土壤养分空间变异性研究

土壤养分空间变异性是指导土壤养分管理、科学施肥的重要依据,已经引起了广泛的关注.为此,从研究尺度、插值方法、采样方式和采样密度3个研究方向对土壤养分空间变异性研究进展进行了概括和总结.同时,指出探索适合不同尺度的插值方法、采样方式和采样密度仍是今后进一步研究的方向,而综合利用多种技术手段建立土壤养分的时空过程模型,将可能更有助于土壤养分变异性特征的表达.     

距离倒数和克里克方法在土壤养分制图中的比较研究

空间插值方法以及模型参数的选择是制约插值精度的重要因素。为此,使用普通克里克、普通对数克里克和距离倒数加权方法对三峡库区王家沟小流域内的土壤养分(有机质、全氮、全磷)进行插值,研究了权重指数、邻域样本数目和变异函数模型对插值结果的影响,并用交叉验证的方法对这几种插值方法进行了比较。结果显示,距离倒数加权对于土壤有机质和全氮制图具有最高的精度,对数克里克对于全磷的模拟则是最优的。     

基于土壤类型和微量元素辅助信息的土壤属性空间模拟

为探讨大尺度区域土壤属性空间化的方法，以吉林省为例，研究土壤养分（pH值、有机质、速效磷、速效钾和碱解氮）和地形地貌、微量元素等变量之间的关系；并在考虑土壤类型基础上，将相关性较高的变量作为协因子进行土壤养分的Cokriging插值研究。结果表明，pH值与经度、有效铁、锰和速效氮的相关系数分别高达-0.66、-0.71、-0.70和-0.67；有机质与经度、pH值、有效钙、锰的相关系数分别为0.55、-0.58、0.56和0.52；碱解氮与经度、纬度、pH值、有效铁、锌的相关系数分别为0.57、-0.57、-0.67、0.56、0.54；速效磷与速效钾、有效锌的相关系数分别为0.67和0.64。分析发现以相关性较高的微量元素作为协因子进行Cokriging插值精度均优于采用地形变量作为协因子的Cokriging插值。交叉检验和检验站验证结果表明，与普通Kriging相比，基于土壤类型和微量元素的Cokriging插值在增加估值精度方面有所提高。     

基于前馈神经网络的变量施肥养分图的研究

通过插值方法合理利用土壤采样点的养分值估算非采样点的养分值,对于变量施肥决策和实施具有重要的意义.由于大采样间距插值地图的精确性无法得到保证,难以客观地描述农田的养分分布情况,因此提出一种不依赖于地理统计学推论的前馈神经网络模型,对大间距采样点进行插值.实验研究表明,与目前的插值方法相比,该模型有较好的准确性和可靠性.     

耕地土壤有机质空间变异性的随机模拟

有机质是土壤重要的肥力特征，研究盐渍土改良区耕地土壤有机质空间变异特征可为土壤质量提升提供科学依据。以山东省禹城市盐渍土改良区典型地块耕地土壤有机质为研究对象，在全面野外调查和室内化验分析以获得大量的土壤有机质相关信息的基础上，运用地统计学方法对有机质进行了序贯高斯模拟各次实现（SGSV）、序贯高斯模拟平均实现（SGSA）和ordinary Kriging插值（OK），并将SGSV、SGSA、OK与实测数据进行了统计参数、变异函数、空间分布趋势等方面进行了对比分析。结果表明OK、SGSA改变了有机质数据的空间结构,具有“平滑”效应，SGSA在消除平滑影响方面优于Kriging插值；SGSV具有与实测数据相同的空间自相关结构,对预测点的模拟值具有不确定性，为揭示研究区域土壤有机质的空间结构特征提供了有力的工具，对盐渍土改良区土壤有机质空间不确定性的风险研究具有更实际的意义。     

漳河灌区水稻种植前后土壤养分变化研究

利用湖北漳河灌区典型试验区取样点上的土壤养分数据,运用经典统计学的有关理论分析了水稻种植前土壤养分的背景值。结果表明,试验区土壤氮元素供应较充分,土壤总氮和碱解氮的平均含量分别达到了1.140g/kg和107.980 mg/kg,但是试验区土壤磷元素相对缺乏,总磷和速效磷的含量分别仅有0.642 g/kg和16.619mg/kg,并且磷元素含量在区域内的变异性也很大。同时,对在区域内选取的3块典型田块的土壤养分在水稻种植前后的变化进行了对比分析,分析结果显示,土壤总氮和总磷在水稻种植后的含量平均降幅分别为26.28%和40.9%,统计学显著性检验证明氮元素减少不明显,而磷元素减少显著。结合地统计学的有关理论应用克里格空间插值,对取样点外区域土壤养分背景值进行了估计,并做出养分分布等值线图,为指导农户科学合理施肥,提高肥料利用效率和减轻农田面源污染提供参考。     

