陕南丘陵区县域农田土壤养分的空间分布格局

【目的】研究陕西南部丘陵区土壤养分的空间分布情况,为区域精准农业的发展提供科学依据和实践指导。【方法】2010-2011年,以陕西省镇安县为研究区,在19个镇采集农田0～20 cm 土层土样2 283个,采用地统计学并结合“GIS”技术,构建不同土壤养分的最优半方差模型,进行普通Kriging插值分析,对该地区土壤养分的空间特征进行评析。【结果】镇安县农田土壤有机质、全氮、速效氮、速效磷和速效钾,均呈中等变异强度。在空间结构上,土壤速效磷属于弱的空间相关性,有机质、速效氮和全氮表现为中等强度的空间相关性,速效钾具有强的空间相关性。总体来看,农田土壤养分空间呈中间低、四周高的分布格局。农田土壤有机质和全氮平均含量分别为18.27,1.09 g/kg,速效氮、速效磷、速效钾平均含量分别为97.47,16.27,122.09 mg/kg。与20世纪80年代相比,2011年镇安县土壤有机质、全氮、速效氮、速效磷、速效钾的增幅分别为40.54%,17.20%,57.21%,125.97%和47.10%。镇安县土壤碳氮比平均为9.84,速效氮磷比平均为4.00。【结论】镇安县农田土壤有机质、全氮和速效磷含量处于中等水平,速效氮和速效钾含量处于中等偏上水平。土壤碳氮比较全国农田偏低,速效氮磷比整体上偏高,比例严重失调。因此,镇安县的农田应科学、合理施肥,以提高肥料利用率。     

县域耕地土壤速效钾空间预测方法的比较

【目的】筛选出测土配方施肥项目中最适宜的土壤速效钾空间预测方法,为准确预测土壤养分的空间分布提供依据。【方法】以陕西汉中汉台区耕地土壤速效钾含量为研究对象,分别采用反距离加权插值法、径向基函数插值法和普通克里格插值法3种方法,在选取3种方法最优模型参数的基础上,对试验区域内2 022个土壤速效钾样点进行空间插值,并对结果进行验证及评价。【结果】通过对3种空间插值方法进行交叉验证,径向基函数插值法均方根误差为267.349,小于其他2种插值方法;其相关系数为0.687,大于其他2种插值方法。利用分区符合度法和插值结果图进一步验证,结果表明,相对于反距离加权插值法和普通克里格插值法,径向基函数插值法更能反映试验区域土壤速效钾的分布格局。【结论】径向基函数插值法较反距离加权插值法和普通克里格插值法更适宜于试验区耕地土壤速效钾的空间预测;在测土配方施肥项目实施过程中,利用分区符合度验证法对土壤养分空间预测方法进行选择是切实可行的。     

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。     

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     

县域农田土壤铜含量的协同克里格插值及采样数量优化

 【目的】研究县域农田土壤铜含量的空间分布和采样数量,为农田土壤环境质量调查提供帮助。【方法】采用协同克里格方法,以初始的623个土壤铜含量数据及在此基础上随机抽取的560、498和432个数据为目标变量,并以初始的623个土壤有机质含量数据为辅助变量,对四川省双流县农田土壤铜含量进行插值分析,并对不同样点数量下协同克里格法在县域尺度农田土壤铜含量空间分布研究中的适用性进行评价。【结果】相同取样数量下,协同克里格法的均方根误差相对于普通克里格法可降低0.9%～7.77%,预测值和实测值之间的相关系数可提高1.76%至9.76%。利用协同克里格法,在土壤铜含量数据量缩减10%的情况下,其估值精度仍高于初始的623个土壤铜含量数据的普通克里格估值,且二者的分布图具有高度相似性。【结论】协同克里格作为一种更为精确和经济的方法,可为县域尺度农田土壤重金属含量的空间分布研究提供更多的信息和帮助。     

基于GIS和地统计学的农田土壤养分空间变异性研究

为了使贵州省地区级农业部门能够充分了解土壤养分的空间分布特性,深入地了解农田土壤养分状况,从而为其科学施肥、养分的分区管理和有效控制农田养分流失提供一定的理论和科学依据,以贵州省黔东南州黄平县为研究区域,运用地统计学结合GIS方法,针对土壤养分中全氮、有机质、速效钾和速效磷4种养分要素,对研究区内农田土壤养分空间变异特征进行研究,并通过分析得出了该县以上4种土壤养分的空间分布规律和丰缺状况.     

