基于GWR模型的渭北黄土旱塬粮食单产空间分异 及其影响因子分析——以陕西彬县为例

【目的】 通过探究渭北黄土旱塬区粮食单产在县域尺度上的空间分异特征及其影响因子,为小尺度粮食单产及其影响因子的空间分异研究、区域粮食单产提高提供科学依据。【方法】 应用空间自相关、最小二乘法和地理加权回归模型（GWR）,研究渭北黄土旱塬区典型粮食主产县陕西彬县粮食单产的空间分布特征及其影响因子的空间分异。【结果】 彬县粮食单产的Moran’s I指数为0.328,显著性检验的Z值为5.51,呈北高南低的局部空间集聚特征。坡度、耕层厚度、土壤有机质、道路密度和施肥成本对彬县粮食单产具有正向影响,土壤类型、侵蚀程度和地下水埋深对彬县粮食单产具有负向影响,各解释变量回归系数的相对极差范围为0.55—14.11。空间上,耕层厚度、土壤类型、侵蚀程度、土壤有机质和道路密度对彬县南部、东南部梁峁丘陵沟壑区粮食单产的影响强于北部黄土旱塬区,而坡度、地下水埋深和施肥成本则表现出相反的空间非平稳性特征。OLS模型回归系数的显著性与GWR模型回归系数的相对极差呈负相关关系。GWR模型的R ²比OLS模型提高了0.04,AIC值减少了11.04。 【结论】 彬县粮食单产之间存在显著的空间正相关关系;土壤有机质、施肥成本和地下水埋深是渭北黄土旱塬区县域粮食单产的最主要影响因子;同一影响因子在县域内的不同空间位置对粮食单产的影响程度存在较大差异,且各影响因子对粮食单产影响程度的空间非平稳性是导致OLS模型回归系数显著性水平较低的主要原因。GWR模型在空间非平稳性数据建模方面的解释能力与估计精度都优于OLS模型,且能够实现模型估计参数的空间可视化。     

Influence of Climate and Socio-Economic Factors on the Spatio-Temporal Variability of Soil Organic Matter： A Case Study of Central Heilongjiang Province,China

For the scientific management of farmland, it is significant to understand the spatio-temporal variability of soil organic matter and to study the influences of related factors. Using geostatistical theory, GIS spatial analysis, trend analysis and a Geographically Weighted Regression （GWR） model, this study analyzed the response of soil organic matter to climate and socio-economic factors in central Heilongjiang Province during the past 25 years. Second soil survey data of China for 1979-1985, 2005 field sampling data, climate observations and socio-economic data for 1980-2005 were analyzed. First, soil organic matter in 2005 was spatially interpolated using the Co-Kriging method along with auxiliary data sets of soil type and pH. The spatio-temporal variability was then studied by comparison with the 1980s second soil census data. Next, the temporal trends in climate and socio-economic factors over the past 25 years were investigated. Finally, we examined the variation of the response of soil organic matter to climate and socio-economic factors using the GWR model spatially and temporally. The model showed that 53.82% area of the organic matter content remained constant and 29.39% has decreased during the past 25 years. The impact of precipitation on organic matter content is mainly negative, with increasing absolute values of the regression coefficient. The absolute value of regression coefficient of annual average temperature has decreased, and more areas are now under its negative effects. In addition, the areas of positive regression coefficient of annual sunshine hours have northward shifted, with the increasing absolute value of positive coefficient and decreasing absolute value of negative coefficient. The areas of positive regression coefficient of mechanized farming as a socio-economic factor have westward shifted, with the increasing absolute value of negative coefficient and decreasing absolute value of positive coefficient. The area of regions with the positive regression coefficient of irrigatio     

基于地理加权回归模型的绿洲土壤表层有机质含量高光谱估算

【目的】研究利用高光谱数据估算土壤表层有机质含量,为绿洲区大范围,快速,低成本,监测土壤表层有机质含量提供技术参考。【方法】以新疆博斯腾湖湖滨绿洲为研究区,采用地理加权回归模型,优选高光谱数据与土壤有机质含量的特征波段,构建研究区表层土壤有机质含量的高光谱估算模型。【结果】研究区表层土壤有机质含量变化不大,变化系数为55%,最小值为2.37 g/kg,最大值为51.47 g/kg,平均值为21.20 g/kg。土壤有机质特征波段主要集中在645~1 958 nm,其中1/R二阶的相关系数值最大为0.73,且在P=0.05水平下,通过显著性检验的波段数为83。构建的地理加权回归模型中,二维土壤指数1/R RSI建模效果最优,建模集R²=0.91,RMSE=2.56,验证集R²=0.95,RMSE=1.10。【结论】利用地理加权回归模型估算土壤有机质估算,建模效果可以达到一定的精度要求。     

基于GWR模型的耕地表层土壤有机质空间变异研究

通过选择耕地土壤有机质含量影响因素,设定量化标准、构建地理加权回归(GWR)模型,对2006-2010年忻州市忻府区耕地土壤有机质含量进行了统计及空间可视化分析,探索了不同影响因素对忻府区耕地土壤有机质含量的影响及其空间差异性.发现距村距离、海拔、地面坡度、田面坡度、通常地下水位、pH值、全N、地势起伏度、总户数等对忻府区耕地土壤有机质含量影响显著.     