土壤特性空间变异性研究

在R环境中以半方差函数和克里格插值为基础，对镇江市瑞京园种植区土壤的pH值、有效钾、硝态氮和铵态氮含量进行了空间变异性研究，并绘制了空间分布图。对于使用R语言进行土壤空间变异分析具有一定的理论和实践意义。     

基于球坐标转换的土壤机械组成空间插值研究

土壤机械组成作为一种成分数据,为满足其空间插值的定额、非负、线性无偏和最优要求,通常需要对其进行转换。本文以宁夏银北地区土壤机械组成数据为例,引进了球坐标转换方法,利用经球坐标转换、对称对数比转换和非对称对数比转换后的数据进行普通克里格插值,分析了球坐标转换方法对土壤机械组成数据转换的可行性与科学性,并比较了不同转换方法对土壤机械组成空间预测效果的影响。结果表明:球坐标转换方法能满足土壤机械组成空间插值要求,对于研究区砂粒、粉粒的空间插值精度较对称对数比转换和非对称对数比转换方法高,而对于黏粒,其插值精度却逊于对称对数比转换和非对称对数比转换方法。本研究为土壤机械组成空间插值提供了一种易于理解、计算量小、不需要考虑零值、又能保证一定插值精度的转换方法。     

猪场废水灌溉区农田土壤养分的空间变异

为了了解长期灌溉猪场废水对农田土壤pH值和土壤养分的影响,采集了河北省京安猪场区域农田清灌区和灌溉8年猪场废水污灌区的耕层(0~20 cm)共52个土壤样品,测定了样品的pH值和土壤养分,应用GIS结合地统计学方法对pH值和养分进行空间结构和分布特征分析。结果表明,研究区pH值和养分的空间分布主要与污灌的猪场废水量和水质有关,与微域地形、土壤质地和种植制度关系不大。     

猪场废水灌溉区农田土壤养分的空问变异

为了了解长期灌溉猪场废水对农田土壤pH值和土壤养分的影响,采集了河北省京安猪场区域农田清灌区和灌溉8年猪场废水污灌区的耕层(0～20 cm)共52个土壤样品,测定了样品的pH值和土壤养分,应用GIS结合地统计学方法对pH值和养分进行空间结构和分布特征分析.结果表明,研究区pH值和养分的空间分布主要与污灌的猪场废水量和水质有关,与微域地形、土壤质地和种植制度关系不大.     

Stochastic variation of system component variables in a network analysis

A deterministic network simulation was reformulated to include the uncertainty of various parameters. Then, by the recording values obtained for each pathway or system in the network for a set of stochastic parameters and then choosing another set of stochastic parameters and recording the values obtained from that simulation, an average value and standard deviation for any system in the network can be determined. In the decision-making process of choosing from one system over another, the manager will have a better understanding of the complex interactions involved by knowing the effects that uncertainty in the system can cause.     

四川盆地丘陵区土壤水分的动态及其随机模拟

土壤水分动态的研究是定量理解植被对水分胁迫响应、土壤养分循环的水文控制、植物水分竞争等生态系统动态的关键，是目前国内外的研究热点。利用2004年-2007年每天的土壤水分监测数据，结合laio土壤水分动态随机模型，研究了四川盆地丘陵区(重庆铜梁虎峰)土壤水分的动态特征及其laio模型在亚热带气候条件推求土壤随机动态特征的适用性。结果表明：监测年内各层土壤水分无论在枯水年还是平水年均差异显著，其中连续平水年土壤水分的含量和变异系数均高于枯水年，枯水年后的平水年低于枯水年；土壤水分的季节变化可分为稳定期、消耗期、波动期；土壤水分的垂直变化来看，土壤水分含量并非完全随着土壤深度的增加而增加。用laio概率随机模型导出的土壤水分概率密度图表明：各层土壤水分的峰度出现在=0.5左右，变化幅度较宽。用laio模型导出的土壤水分峰度和变幅与观测的概率密度函数结果基本一致，相对误差在5%，laio模型可用于分析亚热带气候下土壤水分动态随机特征。     

基于地统计学的土壤重金属分布与污染风险评价

在野外调查取样和室内分析获得大量土壤重金属含量数据和空间数据的基础上,利用经典统计学和普通克里格法(OK)对采样区域土壤重金属含量的空间变异性进行了分析,并利用指示克里格法(IK)和多变量指示克里格法(MVIK)绘制了各项重金属元素污染风险和土壤污染综合风险概率图。结果表明:岩溶地貌区土壤重金属As、Cd、Cr、Cu、Pb、Hg、Ni和Zn的含量显著高于非岩溶地貌区,各项重金属元素之间具有显著的相关性,说明它们存在很大的同源性和复合关系;受岩性、成土母质等内在因素的影响,各项重金属元素(除Cu元素外)都具有强烈的空间变异性,重金属元素含量高值主要分布在东南部和北部的岩溶地貌区,低值主要分布在西南部的非岩溶地貌区;采样区域存在As、Cd、Cu、Hg、Ni和Zn等重金属污染风险,其风险概率分别为0.326、0.805、0.185、0.192、0.267和0.270,土壤重金属污染综合风险概率为0.335。     

