不同尺度下低山茶园土壤阳离子交换量空间变异性研究

 【目的】研究茶园土壤阳离子交换量（CEC）的空间变异性特征，可以为茶园生态建设以及茶园土壤肥力管理提供理论依据。【方法】本文利用地统计学方法探讨了两个取样尺度下四川蒙顶山茶园土壤CEC的空间变异性特征。【结果】（1）小尺度下，茶园土壤CEC具有强烈的空间相关性（C0/（C0+C）值为18.84%），相关距离高达1 818 m，结构性因子是影响其空间变异的主要因素；（2）微尺度下，茶园土壤CEC仍具有强烈的空间相关性（C0/（C0+C）值为16.52%），空间相关距离达311 m，结构性因子是影响其空间变异的主要因素。【结论】小尺度下土壤CEC在坡度方向变异明显，横坡方向变异最弱；普通Kriging插值分析表明其在东北至西南方向呈明显的条带状分布，并在垂直方向随海拔高度的上升而增加；微尺度下土壤CEC的变异方向与小尺度下不同，在接近坡度的方向空间变异明显，接近横坡方向变异最弱；土壤CEC沿横坡方向呈条带状分布并伴随部分斑块状分布，从坡面至上而下，呈先增加后减少再增加的趋势。     

县域农田土壤铜、锌、铬含量空间变异特征及其影响因子分析

【目的】研究县域农田土壤重金属空间变异特征及影响因子,可为保护农田环境质量提供有效信息。【方法】本研究利用地统计学和GIS相结合的方法,对四川省双流县623个土样铜、锌、铬含量空间结构、分布特征进行分析,并在此基础上对其影响因子进行了探讨。【结果】(1)农田土壤铜、锌、铬含量属于中等变异强度,其最大值与最小值之间的差异明显;(2)土壤铜、锌、铬含量的空间相关距离分别为28281、45613、45892m,且具有中等程度的空间自相关性,其空间变异受结构性和随机性因子的共同影响。【结论】普通Kriging插值表明,土壤铜、锌、铬含量的空间分布趋势较为接近,高值区主要集中在县境内西北部。影响因子分析表明,土壤铜含量在不同地形条件下呈极显著差异;成土母质对铜和锌含量空间变异有重要影响;有机肥使用量是影响土壤铜、锌、铬含量空间变异的重要因子;社会经济条件中,农业基础条件和化肥使用量对土壤铜、锌、铬含量空间变异的影响程度最高。     

汉中盆地耕地土壤有机质的空间特征

【目的】研究汉中盆地耕地土壤有机质的空间自相关性、空间变异特征以及空间分布规律。【方法】根据地貌特征,以位于汉中盆地中部的平坝区作为研究区,于2010-2011年共采集土样3 568个,测定土样有机质含量,对获得的有机质含量原始数据进行处理后,综合运用传统统计、地统计和地理信息系统技术,研究汉中盆地耕地土壤有机质空间特征。【结果】研究区耕地土壤有机质含量为7.20~38.00g/kg,平均值为21.53g/kg,变异系数为24.48%,属中等强度变异;研究区耕地土壤有机质为空间聚集式分布,呈显著的正空间自相关,空间自相关尺度为4.70km;耕地土壤有机质含量的块金系数为0.55,表现为中等强度空间相关性;研究区61.13%的耕地土壤有机质含量较高(≥20~<30g/kg),整体分布格局为西高东低、南高北低,其中自东北向西南方向土壤有机质含量呈增加趋势。【结论】研究区大部分耕地土壤有机质含量较高,能够满足农作物生长的需要。     

县域耕地土壤速效磷空间格局研究

【目的】研究陕西关中地区县域耕地土壤速效磷的空间变异特征和分布格局,探讨其主要影响因子。【方法】以陕西省武功县为研究区,在0～20 cm土层,以“S”形法采集耕地土样2 219个,运用地统计学结合GIS技术,拟合最优半方差模型,进行普通Kriging插值分析。【结果】研究区土壤速效磷含量为3.10～65.80 mg/kg,平均值为21.75 mg/kg,最佳半方差模型为球状模型,且具各向异性特征,块金系数为0.360 3,具有中等强度的空间相关性。【结论】研究区土壤速效磷含量高低区域分布比较明显,总体分布状况与地貌特征基本一致。地形地貌、土壤质地、灌溉条件和施肥是影响武功县耕地土壤速效磷含量空间格局的主要因素。     