基于可见/近红外光谱的土壤有机质快速测定方法的研究

[目的]研究在野外直接测定土壤有机质含量的方法。[方法]以重铬酸钾容量法(外加热法)测定土壤样本有机质含量作为真实值,在不进行土壤样本预处理的前提下,利用近红外光谱直接扫描未作处理的土壤样本,测定土壤有机质含量,以其作为土壤有机质含量的预测值。[结果]利用620和1 900 nm的波长组合,可以较好地预测土壤有机质含量,预测模型(定标模型)的相关系数为0.9,极为显著。[结论]该模型对同类土壤有机质含量的预测效果很好,预测值与实测值的相关系数达到0.95。     

基于高光谱数据的北疆绿洲农田灰漠土有机质反演

为了探寻快速、准确估测土壤有机质含量的方法以推动精准农业化进程,以北疆绿洲农田灰漠土为研究对象,通过野外实地调查收集土壤样品,室内化学分析测得土壤样品有机质含量,暗室内利用SVC HR-768高光谱仪测定土壤样品光谱反射率。通过对土壤光谱反射率进行倒数、对数、一阶微分、倒数的一阶微分、对数的一阶微分变换,运用单相关分析法提取土壤光谱特征波段,采用多元逐步方法对土壤有机质含量定量反演,分析研究土壤有机质含量和室内土壤光谱的特征关系。结果表明,在波长567、1 697 nm和2 221 nm处,采用反射率对数的一阶微分建立的土壤有机质含量反演模型预测精度最高,模型决定系数达到0.82。北疆绿洲农田灰漠土土壤有机质含量高光谱反演模型的建立为土壤有机质的快速测定提供了新的途径。     

拉萨5县土壤有机质时空变化分析

通过对土壤有机质时空变化分析,揭示拉萨5县土壤有机质自1987年土壤普查以来的变化情况,揭示土壤有机质的空间分布状况,揭示土壤有机质变化的影响因素,为开展测土配方施肥提供技术支撑。     

土壤有机碳时空变化研究进展与展望

土壤有机碳不但是土壤肥力形成、粮食生产和土壤健康的基础,而且在全球碳平衡中起着关键的作用,因此,明晰土壤有机碳时空变化规律对于保障土壤健康和粮食安全、发挥土壤生态系统服务功能和应对气候变化等均具有重要意义。本文首先介绍了土壤有机碳时空变化的主要驱动因素和估算方法,随后分析了全球及国家等相对较大尺度上土壤有机碳时空变化研究的主要进展,最后从土壤有机碳模型结构改进、驱动数据分辨率提升、不确定性量化评估等方面综合分析了未来土壤有机碳时空变化研究需亟待解决的重要科学问题。     

应用耕作指数评价耕作措施对双季稻田土壤质量的影响

 【目的】采用耕作指数（TI）定量评价了耕作措施对双季稻田土壤质量的影响，旨在为选择合理的土壤耕作措施提供依据。【方法】试验始于2005年，在湖南省宁乡县设免耕（NT）、旋耕（RT）和翻耕（CT）3个处理，测定了2007、2008年水稻收获期0—20 cm土层有机质（SOM）、土壤容重（BD）、全氮（TN）及pH等理化性状指标，利用目的线性回归模型计算TI。【结果】有机质含量和土壤容重对双季稻田土壤质量影响显著，水稻产量与土壤有机质含量显著正相关（R2=0.45），与土壤容重显著负相关（R2=0.67）；可通过测定有机质含量和土壤容重计算得到TI，TI = 0.40 SOM' + 0.60 BD'，且与水稻产量呈显著正相关（R2=0.67），可作为选择耕作措施的依据。试验中3个耕作处理土壤质量均有不同程度的改善，TI变化表明试验期间NT处理初期土壤质量较差（TI=0.79），但其TI增加最快，免耕能有效地改善土壤质量。【结论】利用目的线性回归模型计算TI能够较准确的定量描述不同耕作措施下双季稻田土壤质量。免耕有利于土壤质量的改善。     