基于多元指示克立格方法的土壤盐分空间分布评价

以内蒙古河套灌区农田为例,分别运用单元指示克立格和多元指示克立格对河套灌区中游约0.8万hm2农田0~20 cm、20~40 cm深度内的土壤盐分的空间变异性进行了评价,并绘制了基于设定阈值土壤电导率概率分布图。结果表明:各层土壤盐分均不符合正态分布且存在特异值,但采用指示克立格方法可以获得较为稳健的变异函数;受结构性因素影响,各层土壤盐分的指示半方差均表现为强空间自相关性。依据综合概率分布图对土地资源利用的风险性进行了评价,对评价区域土地资源质量的决策管理提供了指导。     

模糊综合评价法判断重庆花椒种植区土壤肥力水平

为揭示重庆花椒地土壤质量状况及空间特征,采集重庆主要花椒区45个土壤样品,测定pH值、容重、有机质、有效磷、碱解氮、速效钾、有效铜、有效锌、有效铁、有效锰、有效硼、有效钼、有效硫共13个指标,采用模糊综合评价法对土壤质量进行综合评价,并利用半变异函数分析各指标空间变异特征。结果表明:各养分指标变异系数范围为14.8%～171.4%,该区域养分含量分布很不均衡;有效磷、有效铁、有效硼、有效硫的空间相关性较弱,主要受随机性因素影响;有效锌和有效铁的隶属度最高,其值分别为0.89、0.91,有效硼和有机质的隶属度较低,其值为0.15、0.34,说明花椒地有效锌和有效铁含量较丰富,但有效铁和有机质含量较缺乏;整体上该区中等肥力水平占51.1%,中等偏上肥力水平占42.2%,中等偏下肥力水平占6.7%,土壤肥力综合指数的在空间上呈现球状半变异函数,拟合程度极高。     

基于GIS的土壤盐分空间变异及盐分监测样点合理布设研究

在GIS技术支持下,采用经典统计学和地统计学方法对山东省房寺镇0～20 cm土壤盐分空间变异及其监测合理采样数量进行了研究.结果表明,研究区域土壤盐分属中等强度变异,受结构因素和随机因素的共同作用,土壤盐分具有中等强度的空间相关性;Kriging插值分析表明,土壤盐分的空间分布受微地形、气候和河流水入渗的影响,在地势较...     

土壤有机碳空间变异性对采样密度的响应研究

以北京地区土壤有机碳(SOC)为目标变量,对比4种不同采样密度下SOC质量比空间变异的结构变化以及在不同采样密度下不同空间预测方法对SOC质量比空间预测不确定性方面的表现。结果表明,SOC质量比关于地形因子的趋势属于宏观趋势,以低采样密度的趋势拟合效果最优;随着采样密度的增加,SOC质量比及其去趋势后残差的系统内部随机变异逐渐增强,结构变异逐渐减弱,变异函数的分布也越平稳,空间预测的不确定性也逐渐减小。另外,变异函数的变程可能也影响空间预测的不确定性;增加采样密度和引入地形因子辅助的回归克里格法均可以提高北京地区SOC质量比的预测精度;在预测精度不降低的情况下,引入地形因子辅助可以在一定程度上减少采样的数量。     

基于改进的BP神经网络集成的作物精准施肥模型

作物最优施肥量与土壤养分含量、产量之间存在复杂的非线性关系。为更加准确地模拟这种关系，提出一种改进的的BP神经网络集成方法。该方法采用K-均值聚类优选神经网络个体，采用拉格朗日乘子方法计算待集成的神经网络个体的权值。然后，基于农田肥料效应试验数据，以土壤养分含量和施肥量作为神经网络的输入，以产量作为神经网络的输出，建立了作物精准施肥模型。该模型通过求解一个非线性规划问题，能同时获得最大产量和最优施肥量。试验结果表明，在施肥模型的拟合精度方面，改进的神经网络集成方法（其均方根误差为64.54）明显优于单个神经网络方法（其均方根误差为169.74）。而且，作为一种定量模型，基于改进的神经网络集成的施肥模型优于传统施肥模型，能有效地指导精准施肥。     

岩溶区峰丛洼地山体阴影区域植被指数随机模拟

针对岩溶峰丛洼地遥感影像山体阴影区域信息缺失的问题,以广西壮族自治区果化野外基地的归一化植被指数(NDVI)为研究对象,对研究区域NDVI进行了14次序贯高斯模拟(SGS),并就模拟结果与普通克里格进行对比分析.结果表明,受岩性和地形地貌等内在因素的影响,研究区域NDVI具有强烈的空间自相关性;随着模拟次数的增加,SGS模拟值与验证值之间的相关系数增加,平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)减小,模拟精度逐渐提高;当模拟次数大于50次时,模拟精度高于普通克里格(OK)插值精度,模拟次数继续增加,SGS模拟精度提高不明显.研究较精确地获取了阴影区域的NDVI,可为区域石漠化评估与岩溶生态重建提供参考.