县域耕地土壤速效磷空间格局研究——以武功县为例

【目的】研究陕西关中地区县域耕地土壤速效磷的空间变异特征和分布格局,探讨其主要影响因子。【方法】以陕西省武功县为研究区,在0~20 cm土层,以"S"形法采集耕地土样2 219个,运用地统计学结合GIS技术,拟合最优半方差模型,进行普通Kriging插值分析。【结果】研究区土壤速效磷含量为3.10~65.80 mg/kg,平均值为21.75 mg/kg,最佳半方差模型为球状模型,且具各向异性特征,块金系数为0.360 3,具有中等强度的空间相关性。【结论】研究区土壤速效磷含量高低区域分布比较明显,总体分布状况与地貌特征基本一致。地形地貌、土壤质地、灌溉条件和施肥是影响武功县耕地土壤速效磷含量空间格局的主要因素。     

基于主成分分析的协同克里格插值模型对土壤铜含量的空间分布预测

以湖北省宜都市红花套镇的柑橘产区为例,选取土壤重金属全铜含量为研究对象,利用Pearson相关系数方法选择与土壤铜含量具有较高相关性的土壤因子(全K、全Cr、CEC、全Al、全N(P0.05))作为辅助变量,利用主成分分析(PCA)对辅助变量进行降维求总得分处理后,与协同克里格插值相结合构建土壤铜含量空间模型(COKPCA),同时构建土壤铜含量的普通克里格插值模型(OK)和以全K作为辅助变量构建协同克里格插值模型(COKK),对不同的空间模型进行模拟精度的对比和分析之后提出最优空间模型方法,进一步分析土壤铜含量在研究区域的空间分布特征。结果表明:普通克里格插值(OK)、协同克里格插值(COKK)和与主成分相结合的协同克里格插值(COKPCA)3种模型的RMSE分别为7.044、6.907和6.309,R2分别为0.716、0.743和0.852,赤池信息量准则(AIC)分别为101.591、96.908和87.203。综合比较,COKPCA具有最优的模拟插值结果,其次为COKK,而OK则相对较差。     

基于模型与GIS的小麦籽粒品质空间差异分析

 【目的】基于小麦籽粒品质预测模型和GIS技术,探索主要籽粒品质指标区域模拟与空间变异分析的方法。【方法】首先利用文献资料对已有小麦籽粒品质预测模型进行验证和评价,并基于江苏省40个生态点2000-2003年逐日气象数据和5个生态点、6个品种类型的小麦田间试验数据,对籽粒品质预测模型进行先计算后插值(calculate first,interpolate later,CI)和先插值后计算(interpolate first,calculate later,IC)两种升尺度方法的研究与评价;在此基础上进行小麦籽粒蛋白质含量、湿面筋含量和沉降值3项籽粒品质指标的区域模拟;最后,运用GIS和地统计学方法,分析江苏省3项籽粒品质指标的空间变异,获取3项籽粒品质指标的空间分布栅格图。【结果】IC方法的模拟精度较高,3项籽粒品质指标在不同地点、不同品种上的模拟值与实测值的RMSE基本小于20%;江苏省3项小麦籽粒品质指标在最大变程7.16 km范围内显著相关,表现为东西经向和南北纬向变异较大的各向异性分布;空间栅格图能直观显示3项籽粒品质指标的空间分布以及纬度和经度方向的变异趋势。【结论】利用基于IC的小麦籽粒品质模型升尺度方法进行区域籽粒品质模拟和空间变异分析是可行的,为小麦籽粒品质的生态变异研究提供了参考。     