基于组合模型的黑土区土壤有机质含量预测分析

为提高典型黑土区土壤有机质含量的预测精度,结合田间实测数据与遥感影像反射率数学变换数据筛选出最佳特征波段,并建立多种回归模型,对研究区土壤有机质含量预测模型进行优选。结果表明:对影像反射率进行不同的数学变换处理能够扩大数据中对有机质含量变化敏感的细微吸收特征,突出敏感光谱信息。利用标准化模型对处理后的光谱数据贡献率进行量化,结合相关系数筛选最佳特征波段。建模结果显示,支持向量机模型在检验集上的决定系数为0.89,均方根误差为2.81 g·kg^-1,模型整体的相对分析误差为2.14,对土壤有机质含量的预测能力极好。研究结果可为黑土区土壤有机质含量的预测模型优选提供参考,也可为中国北部地区耕地的有机质含量监测和有效开发提供基础理论依据。     

红塔区花卉耕层土壤有机质含量与其他养分相关性研究

为解决红塔区花卉生产中轻施有机肥的突出问题,通过分析有机质与其他养分因子间的关系,找出施用有机肥培肥地力的科学依据。在7个花卉主要种植区采集有代表性的耕层土样50个,对土壤有机质、全氮、碱解氮等13项指标进行测定分析。结果表明：（1）花卉耕层土壤有机质含量在5.9~49.7 g/kg之间,平均29.53 g/kg,95%置信区为26.59~32.47 g/kg,同时确定了其他12项养分指标的变幅、平均值、95%置信区。（2）有机质含量丰富、较丰富水平的在30.1~49.7 g/kg之间,平均37.90 g/kg,占48%,适合红塔区花卉种植;中等到极缺水平的在5.9~29.8 g/kg之间,平均21.80 g/kg,占52%,是有机肥培肥地力的重点部分。（3）土壤有机质含量与pH、全氮、有效磷、有效锌、缓效钾、交换性镁、有效铁、交换性钙共8个指标有正相关关系,均达显著水平以上,通过回归分析,均得出回归方程y=a+bx,方程式经方差分析均达显著以上水平,回归系数经t测验P值均小于0.05,证明有机质含量对8项养分指标有显著以上的影响。因此,红塔区花卉生产中,可以通过增施有机肥,提高有机质含量,增加全氮、有效磷、有效锌、缓效钾、交换性镁、有效铁、交换性钙的含量。并应用8个回归方程通过测定有机质、pH,快速得出全氮、有效磷、有效锌、缓效钾、交换性镁、有效铁、交换性钙的含量,及时科学指导花卉施肥。     

基于Hyperion数据的耕地土壤有机质含量遥感反演

为了探究耕地土壤有机质含量与卫星影像光谱间的关系,确定土壤有机质的光谱特征,构建土壤有机质含量反演模型.利用Hyperion高光谱卫星影像和福建省三明市80个土壤调查样点分析数据,对土壤有机质与光谱指数相关性进行了分析;在提取特征光谱指数的基础上,分别基于敏感波段和特征指数建立线性模型和多元逐步回归模型.结果表明:土壤有机质含量在Hyperion高光谱782.95~813.48 nm波段具有良好的响应能力;反射率的一阶导数所建立的模型拟合效果最优,其R2为0.777,RMSE为5.31,验证模型有机质实测值与预测值的R2为0.809,表明它能够用于区域有机质含量的快速测定.     

洞庭湖湿地土壤有机质空间分布及其相关性研究

以洞庭湖湿地的泥沙滩地、湖草滩地、芦苇滩地和集成垸人工杨树林为研究对象。研究了不同湿地类型的土壤有机质含量的统计学特性、土壤有机质的水平分布、垂直分布特征以及其与pH值、土壤水分和容重等指标的相关性。结果表明,4类湿地类型土壤有机质差异显著;湿地表层土壤有机质的水平分异为：湖草滩地（33.04±10.86）g/kg〉芦苇滩地（23.23±4.78）g/kg〉杨树林地（16.92±3.44）g/kg〉泥沙滩地（4.60±0.59）g/kg,除泥沙滩地外,其他3类土壤有机质含量和人为干扰因素呈负相关关系;土壤有机质的垂直分异为：除泥沙滩地外,湖草滩地、芦苇滩地和杨树林地的土壤有机质含量都是从上到下依次递减;湿地土壤有机质与pH值呈显著负相关关系（0.05水平）,Pearson相关系数为-0.594;有机质和土壤水分呈极显著的正相关关系（0.01水平）,Pearson相关系数为0.830;土壤有机质与容重呈极显著的指数负相关关系（P〈0.01）,回归方程为：Y=367.308e-2.462X（R=-0.885,N=43）。     

村级农田土壤养分特征及其空间变异性

利用“网格”取样、土壤养分状况系统研究法、地统计学方法及地理信息系统技术探讨了湖北省1个自然村(梅家墩村)土壤的养分特性及其空间变异规律。结果表明:①土壤有机质、NH4 -N和有效K的含量普遍较低,有效P的含量相对较高,土壤有效S、B、Mn和Zn的含量低于临界值的比例分别为51.8％、16.5％、44.6％和79.9％;②土壤有效养分含量的变异系数按如下顺序逐渐增大:pH相似文献   

