基于思维进化算法径向基函数神经网络的土壤有机质空间异质性研究

提出一种基于思维进化算法径向基函数神经网络的土壤有机质空间异质性研究方法(MECRBF)。以江西省万年县为案例区,在全县范围内采集耕地表层(0~20 cm)土壤样品954个,分别采用该方法和以邻近信息和地理坐标为输入的径向基函数神经网络方法(RBF-Near),以及普通克里格法来模拟土壤有机质空间分布。以验证样本实测值和预测值的决定系数与逼近误差作为评判标准,对比各方法在县域尺度上土壤有机质空间变异和空间插值方面的效果。对763个采样点进行建模、191个验证样点进行独立验证的预测结果表明,在验证点预测中,MECRBF的均方根误差、平均绝对误差、平均相对误差较RBF-Near分别降低了0.50 g·kg^-1、0.39 g·kg^-1、1.40百分点,差异显著(P<0.05),较普通克里格法分别降低2.59 g·kg^-1、1.89 g·kg^-1、7.76百分点,差异显著(P<0.05)。从模拟效果来看,MECRBF的决定系数最高,逼近误差最小;从空间分布模拟图来看,MECRBF能更好地表达土壤有机质空间异质性。提出的MECRBF可为县域尺度下土壤性质空间异质性研究提供方法参考。     

基于随机森林的农耕区土壤有机质空间分布预测

以陕西省周至县农耕区为研究区,采集192个土壤样品,通过随机森林模型(random forest, RF)对土壤有机质含量进行回归预测,通过29个(15%)独立验证点对预测结果进行精度验证,并与普通克里格(ordinary kriging,OK)和协同克里格(cokriging,COK)插值结果进行对比分析。结果表明,研究区土壤有机质含量在训练集和验证集中均属于中等变异性,含量处于中等偏低水平,大致表现为中、南部黑河东岸土壤有机质含量相对较高,东北部渭河沿岸含量较低。对变量重要性进行排序,影响研究区土壤有机质的主要因素为数字高程(DEM)和降水量。与OK、COK相比, RF对土壤有机质的预测值和实测值的相关系数(0.782)更高,而平均绝对误差(0.618 g·kg^-1)和均方根误差(2.062 g·kg^-1)更低,说明RF能够更精确地反映局部土壤有机质含量的空间变化信息。     

贵州野生茶树立地土壤养分状况分析及综合评价

以贵州的32个分布地的野生茶树种质资源立地土壤为研究对象,对其土壤pH值、土壤类型、土壤有机质和土壤中大量元素、微量元素进行分析,结果表明:30个分布地土壤类型属于黄壤,2个属于紫色土;46.9%的土壤pH值在4.5~5.5,是茶树最适宜生长的pH值范围;21.9%的土壤pH值小于4.5,土壤酸化较重;31.3%的土壤pH值在5.5~7.0。分布地土壤有机质、全氮、全磷、有效氮、有效磷、有效钾含量范围分别在11.01~162.62 g·kg^-1、0.05~8.13 g·kg^-1、0.02~4.03 g·kg^-1、24.81~456.01 mg·kg^-1、3.89~84.04 mg·kg^-1、27.31~516.67 mg·kg^-1;多数分布地土壤有机质、全氮、有效氮含量较高,有效钾、有效磷含量较低。土壤微量元素含量存在不同程度的缺乏或过量,交换性铝、交换性镁、交换性钙、有效铁、有效铜、有效锌含量范围分别在0.08~8.80 cmol·kg^-1、0.18~4.05 mg·kg^-1、0.86~10.46 mg·kg^-1、5~142.5 mg·kg^-1、0.24~9.88 mg·kg^-1、0.27~12.04 mg·kg^-1。     