基于FCM的绿洲农田养分管理分区研究

 【目的】以天山北麓绿洲农耕区——新疆农八师148团农田为研究对象,以193个耕层土壤（0～30 cm）有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量的分析数据为变量进行农田土壤养分精确管理分区研究。【方法】模糊c-均值聚类法被用来进行分区,以棉田产量为外部变量,采用FPI、c-φ多次组合法及基于外部变量的多元回归法来确定适宜的模糊控制参数。【结果】研究区最佳分区数为4,模糊指数为1.6。各管理分区土壤养分的变异系数都较分区前全研究区有所减小,而分区间土壤养分差异显著。研究区的平均混乱度指数为0.19,不同模糊类别交叠程度小,地理空间上土壤的隶属关系相对明确。【结论】通过选取适宜的外部变量,模糊c-均值聚类法可以较好地进行管理分区划分,分区结果可以作为变量施肥的单独作业单元进行耕作管理。     

基于Sentinel-2遥感影像的黑土区土壤有效磷反演

【目的】 土壤养分含量的整体状况对供给作物的生长有着重要意义,对农田土壤速效养分含量的估算是作物生长发育状况评价过程中的关键环节,高光谱遥感技术的发展为区域有机质和土壤养分的动态监测提供了有效的手段。相比传统方法耗时、耗力及测量复杂等缺点,该文提出了基于遥感影像的大面积土壤速效养分含量的精准估算方法,对促进玉米作物的精准施肥和黑土地肥力保护具有重大理论意义。【方法】 文章以东北黑土区的吉林省农安县玉米农田为研究区,基于Sentinel-2遥感影像和土壤有效磷含量实测数据,利用偏最小二乘回归方法构建土壤有效磷含量的反演模型,最终获取土壤有效磷含量的空间分布图,实现了黑土区土壤有效磷含量的大面积、快速、精准估算。【结果】 Coastal aerosol波段（海岸/气溶胶波段）、可见光波段及红边波段与土壤有效磷含量的相关性较强,模型的决定系数R²为0.649、均方根误差为2.44 mg/kg。【结论】 利用偏最小二乘回归模型估算所得土壤有效磷含量空间分布情况与其空间插值结果相一致,从空间分布情况上看,农安县西北部的土壤有效磷含量最高,东北部的土壤有效磷含量高于中部与南部地区;模型估算的土壤有效磷含量均值为18.08 mg/kg,空间插值的土壤有效磷含量均值为17.63 mg/kg。由此可见,该研究所建立的土壤有效磷估算模型具有一定的准确性与可靠性。     

施肥投入对招远农田土壤酸化及养分变化的影响

【研究目的】分析当前招远市不同栽培体系下农田施肥对土壤酸化和土壤养分变化的影响;【方法】通过对农田养分投入的调查,结合大量田间采样和1981年土壤普查资料,分析目前土壤pH、养分的变化特点以及这种变化特点所可能导致的一些问题和原因;【结果】农田出现土壤有机质含量偏低、土壤有效磷出现积累与土壤钾含量低的失衡状况;土壤酸化比较严重,60％以上的农田土壤pH值低于5．5;土壤酸化造成土壤微量元素铁、锰、铜等超标。过量的氮素供应,在投肥品种上没有考虑碱性肥料等因素造成土壤酸化。而土壤微量元素的过量积累与土壤酸化关系十分密切;【结论】招远市农田投入养分失衡等施肥措施是造成土壤酸化的主要原因。土壤酸化造成土壤中量元素的缺乏和某些重金属超标,成为生产上的障碍因子。有机肥施用偏低是土壤有机质含量偏低的主要原因。今后应该根据土壤养分状况、酸化状况。有针对性开展测土配方施肥研究,以推进本市农业向高产、优质、高效发展。     