县域尺度表层土壤质地空间变异与因素分析

【目的】以北京市平谷区为研究区域,采用传统统计和地统计学相结合的方法研究县域尺度下土壤质地空间变异的规律,探究土壤质地空间变异的机理。【方法】采用Levine’s方法进行方差奇次性检验,根据检验结果选取最小显著性差方法(least-significant difference,LSD)对土壤颗粒组成与高程、母质、土地利用和水域分布关系进行研究。空间预测采用普通克里格法,鉴于土壤质地属于成分数据,插值前对原始数据进行对称对数比转换。【结果】不同高程组、母质类型、土地利用类型及水域缓冲区组各颗粒平均含量存在一定的差异性,不同高程组和母质类型的土壤颗粒组成之间的差异性比不同土地利用类型和水域缓冲区明显。总体而言,研究区内随着海拔高度的降低,土壤颗粒呈现由粗变细的趋势;由石英含量较高的酸性岩母质发育的土壤土壤颗粒较粗;菜地土壤颗粒相对较细;随着离水域距离的增大,土壤砂粒含量呈增加趋势。地统计分析结果显示,土壤质地各颗粒表现出极强的空间自相关性,空间变异主要由结构性因素引起。各颗粒空间插值结果表明,土壤各颗粒组成空间分布总体趋势特征比较明显。【结论】传统统计分析和地统计学相结合的方法能够系统和全面地揭示土壤质地空间变异的确定性和随机性,研究区土壤质地空间格局主要受地形、母质等自然因素影响。经过对称对数比转换后,土壤质地各颗粒组成空间预测结果满足成分数据空间插值的要求。     

克里金插值平滑效应校正及凤冈县富硒茶园适宜区研究

【目的】研究克里金插值数据平滑效应的校正方法及其在富硒茶园适宜区研究中的应用。【方法】用采样点插值表面估计值和实测值极差和标准差的相对变化率定量表示克里金插值的平滑效应,用样点插值表面估计值和实测值的最小值、平均值和最大值之间的一元二次回归方程为校正函数,用贵州省凤冈县0-20 cm土层的pH和全硒含量校正克里金插值表面叠加分析研究富硒茶园适宜区。【结果】（1)极差平滑率和标准差平滑率可分别描述克里金插值数据变化范围平滑效应和数据变异程度平滑效应,凤冈县土壤pH和硒含量普通克里金插值的极差平滑率和标准差平滑率分别为68.30%、69.51%和65.33%、60.00%。（2）校正后凤冈县土壤pH插值表面估计值极差平滑率和标准差平滑率分别为0.00%和6.10%,硒含量插值表面估计值极差平滑率和标准差平滑率均为0。文中的校正方法可完美消除普通克里金插值平滑效应,同时保证插值结果无偏估计特性。（3）校正后插值表面叠加分析结果表明,凤冈县富硒茶园适宜区面积为49.63 km2,占全县土地总面积的2.64%,主要分布在该县永安镇田坝村及附近。【结论】用样点插值表面估计值和实测值的最小值、平均值和最大值之间的一元二次回归方程对克里金插值表面进行校正简单易行,基于校正表面富硒茶园适宜区分析结果与现实情况吻合良好。     

基于地表温度—植被指数特征空间的荒漠化草原表层土壤含水量反演

【目的】研究地表温度-植被指数特征空间的荒漠化草原表层土壤含水量反演状况。【方法】以2014年和2015年的3期MODISL1B数据构建地表温度Ts-植被指数NDVI的特征空间,拟合出特征空间的干、湿边方程,计算温度植被干旱指数(TVDI)。对TVDI与同期野外不同深度的实测土壤含水量数据进行回归分析,建立TVDI估测土壤水分的模型,并对模型进行验证。【结果】TVDI与各层实测土壤含水量数据都有一定程度的相关性,相关系数在0.5以上。TVDI模型对研究区0~10cm、0~20cm、0~30cm深度的土壤含水量反演相对误差均不大,且相对误差随着土壤深度的增加而增大。TVDI模型的土壤含水量遥感反演中,3期0~10cm深度的土壤含水量反演值与实测值的相对误差平均值均在10%左右。【结论】TVDI模型可以更为准确地反映研究区内土壤表层0~10cm深度的含水量空间变异特征及分布状况。     