基于BP神经网络与Kriging结合的土壤有机质空间分布模拟——以福建省华安县为例

[目的]提高县域尺度耕地土壤有机质空间插值精度。[方法]基于福建省漳州市华安县215个土壤有机质野外采样数据,将样地土壤类型、土地利用方式两种定性因素转化为虚拟变量,结合土壤质地、海拔高度、坡度等定量因素,构建了BP神经网络与克里金插值(Kriging)相结合的非线性拟合法(BP_OK),并与回归克里金插值法(RK)、普通克里金插值法(OK)进行对比。[结果]利用30个验证样点计算BP_OK、RK、OK法的均方根误差分别为3.55、3.73、4.92 g·kg~(-1),相关系数分别为0.72、0.68、0.35。[结论]结合土壤有机质采样数据和外界辅助因素的BP_OK法、RK法插值精度明显优于仅考虑土壤有机质采样数据空间自相关性的OK法,其中采用非线性拟合的BP_OK法预测精度最高,证明了BP_OK法可以有效改善县域尺度下耕地土壤有机质空间分布模拟精度。     

甘薯种植对苏北沿海滩涂土壤环境的影响

为明确在苏北沿海滩涂上种植甘薯对土壤环境的影响,在3个盐分梯度的盐碱土上进行甘薯栽培试验,研究甘薯在不同盐分土壤下生长性状的差异以及甘薯种植对土壤盐分、养分、土壤微生物碳含量的影响。结果表明,随着土壤盐分的增加,甘薯生长受到抑制,但在2.0~3.1 g·kg^-1土壤盐分水平下,甘薯生长性状与1.0~2.0 g·kg^-1盐分下差异不显著,说明甘薯具有一定的耐盐性。在3.1~4.8 g·kg^-1土壤盐分下甘薯各项生长指标显著下降,说明甘薯已受到严重的盐胁迫。随着甘薯生长进程,土壤盐分呈现逐渐下降的趋势,1.0~2.0、2.0~3.1 g·kg^-1盐分的土壤的呼吸强度呈现先上升后下降的趋势,但在甘薯收获后,其土壤呼吸强度依然高于甘薯种植前。在甘薯生长期内,土壤全氮含量以及有机质含量先升后降,土壤全钾含量先降后升。土壤盐分越大,土壤微生物碳含量越低,随着甘薯生长进程,1.0~2.0、2.0~3.1 g·kg^-1土壤盐分下,土壤微生物碳含量呈现逐渐增加的趋势。由此可见,甘薯具有一定的耐盐性。在苏北沿海滩涂上种植甘薯可降低土壤盐分,促进微生物繁殖,提高土壤养分,尤以对盐分含量为1.0~2.0、2.0~3.1 g·kg^-1的盐碱地的生态环境的改善效果较好。     

稻田长期施用沼液对土壤化学性质及碳氮磷生态化学计量比的影响

为探明连续施用沼液后对稻田土壤理化性状和碳氮磷生态化学计量比的影响,在浙江省桐乡市设置不施沼液和连续沼液施用时间为4、2 a的稻田样区各1个,并在各样区采集4个0~30 cm的土样,分析其土壤肥力主要指标。结果显示,1)施用沼液4 a处理的土壤pH比不施沼液的土壤pH显著降低;2)施用沼液4 a的土壤有机质含量(27.98 g·kg^-1)、阳离子交换量(19.75 cmol·kg^-1)、电导率(116.5 μS·cm ^-1)显著高于不施沼液土壤;3)施用沼液4 a土壤全氮(1.45 g·kg^-1)、全磷(2.61 g·kg^-1)、全钾(26.3 g·kg^-1)、碱解氮(89.7 mg·kg^-1)、有效磷(234.7 mg·kg^-1)、速效钾(254.5 mg·kg^-1)和NH₄-N(48.40 mg·kg^-1)含量均比不施沼液处理显著提高;4)施用沼液4 a处理的土壤C∶N∶P比为8.71∶1.00∶4.84,显著低于不施沼液的土壤。稻田施用沼液4 a处理与不施沼液的C∶N比无显著性差异,而C∶P比和N∶P比则低于不施沼液的土壤。在土壤肥力较高稻田上施用沼液导致土壤全量和速效养分的累积以及C∶P、N∶P比的降低,稻田土壤可能存在养分流失的风险。     