哈密第十三师农田土壤养分变化分析与肥力评价

【目的】调查哈密第十三师耕层土壤养分状况,分析耕层土壤养分现状,空间的分布特征及其演变趋势,开展地力评价,为高标准农田建设和合理施肥提供理论依据。【方法】对2012~2015年哈密第十三师耕层土壤养分进行采样和分析,并与1984年全国第二次土壤普查及2007年土壤养分历史资料进行对比,运用统计学方法分析第十三师耕层土壤养分现状和演变趋势。运用层次分析法分析计算各评价因素组合权重,用特尔斐法开展地力评价,通过不同土壤养分之间的相关性和变异性分析,明确哈密第十三师土壤养分的分布特征。【结果】哈密第十三师耕层土壤有机质平均值为14.5 g/kg,属四级水平;碱解氮含量平均值为87 mg/kg,属四级水平;有效磷含量平均值为15.39 mg/kg,属于三级水平;速效钾含量平均值为197 mg/kg,属于二级水平;从1984~2015年,耕地土壤有机质和有效磷含量呈下降趋势。土壤碱解氮和有效磷含量是升高趋势。土壤碱解氮和有效磷含量有升高的趋势。【结论】研究区土壤肥力整体状况较好,农田土壤有机质、碱解氮含量普遍中等偏低。速效磷含量中等偏上。速效钾含量较为丰富。     

不同土地利用方式下土壤养分特征变化分析

【目的】研究不同土地利用方式下土壤有机质及土壤养分元素特征的变化规律。【方法】在阿克苏地区采集小麦地、枣园、枣麦间作园、荒地枣园和撂荒地等5种典型的土地利用方式下的土壤,运用土壤化学分析方法,测定土壤有机质及氮磷钾等含量。【结果】各土壤养分指标在不同土地利用方式下变异系数为0.92%94.00%,均为中等空间变异性。由农田更替为枣园及枣麦间作后,提高了各层土壤有机质含量,其中020 cm土层各层土壤有机质均显著提高(P<0.05)。由荒地改建为枣园后,各层土壤有机质均有提高,其中010 cm、2030 cm土层显著提高(P<0.05)。0100 cm土层各养分元素含量和有机质含量均随土壤深度的增加而逐渐减少。土壤有机质、全磷、全钾、碱解氮、速效磷和速效钾含量均表现为枣麦间作园>枣园>小麦地>荒地枣园>荒地,全氮表现为枣园>枣麦间作园>小麦>荒地枣园>荒地。土壤有机质与土壤各养分元素之间存在着显著正相关关系。【结论】阿克苏地区农田或荒地改建为枣园或枣麦间作园后,均有利于提高土壤有机质及土壤肥力。     

南疆果园滴灌条件下土壤盐分离子的空间变异性分析——以农十四师224团典型地块为例

[目的]土壤盐渍化是制约干旱半干旱地区农业生产的主要障碍因子之一,在新疆,尤其是南疆,土壤盐渍化十分严重,系统认识和掌握盐分及其离子组成的空间变异特征对于治理改良盐渍土具有重要意义.[方法]基于区域变量理论,在GIS和地统计学技术支持下,通过地统计学的半变异函数和Kriging空间插值,以南疆和田地区农十四师224团典型地块为研究区,定量分析了试验区内不同层次土壤盐分的空间变异特征.[结果]各层总盐都表现出强变异性;K<'+>各层表现出中等变异性.0～10 cm土层,土壤中盐类主要为氯化物型;10～30 cm土层为硫酸盐-氯化物型;其它各层为氯化物-硫酸盐型.总盐及各离子理论模型主要为球状.各土层盐分及其组成的离子空间分布主要表现为条带状伴有斑块状分布.[结论]试验区土壤盐渍化与次生盐渍化的防治是近期农业管理中所必须考虑的重要因素.     

基于GIS和地统计学的百色植烟土壤养分空间分析

【目的】分析百色植烟土壤养分空间分布特征,为优质烟叶生产布局提供理论依据。【方法】采用克里金（Kriging）插值法,对2006-2010年百色烟区植烟土壤pH、全氮、全磷、全钾、有效氮、有效磷、有效钾、阳离子交换量（CEC）、有机质、氯含量10个常规土壤养分指标进行空间插值分析。【结果】百色市植烟土壤中土壤有机质、全氮、全磷、全钾、氯、有效磷的空间相关性较高,有效氮和有效钾受随机因素的影响较大。结合优质烤烟生产要求,制定出百色烟区土壤养分适宜性分级标准,植烟适宜性初步分级,结果表明：百色土壤氯、钾含量较缺乏,其他土壤理化属性均处于适宜烤烟种植范围。【结论】百色大部分地区土壤适宜烤烟种植,但部分地区土壤pH、含氮量偏高,土壤钾、氯含量偏低,需在今后的生产中引起重视。     