塔里木河上游棉区不同类型盐土阳离子交换量分布特征及影响因素

【目的】研究塔里木河上游棉区不同类型盐土CEC的分布状况及影响因素。 了解不同类型盐土土壤特性及肥力状况,为新疆南疆干旱区盐土改良利用提供理论依据。【方法】以阿拉尔绿洲草甸盐土(MeS)、沼泽盐土(MaS)、残余盐土(ReS)、洪积盐土(PrS)、棕漠林盐土(DeS)5种典型盐土为对象,研究该流域不同类型盐土阳离子交换量(CEC)的剖面分布规律,分析盐土CEC的影响因素,并利用灰色关联法对盐土CEC与土壤理化性质之间的关系进行了量化。【结果】该区盐土CEC在2.02～25.54 cmol/kg,平均值为12.39 cmol/kg,CEC随剖面深度的变化规律各类型盐土有所不同,不同类型盐土CEC大小依次为MeS> ReS > DeS > PrS > MaS。粘粒是干旱区盐土CEC的主要来源;pH、CaCO₃、盐基总量(TEB)和碱化度(BSP)与盐土CEC呈极显著正相关,是盐土CEC的主要影响因素,其中CaCO₃对盐土CEC的贡献不容忽视;盐土有机质(SOM)含量极低,对盐土CEC未表现出显著性影响;交换性钙饱和度(CaSP)、交换性镁饱和度(MgSP)及交换性钾饱和度(KSP)对盐土CEC有显著的抑制作用。【结论】塔里木河上游棉区不同类型盐土CEC有显著差异,不同类型盐土保肥、供肥及缓冲性能不同。pH、CaCO₃、TEB和ESP是CEC主要贡献因子,SOM对盐土CEC无显著的影响。     

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.     

禹城市耕地养分时空演变研究

[目的]为了解禹城市区域耕地养分现状和变化情况,掌握中低产田改造结果,进一步提升土地生产力,稳定粮食产量。[方法]比较了山东省禹城市1980和2008年耕地养分的时空变化。[结果]土壤有机质、速效磷的含量均提高1倍以上,而土壤全氮和速效钾的含量也得到较大提高。空间上,2008年各种土壤养分缺乏区面积均大面积下降,1980年盐渍化土壤大面积分布情况得到极大改善,仅1%左右的面积存在轻度盐渍化威胁。[结论]近30年的中低产田改造和盐碱地治理,禹城市耕地土壤质量得到显著提高。     

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。     

北京市平谷区土壤有效微量元素含量的空间变异特性初步研究

 【目的】探明土壤微量元素的空间分布,为合理科学配方施肥提供重要依据。【方法】在北京市平谷区布设置1 076个采样点,测定其耕层（0～20 cm）与亚耕层（20～40 cm）土壤有效铜、有效锌、有效铁和有效锰含量。应用地统计学法进行分析。【结果】平谷区耕层土壤有效铜、有效锌、有效铁和有效锰含量分别为1.96、2.51、17.32和10.91 mg•kg-1,含量均在中等及中等偏上水平,耕层含量高于亚耕层,表现出一定的表聚性;通过半方差函数分析,耕层中有效铁和有效锰的空间自相关范围较大,变程分别为21.6和45.3 km,耕层有效铜和有效锌变程较小,分别为3.1和2.9 km,亚耕层中4种有效微量元素的变程与耕层不同,其大小顺序为：有效锰＞有效铜＞有效锌=有效铁。采用Kriging最优内插法得到了平谷区4种土壤微量元素空间分布图,耕层有效铁和有效锰含量分布主要取决于地形、土壤类型、土壤性质等结构性因素,而耕层有效铜和有效锌含量分布则主要与土地利用类型有关,其中果园和菜地的含量明显高于大田。亚耕层4种微量元素空间分布格局与耕层相似,表现出一定的空间垂直分布特征。【结论】肥料和农药的投入是平谷区土壤有效铜和有效锌含量高的主要原因,有效锌含量偏高,对土壤环境质量具有潜在危害,应引起足够重视。     