沼肥中钙镁含量浅析

采用电感耦合等离子体原子发射光谱法,对从浙江省不同地区取样的沼液、沼渣中的钙、镁含量进行检测。结果表明,沼渣的钙含量分布在10.53~107.21 g·kg^-1,平均值为60.28 g·kg^-1;镁含量分布在3.18~22.02 g·kg^-1,平均值为11.01 g·kg^-1。沼液中钙和镁含量较低,平均值分别为0.09、0.05 g·kg^-1。     

利用原子荧光仪多次测定砷、汞稳定性分析

对砷、汞标准溶液各进行20次连续进样,利用6项统计指标对砷、汞在原子荧光仪检测过程中表现出来的稳定性差异进行了分析。发现10μg·kg^-1砷连续进样20次得到的荧光值、浓度值平均值分别为441.26、9.802μg·kg^-1,中位值分别为440、9.775μg·kg^-1,极差分别为16.86、0.375μg·kg^-1,偏度系数都为0.732,峰度系数分别为-0.457、-0.456。1μg·kg^-1汞连续进样20次得到的荧光值和浓度值平均值分别为761.94和1.035μg·kg^-1,中位值分别为762、1.035μg·kg^-1,极差分别为81.59、0.111μg·kg^-1,偏度系数分别为-0.435和-0.414,峰度系数分别为-0.246和-0.271。统计发现,10μg·kg^-1砷数值的大小并没有明显的趋势性特点,1μg·kg^-1汞在第5针后有明显变动向上的趋势。     

罗氏沼虾冬季温保种阶段不同饵料摄食量的比较

本文以罗氏沼虾种虾为研究对象,通过投喂与剩余采食量测定相结合的方法研究罗氏沼虾早晚两餐饲喂不同饵料的摄食量差异,研究结果表明,罗氏沼虾早餐和晚餐对于鲜活类和蔬菜类饲料更加喜食,配合饲料、胡萝卜、鸡蛋糕、螺蛳肉4种不同饵料的早餐最佳的摄入量分别为5.71 g·kg^-1、6.12 g·kg^-1、5.73 g·kg^-1、6.82 g·kg^-1,而4种饵料的晚餐最佳投喂量分别为10.71 g·kg^-1、32.14 g·kg^-1、23.41 g·kg^-1、35.71 g·kg^-1。说明罗氏沼虾种虾的主要摄食时间为晚餐,且罗氏沼虾种虾对不同的饵料采食量有显著变化,与配合饲料和鸡蛋糕相比较,罗氏沼虾对胡萝卜、螺蛳肉摄食量更大。     

古蔺植烟土壤养分含量丰缺评价

为明确古蔺县烟叶主产乡镇土壤的养分丰缺状况,本研究在古蔺县17个烟叶主产乡镇,采集168个土壤样品,对植烟土壤养分丰缺状况进行调查。结果表明:古蔺县植烟土壤pH均值为6.46,土壤以弱酸性至中性为主,符合优质烟叶生产的要求;土壤有机质含量整体适宜,均值为30.46 g·kg^-1,偏低、适宜和过量的比例分别为36.0%、33.4%和30.6%;土壤全氮含量略偏高,均值为1.52 g·kg^-1,偏低、适宜和过量的比例分别为10.6%、46.0%和43.4%;土壤碱解氮含量整体适宜,均值为111.75 mg·kg^-1,偏低、适宜和过量的比例分别为39.4%、46.5%和14.1%;土壤有效磷含量缺乏,均值为10.75 mg·kg^-1,偏低、适宜和过量的比例分别为88.1%、8.4%和3.5%;土壤速效钾含量缺乏,均值为104.14 mg·kg^-1,偏低、适宜和过量的比例分别为84.1%、11.2%和4.7%。     

基于Kriging法的森林土壤养分空间插值

利用ArcGIS 9.3软件,采用Kriging法完成土壤养分有机质和全钾养分的空间插值.结果表明,福建省顺昌县森林土壤的有机质和全钾含量空间上存在中等程度相关.采用Kriging法的Stable和Spherical半变异函数模型表征有机质和全钾含量的空间变异特征效果最好.交叉验证表明:有机质和全钾的插值结果平均误差分别为-0.09和0.00,均方根误差(RMS)分别为16.42和2.68.     