基于分层多元复合模型的广东省农田土壤有机碳高精度制图

农田有机碳库是唯一可在较短时间尺度上通过合理利用而进行适度调节的碳库，农田土壤有机碳高精度制图对进一步明析地理环境背景，提升区域土壤固碳潜力，促进碳交易、碳中和等具有重要的意义。本研究以广东省为研究区，在中大空间尺度区域综合特征分区的基础上，基于地理探测器确定农田土壤有机碳空间分异的变量结构，分区构建分层多元复合模型，根据208 503个土壤采样点数据编制研究区高精度农田土壤有机碳密度空间分布图。结果表明：耦合自然地理特征和社会经济特征，引入多距离空间聚类进行中大空间尺度综合特征分区，能够显著收敛样本离散程度，土壤有机碳样本标准偏差均值、方差均值较未分区前分别下降0.55、3.53，Moran''s I指数上升0.08。受自然环境与人为扰动双重影响，农田土壤有机碳空间变异的变量众多，且不同综合特征分区内变量结构差异较大，年均降水量、海拔高度、地形坡度等变量在不同特征分区的影响力存在显著差异，土地利用方式及土壤理化性质等变量对不同特征分区均存在较大的影响力。基于地理探测器构建的分层多元复合模型，较好地解决了中大尺度和复杂情景下土壤有机碳空间分异规律与空间突变的同步表达矛盾，抑制了多变量插值噪声增加，其综合精度较地理加权回归模型（GWRK）、径向基函数神经网络（RBFNN）和普通克里格（OK）分别提升6.45%、10.45%和7.50%。在大密度样本集支持下，综合区域综合特征分区、地理探测器、分层多元复合模型等技术手段编制的广东省高精度农田土壤有机碳空间分布图，预测结果准确，空间细节表达清晰，为编制大空间尺度的土壤有机碳分布图探索了有效路径。     

基于MGWRK的土壤有机质制图及驱动因素研究

【目的】空间预测是一种获得有机质空间局部细节的重要方法,其准确性对于农田合理管理有着重要意义。本研究通过对比不同的土壤有机质空间制图方法以获得更优的预测精度,在预测的同时揭示环境协变量的空间非平稳性特征及不同环境协变量关系的空间尺度。【方法】选取晋中盆地的7个乡镇作为研究区,对比普通克里金（OK）、回归克里金（RK）、地理加权回归克里金（GWRK）和多重尺度地理加权回归克里金（MGWRK）4种不同方法对土壤有机质的预测能力和效果,并探究影响因子在空间分布中对有机质的影响效应变化和这种影响效应的空间尺度。MGWRK是一种多重尺度地理加权回归（MGWR）与普通克里金方法相结合的方法。【结果】选取坡向、坡度、年均降水量、年平均温度、海拔、植被年总初级生产力、年蒸散量、地形湿度指数、平面曲率、汇流动力指数、地形指数、地形粗糙指数、年平均NDVI为环境协变量参与建模,在多元线性回归建模中,模型统计学意义显著,这表明模型具备统计学意义。从Radius指数来看,各模型模拟效果由好到差依次为RK、OK、GWRK、MGWRK;从制图效果来看,MGWRK与GWRK制图效果相当,从有机质的空间预测图可以看出,土壤有机质在研究区呈现东西两侧偏低、中部偏高的空间格局,其中汾河以东、昌源河流经区域土壤有机质普遍偏高。坡向、年均降水量、年平均温度、海拔、地形指数、年平均NDVI对研究区东部有机质的影响强于西部,而坡度、植被年总初级生产力、年蒸散量、平面曲率、汇流动力指数、地形粗糙指数则表现出截然相反的空间非平稳性特征,地形湿度指数对有机质的影响则体现为北部强南部弱。【结论】MGWRK方法的空间预测精度分别达到了RK方法的69%、OK方法的71.74%、GWRK方法的71.17%。MGWRK在空间非平稳性特征的解释能力和空间可视化表现良好,为有机质的预测和空间非平稳性特征的描述提供方法借鉴。     