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。     

梅州市土地利用变化及生态环境效应分析

【目的】分析1999-2008年广东省梅州市土地利用变化情况及其生态环境效应,为梅州市土地资源可持续利用提供科学依据。【方法】运用土地利用结构变化、土地利用程度变化和土地利用多样化指数对梅州市土地利用变化进行分析,运用区域生态环境质量指数和生态环境变化强度指数对梅州市土地利用变化所产生的生态效应进行分析。【结果】梅州市土地利用以农用地为主,其中林地所占比例最大（＞70%）,建设用地的增加主要是居民点及工矿用地的增加;梅州市土地利用程度变化量和土地利用程度变化率分别为-0.64和-0.29%,土地利用类型多样化指数呈现明显的空间差异,并与梅州市经济和地形地貌的空间差异保持良好的一致性;梅州市生态环境质量指数从1999年的0.570上升到2008年的0.595。【结论】1999-2008年梅州市土地利用以农用地为主,土地利用的空间差异明显,土地利用正处于调整期,生态环境质量指数总体呈现上升趋势。     

30年间河北省曲周县土壤速效钾的时空变异 特征及其影响因素

【目的】速效钾是土壤肥力的重要指标之一,与作物产量和品质密切相关。最近10年随着农业结构调整,机械化程度不断提高,秸秆还田等技术的不断推广,迫切需要研究这些因素对土壤速效钾含量时空变化的影响,从而为土壤肥力评价和管理提供指导。【方法】通过野外调查、采样分析和资料搜集得到了河北省曲周县1980年、2000年和2010年3个不同时期耕层土壤速效钾含量的数据,首先对不同时期土壤速效钾含量进行了常规统计和正态性检验;然后应用地质统计学方法分析了不同时期耕层土壤速效钾含量的空间结构特征,结合GIS空间插值、叠置分析和面积统计功能研究了该区耕层土壤速效钾含量的时空变异特征;最后对各种影响因素（土壤质地、土壤类型和土地利用类型）下的土壤速效钾含量进行了方差分析。【结果】3个时期土壤速效钾的平均含量分别为167.1、90.0和87.7 mg•kg-1,2000年的平均含量比1980年减少了46.1%,2010年比2000年减少了2.6%。具体变化为：1980年速效钾含量为I级地（＞200 mg•kg-1）和II级地（150-200 mg•kg-1）的面积比例分别为5.2%和82.9%,而到2000年和2010年时基本减少到无。1980年III级地（100-150 mg•kg-1）的面积比例为11.9%,到2000年增加到22.3%,2010年进一步增加到31.2%。1980年时没有IV级地（50-100 mg•kg-1）,而2000年和2010年该等级面积比例最大,分别为78.7%和68%。1980年、2000年和2010年土壤速效钾的空间相关距离分别为8.1、2.8和9.8 km。前20年变程呈减小的趋势,而后10年变程呈增加的趋势,这是区域因素与随机因素共同作用的结果。不同质地土壤的速效钾含量顺序为：砂土＜砂壤＜轻壤＜中壤＜黏土。潮土的速效钾含量明显高于盐土。各种农用地中,林地的速效钾含量变化最大,1980年和2000年其含量最小,到2010年其含量最大。【结论】30年来曲周县土壤速效钾含量随时间的推移呈递减的趋势,前20年下降很快,后10年表现为总体略有下降,但局部有上升的趋势。土壤类型、土壤质地、土地利用类型和人为管理措施是其主要影响因素。秸秆还田和平衡施肥等措施对于保持和提升土壤速效钾含量起到了非常重要的作用,需进一步大力推广。     

用高程辅助提高土壤属性的空间预测精度

 【目的】探讨土壤属性变量与高程之间在何种条件下，可利用高程变量来辅助提高土壤变量的预测精度。【方法】用两种将高程作为辅助变量的克里格插值方法（协克里格法和简单克里格加变化局部平均值法）与没有考虑高程的普通克里格插值方法进行对比分析，用均方根预测误差和预测精度的相对提高值作为标准对3种方法的预测结果进行评价。【结果】对于交换性钾和pH值，协克里格法获得最精确的预测；对于Olsen-P、土壤有机质和有效锌，简单克里格加变化局部平均值法得到最精确的预测；而有效铜、有效铁和有效锰的最精确的预测结果则由普通克里格法产生。【结论】高程数据能够用来提高土壤特征的空间预测精度，但并不是对所有的土壤属性都适合；在利用高程数据来提高土壤属性空间预测之前，应该先对高程和土壤特征变量之间的线性相关关系、结构相关关系和全局趋势等进行仔细地分析，然后再选择适宜的方法。