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。     

耕地地力评价中土壤养分的空间插值方法比较研究——以会宁县土壤速效钾为例

土壤养分分布状况是耕地地力评价的重要指标,也是科学施肥的主要依据。土壤属性分析作为耕地地力评价的核心,是评价工作的重点。该研究以甘肃省会宁县土壤速效钾含量为研究数据,用普通克里格、反距离加权法、径向基函数插值3种插值方法进行插值对比研究,交叉验证得出普通克里格球面模型是精度最高的插值方法,可以很好的模拟土壤养分的空间渐变分布。为后期的耕地地力评价和农业生产提供科学依据。     

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。     

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。     

洱海流域植烟土壤养分时空变异特征及肥力评价

【目的】通过研究洱海流域植烟土壤养分时空变异特征,实现对该区域植烟土壤肥力分级评价及其空间可视化的目标,进而为洱海流域烟田养分分区管理、平衡施肥、农业面源污染防控等提供科学依据。【方法】以2011—2013年、2018年和2020年洱海流域植烟区964个土壤样品为研究对象,采用地统计学和地理信息系统（Geographic Information Systems,GIS）技术探究养分的时空变异特征和区域分布格局,并采用Fuzzy综合评价法对植烟区土壤肥力进行定量评价。【结果】2011—2020年洱海流域植烟土壤pH、有机质、全氮、有效磷和速效钾的均值为7.3、59.6 g·kg^-1、3.5 g·kg^-1、54.4 mg·kg^-1、192.0 mg·kg^-1,均表现为中等变异。植烟土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量丰富,丰缺等级处于中上等级及以上的区域面积占比分别为85.2%、93.8%、94.5%及78.8%,存在明显的区域变异性。植烟土壤肥力处于I—V级的区域面积占比分别为8.4%、25.0%、40.3%、23.3%、3.0%。洱海流域植烟土壤整体偏碱性,pH值呈现出洱海北部高于南部的现状;有机质和全氮含量高值区主要分布于洱海北部和西部;有效磷含量高值区以斑块状分布在洱海北部、东部和西部;速效钾含量高值区呈片状分布在洱海北部和东部。【结论】洱海流域植烟土壤整体肥力较高,III级及以上高肥力区主要分布在洱海北部和东部。同时,洱海北部和西部植烟土壤氮磷元素含量丰富,区域内存在农业面源污染风险。     

高斯序贯模拟与克里格插值2种土壤重金属污染分析方法的比较(英文)

[目的]探讨克里格插值和高斯序贯模拟2种方法在土壤重金属污染分析中的差异,以期为土壤重金属污染分析方法的选择提供参考依据。[方法]以山东聊城某县重金属铜采样数据为研究对象,利用克里格插值和高斯序贯模拟2种方法进行土壤重金属铜的空间分布建模模拟。并选择30个采样点作为交叉验证数据集,对2种插值方法进行对比分析。[结果]克里格方法和高斯序贯模拟在均值段和极值段的模拟各有优势,研究者应根据试验数据的特点及应用目的对二者进行选择使用。[结论]土壤重金属污染分析是土壤治理、生态修复的前提,该研究结果对于根据不同目的需求来选择不同的插值、模拟方法具有重要意义。     

高斯序贯模拟与克里格插值2种土壤重金属污染分析方法的比较

[目的]探讨克里格插值和高斯序贯模拟2种方法在土壤重金属污染分析中的差异,以期为土壤重金属污染分析方法的选择提供参考依据。[方法]以山东聊城某县重金属铜采样数据为研究对象,利用克里格插值和高斯序贯模拟2种方法进行土壤重金属铜的空间分布建模模拟。并选择30个采样点作为交叉验证数据集,对2种插值方法进行对比分析。[结果]克里格方法和高斯序贯模拟在均值段和极值段的模拟各有优势,研究者应根据试验数据的特点及应用目的对二者进行选择使用。[结论]土壤重金属污染分析是土壤治理、生态修复的前提,该研究结果对于根据不同目的需求来选择不同的插值、模拟方法具有重要意义。