冬小麦-夏玉米轮作区土壤养分时空变化特征

【目的】研究冬小麦-夏玉米轮作区土壤养分的时间和空间变化规律以及多年轮作对土壤养分的影响。【方法】以国家精准农业示范研究基地为例,利用GIS技术和地统计学方法,结合《北京土壤养分分等定级标准》,分析冬小麦-夏玉米轮作区土壤养分时空变异特征。【结果】从2000—2007年,研究区严重缺乏磷、钾养分,且含量等级呈下降趋势;土壤全氮含量虽在部分区域偏高,但盈亏等级也呈下降趋势;有机质含量略微增加,处于平衡状态。不同年度的各土壤养分的变异系数范围为11.00%—51.71%,属于中等程度的变异。随着时间的推移,有效磷、有机质、全氮和碱解氮空间分布稳定。速效钾在2001年空间分布规律与2000年和2007年不同,但2000年和2007年空间分布一致,说明土壤速效钾空间分布也具有一定的稳定性。【结论】整体上来说,研究区南部和东北部土壤养分含量偏高,中部含量偏低。当田块土壤物理特性有大的变动时,土壤养分的空间结构特征会受到一定影响;但当长时间田块耕作管理相对一致时,结构性因素（尤其土壤特性、气候）起主要作用。     

松华坝水源区不同土地利用类型坡面土壤养分分析

【目的】了解南方地区红壤地氮磷素养分的垂直迁移规律,为提高肥料利用率和减少面源污染提供理论依据。【方法】选取松华坝水源保护区典型流域迤者小流域为试验区,对灌草林、坡耕地、荒地3种不同土地利用类型不同坡位处土壤剖面土壤养分各指标进行测定,并分析其相关性。【结果】对于同一土地利用类型而言土壤各养分指标的含量均为：坡下部〉坡中部〉坡上部;对于3种土地利用类型,土壤全氮、全磷含量均为：灌草林〉坡耕地〉荒地,土壤碱解氮含量为：坡耕地〉灌草林〉荒地,土壤速效磷含量为：坡耕地〉灌草林〉荒地,有机质含量为：荒地〉灌草林〉坡耕地;土地利用类型对土壤养分影响程度为：全磷〉全氮〉有机质〉碱解氮〉速效磷;土壤全氮含量与坡位呈显著线性相关,碱解氮含量与坡位呈极显著线性相关;土壤速效磷、土壤全氮、土壤碱解氮和土壤有机质含量与土层深度呈极显著线性相关;土壤养分之间有相互的影响,土壤有机质与速效磷和碱解氮之间呈显著和较显著的影响。【结论】南方红壤坡地中氮磷素养分的垂直运移规律为同一土地利用类型土壤各养分含量,整体随坡位的下降而增大,随着土层深度的增加而减少;不同土地利用类型对土壤全量养分（全氮、全磷）有显著影响。     

干旱荒漠区农田防护林正负效应及其影响机制

【目的】 研究干旱区农田防护林胁地的效应。【方法】 选取新疆150团一处南北走向的农田防护林以及西侧的棉田为研究对象,针对农田防护林对棉田的各个胁地因子,对比分析距离农田防护林不同树高（H为农田防护林平均树高15 m）倍数处棉田的气象、土壤及棉花生长状况等因素的时空变化及分布特征,研究防护林对棉田的胁迫规律、胁迫程度,筛选出农田防护林胁地的主导因子。【结果】 150团农田防护林杨树树种发达的根系是构成林带胁地的主要原因;引起农田防护林对棉田胁地的气象因素是光照与土壤含水量,相关系数可达0.972与0.995;造成农田防护林对棉田胁地的主要肥力因素是土壤有机质与全氮,相关系数可达0.980与0.992;农田防护林对棉花前期生长发育状况影响较大,后期胁地症状有所缓解。【结论】 农田防护林对棉田土壤有机质及全氮影响较大,在前期通过降低光照强度及土壤含水量影响棉花生长。     

基于高光谱数据的农田土壤养分含量估测模型研究

【目的】快速、实时、准确、无损地获取农田土壤主要养分(全氮TN、全磷TP、全钾TK)含量的信息。【方法】运用各种土壤反射率的光谱特征分析技术,提取其最具代表性的敏感波段位置,建立土壤养分含量反演模型。【结果】建立估算模型中,预测TN含量以指数函数模型(Y_TN =0.000 5e^{4.700 3xNDI})为最佳;预测TP含量以一元三次函数模型(Y_TP =802.27 x_NDI³-412.32 x_NDI²+72.357 x_NDI-3.318 9)为最佳;预测TK含量以一元三次函数模型(Y_TK =80 189 x_NDI³-11 471 x_NDI²+490.57 x_NDI+13.879)为最佳模型。【结论】通过模型精度评价和田间反复验证,基于归一化光谱指数NDI建立的高光谱遥感定量模型,能较好的反演土壤TN、TP、TK含量,达到良好的预测效果。