绿肥鼠茅自然群落物种多样性及其与环境因子间的关系

为研究绿肥植物鼠茅(Vulpia myuros)自然群落特征与物种组成,对浙江14个野生鼠茅研究样区的生境进行调查,并利用方差分析、相关分析、曲线估计等方法,分析了群落物种组成、群落多样性指数和鼠茅盖度与地理气候因子和土壤因子的关系。结果表明:鼠茅自然群落中共有植物49种,分属29科,常见的伴生种有禾本科假俭草、菊科一年蓬和一枝黄花、豆科鸡眼草。Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数、Pielou多样性指数、物种丰富度在14个研究样区中差异显著。多样性指数、鼠茅盖度和重要值与地理气候因子间均没有显著相关性。多样性指数与多个土壤因子间存在显著的相关性,其中影响较大的为土壤温度、土壤盐度和土壤有机质含量,曲线估计拟合呈现倒数模型、二次曲线模型和线性模型。鼠茅在群落中的盖度与土壤中速效磷、速效钾和有机质含量呈显著正相关。调查研究阐明了鼠茅的自然群落组成及其维持群落生态平衡中可能存在的问题,为进一步推广绿肥鼠茅应用奠定了一定的基础。     

吉林省水蚀区耕作土壤K值与土壤性状的相关性

以吉林省水蚀区为研究区域,测定了不同土壤类型区内耕作土壤的基本性状特征,并采用Wischmeier和Smith关系式计算了土壤可蚀性因子(K值)。相关分析结果表明:耕作土壤的K值与土壤有机质含量、砂粒含量呈极显著负相关,与粉砂粒含量和N1含量呈极显著正相关;不同土壤类型间的K值分布特征:黑土黑钙土白浆土暗棕壤。     

基于小波变换的近红外光谱预测土壤有机质

为了探索快速检测土壤有机质含量的方法,试验采用不同分解水平的Coiflet函数的小波(wavelet)分析方法,对山西关帝山土壤样品的近红外光谱信号进行了消噪处理,来快速获取土壤中有机质含量。结果表明:对有机质敏感波段的为450~600 nm,810~935 nm,1 030~1 315 nm,1 380~1 400 nm;有机质NIRS法与实验室标准法测定值之间的相关系数R2为0.9818;说明通过小波变换滤波,选择敏感波段,用偏最小二乘回归方法预测土壤有机质含量是可行的。     

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。     

四川巨桉人工林养分相互作用关系研究

采用多元线性回归模型研究了土壤养分与巨桉人工林叶片养分及叶片中各养分浓度之间的关系。结果表明,土壤有机质和有效P含量与N、B的吸收呈显著正相关,全Zn、交换性Mg与N的吸收呈显著负相关 叶片P浓度主要受土壤总P供应量的影响,而与有效P含量关系不明显,但受到土壤有效N、交换性Ca、全K的促进作用和总Ca的限制作用 叶片Ca、Mg浓度与土壤Ca、Mg含量呈显著正相关 养分平衡关系中,N平衡最重要,K、Mg次之,Ca、Zn、B、Cu等也不可忽视,可采用N/Zn、K/N、K/Zn、Ca/N、Ca/B、Mg/N、Mg/K、Cu/N、Zn/Mg、B/N衡量巨桉人工林的养分平衡关系。     

隆回植烟土壤有机质含量分布特征及其影响因素研究

为揭示隆回植烟土壤有机质含量分布特征及其影响因素,提高烤烟生产施肥的科学性,采用传统统计学、相关分析、回归分析以及灰色关联方法分析了隆回植烟土壤有机质含量分布特点及其影响因素。结果表明：①隆回烟区植烟土壤有机质含量平均值为32.22 g/kg,处于“适宜”水平,处于“适宜”范围内的样本占51.0％;②4种不同土类之间有机质含量达到极显著差异,有机质含量在“适宜”水平的土壤样本数比例为红壤＞石灰岩土＞黄壤＞水稻土;③6种不同土壤质地间有机质含量存在极显著差异,其中轻壤土、砂壤土和中壤土有机质含量处于“适宜”水平的比例较高;④植烟土壤全氮、有效磷和全钾含量偏高,碱解氮含量适宜,全磷和速效钾含量偏低;⑤影响植烟土壤有机质含量分布的土壤养分因素有土壤氮素、磷素以及钾素,对有机质含量分布影响大小顺序为碱解氮＞速效钾＞全钾＞全磷＞有效磷＞全氮;⑥有机质含量随碱解氮、有效磷和速效钾含量的升高而提高,而全氮、全钾和全磷与有机质含量之间呈二次曲线关系。