等水平,且四种养分均逐年增加。就地区而言,南区各乡镇表现出更好的变化趋势。     

太湖流域典型蔬菜地土壤氮磷钾养分空间变异性及分布规律

采用传统统计和地统计学相结合的方法,以太湖典型地区宜兴市大浦镇湖滨公路以东50hm2蔬菜地为研究对象,网格法(50m×50m)采集表层(0~20cm)土壤156个,研究了土壤主要肥力参数(N、P、K)空间变异特征和分布规律。结果表明:全P、全N、NH4 -N、速效P和速效K有明显的空间变异结构,且在一定范围内存在空间相关性,其含量具有一定的渐变分布规律。研究区域土壤速效P普遍盈余,土壤N、K丰缺并存。Kriging插值法绘制了土壤养分空间分布图,研究结果为最终实施氮磷养分的分区管理和养分重点控制区的确定提供依据。     

棉田土壤养分精准管理初探

 应用地理信息系统 (GIS)结合土壤养分状况系统研究法探讨了一定农业生产条件下棉田土壤养分空间变异及其在推荐施肥中的应用。结果表明 ,棉田土壤养分的空间变异与前茬作物的种植利用方式有很大关系。网格取样技术和变量施肥技术是提高肥料有效性的有希望的手段 ,这些技术能使肥料以合适的用量施到需要的地方。平衡施肥示范结果显示根据土壤养分状况提出的推荐施肥 ,比当地常规施肥每公顷降低肥料成本 657.4元 ,籽棉产量从每公顷 4350kg增加到 52 1 2 .5kg,增产 1 9.8% ,增产所增加的收入每公顷 4657.5元 ,净增收益 531 4.9元。     

Study on Site-specific Nutrient Management in Cotton Field

The study on the characteristics of spatial variability of soil nutrients and fertilizer recommendations in cotton field under certain conditions of agricultural management was conducted with GIS and systematic approach for soil nutrient constrains. The results showed that of the spatial variability of soil nutrient was greatly related to the management condition of previous crops. Grid sampling and variable rate application technology (VRAT) were the tools that would hopefully increase fertilizer efficiency. The fertilizers were applied where they were needed and at proper rate. Balance fertilization demonstration showed that fertilizer recommendations according to the available nutrient level in soil could decrease fertilizer cost with 657.4 yuan / ha and increase seed cotton yield by 19.8%. A net profit of the balanced fertilization was 5314.9 yuan / ha higher than that of local fertilization practice.     

基于GIS的土壤养分空间变异状况研究

运用地理信息系统(GIS)软件结合地统计学理论知识,对吉林省榆树市弓棚镇十三号村的2块农用田土壤(0～20 cm)的239个土样进行样品化验分析,结果表明土壤肥力状况属中等偏上的水平.同时应用GIS的空间分析技术对其进行空间异质分析研究,建立土壤有机质,速效磷,含水量等养分含量的空间分布图,对2块地的土壤养分状况进行比较,分析其空间分布的规律.探明其主要影响因素是速效养分在土壤中的移动性的大小.     

北京延庆盆地农田表层土壤肥力评价及其空间变异

【目的】土壤肥力评价及其空间变异研究,可为科学施肥、作物布局调整等提供依据。【方法】在以往土壤肥力评价仅考虑常规养分指标的基础上,引入微量元素养分指标,采用主成分分析法、隶属度函数和地统计方法,对北京延庆盆地表层土壤肥力进行综合评价,并研究其空间变异特征。【结果】研究区土壤常规养分和微量元素养分的综合肥力贡献率分别为0.63和0.37;土壤综合肥力指数处于0.22—0.97,平均为0.53;其空间变异具有一阶趋势,去除趋势后所剩残差表现出较弱的空间相关性;空间总体分布受有机质和全氮分布的影响较大,局部地区分布还受有效铜、有效锌等微量元素养分的影响;菜地土壤单一有效微量元素指标的肥力水平和综合肥力水平总体上均高于果园和粮田。【结论】将土壤常规养分和微量元素养分同时纳入土壤肥力质量评价指标体系是可行的和必要的,利用地统计学方法能较好地揭示土壤肥力质量的空间变异规律。     

吉林省黑土区玉米精准施肥技术研究与应用

应用地统计学、专家系统、地理信息系统和智能农机等技术,研究了吉林省黑土区土壤养分变异规律,提出了适于黑土区的玉米精准施肥模型,开发了玉米精准施肥专家系统,并通过变量施肥机进行了精准施肥的应用.与传统施肥方案相比,精准施肥使玉米增产10%以上,节肥率达到15%.     

样点数对县域土壤养分空间变异特征评价的影响

以广东省阳西县测土配方施肥耕地地力调查数据为基础,应用地统计学和GIS空间分析技术,对耕层土壤pH、有机质、全氮、有效磷和速效钾进行空间插值质量研究。结果表明:(1)土壤养分变异系数的顺序为速效钾>速效磷>有机质>全氮>pH,插值误差随土壤养分空间变异系数增大而增加。(2)插值精度随着插值样点数的增加而不断提高,土壤养分的预测值与实测值的相关系数逐渐增加。采样密度相同时,土壤养分的标准均方根误差(NRMSE)值由大到小的变化顺序是速效钾>有效磷>全氮>有机质>pH值。(3)对阳西县土壤养分空间变异情况进行评价时,土壤pH值和全氮采样时应以30～60 hm2耕地为一个采样单元;土壤有机质采样时应以20～30 hm2耕地为一个采样单元;土壤有效磷和速效钾采样时应最大以20 hm2耕地为一个采样单元。     

白水河小流域退耕坡地土壤养分空间变异研究

以白水河小流域退耕坡地为研究对象,应用地统计学分析方法,分析研究区0~10 cm土层土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)和全钾(TK)的空间分布特征及其变异规律,探讨植被覆盖类型及其他环境因子对土壤养分空间分布的影响,为土壤养分的有效利用和管理提供理论依据。结果表明,(1)研究区SOC(Mean=18.847 g/kg)和TN(Mean=0.749 g/kg)的含量属于中等水平,TP(Mean=0.291 g/kg)和TK(Mean=3.333 g/kg)的含量则比较缺乏。各养分含量的变异系数(CV)在10%~100%之间,为中等变异性。(2)SOC拟合模型为高斯模型,TN和TK为球状模型,TP为指数模型。其中,TP和TK有强烈的空间自相关性,自相关变程范围分别为23.43 m和27.48 m,其空间变异主要由土壤母质、地形、气候等非人为的结构因素引起。SOC和TN表现为中等的空间自相关性,自相关变程范围分别为37.78 m和32.65 m,其变异是随机因素(施肥、耕作措施、种植制度等人为活动)和结构因素的共同作用。(3)各土壤养分总体呈空间连续分布的特点。不同的植被覆盖类型下土壤养分含量差异明显,植被自然恢复,人为干扰较小的灌木和樱桃+草本分布点的SOC和TN含量较高,经营管理强度较高的樱桃和樱桃+玉米分布点的SOC和TN含量较低。耕地施用磷钾肥明显提高了其TP和TK的含量。植被覆盖类型与TK的相关性不显著,说明植被对TK的分布影响较小。(4)相关性分析表明,SOC、TN、TP在土层浅薄、坡度大、岩石裸露率高的区域土壤养分含量较高,反之亦然。而TK含量的分布规律则与其他土壤养分相反,这可能与研究区施肥和土壤属性有关。不同土地利用方式施肥和种植结构的差异是引起这种空间分布特点的主要因素。     

双城土壤养分空间变异与玉米分区施肥技术研究

采用全球卫星定位系统(GPS)和地理信息系统(GIS)技术,对黑龙江省双城市粮田耕层土壤进行了空间变异特征和分区施肥研究.结果表明,黑龙江省西南部玉米主产区黑钙土养分含量比较丰富,硼含量较高,氮含量较低.土壤中B、N、S、P的空间分布具有明显的变异性.土壤中B元素空间分布的偏斜程度较大.土壤养分偏斜程度与土壤养分变异系数之间存在密切的线性相关关系,相关系数R=0.9674.玉米分区平衡施肥取得了显著效果,较习惯施肥平均增产851 kg/hm2,平均增产率10.9%,平均增收610元/hm2.     

不同滴灌年限小麦土壤速效养分空间变异特征

【目的】研究小麦不同滴灌年限土壤速效养分积累的变化规律,了解其空间分布特征。为科学管理滴灌小麦土壤调查和施肥技术体系提供理论和数据参考。【方法】以1、3、5、7 a滴灌小麦农田土壤为研究对象,分析不同滴灌年限小尺度土壤盐分空间的分布特征。采集土壤剖面(0~60 cm)样品,结合连续性定位监测、描述性统计和地统计分析,研究不同滴灌年限土壤速效养分时空变异规律。【结果】不同滴灌年限速效养分的最大值在0~20 cm土层,最小值在40~60 cm土层;不同土壤层的速效养分含量呈弱变异和中等变异。半方差函数表明,滴灌1、3、5、7 a土壤速效养分含量符合球状模型和高斯模型,呈明显空间自相关和中等空间相关性,块金系数在15.28%~65.15%。【结论】不同滴灌年限土壤速效养分随年限的增加呈现下降趋势,其空间分布主要受人为因素和随机因素的共同影响。     

南丹县土壤pH与主要养分的时空变异分析

以南丹县植烟区为研究区,运用地统计学方法研究了2003和2013年土壤pH、主要养分含量时空变异特征及时间稳定性变化,为该地区植烟土壤施肥和管理提供理论依据。研究表明,2个时期土壤有机质、速效氮、速效钾含量的变化呈下降的趋势,土壤pH、速效磷含量呈增加趋势。土壤pH、速效钾、有机质的结构性变异趋向增强,随机性变异趋向减弱;在时间分布上,土壤有机质、速效氮含量属中等变异强度;pH变异强度较小;速效磷和速效钾变异范围处于48.59%～74.22%,变异系数较大。这种空间分布在时间上的不均匀性,可能与研究区施肥、耕作措施、土质分布有关。