田间土壤特性的空间相关结构分析及其分布描述

本文对雄县试区试验田的土壤特性空间变异性进行经典统计分析，并利用地质统计学半方差分析法定量描述土壤特性的空间相关结构，然后使用Ｋｒｉｇｉｎｇ最优内插估值法得到了田间土壤特性参数的空间分布等值图。分析结果表明，该试验田０～１００ｃｍ土壤范围内的平均含水量不仅在整个空间分布上而且在纵横曲型剖面上都呈现出弱变异性，空间相关结构显著，相关距离约６０～８０ｍ。采用上述结论和等值图不但能减少样本采样的数量和密度，还能根据田间含水量的空间分布特征合理布点采样，实施土壤墒情的科学监测。     

基于实测数据及遥感图片的土壤采样方法

如何结合土壤特性和先进手段，制定具有代表性，同时又经济的土壤采样方案一直是土壤分析的难题。该文根据陕西省卤泊滩盐碱地改良区土壤含盐量的实测资料和相应的遥感图片数据，并结合土壤属性空间分布特性，提出一种新的土壤水盐含量采集方案。结果表明，用33个已知点的实测数据可以估算出101个未测点的含量并最终构成插值343个点的空间分布图，且水分与盐分含量预测结果相关的确定系数分别为0.869和0.817。在此基础上进而对工程改良措施下的卤泊滩盐渍土表层水盐空间变异性进行研究。分析结果表明，研究区土壤水盐含量具有中等较强的空间自相关性和较弱的变异性。通过对该地区水盐空间变异性的研究可以及时了解盐渍地试验区的改良效果及水资源管理情况。     

土壤渗透参数空间变异性的试验研究

通过野外布点试验，应用Guelph渗透仪测得了各点的土壤饱和渗透系数Kfs和土壤特性参数α。对试验结果分析表明，Kfs和α两参数具有较大的空间变异性，并服从对数正态分布，应用指数解析模型模拟了lnKfs和lnα两空间随机变量的半方差函数，拟合模型所得到的方差与实验结果的统计值基本接近，两参数的相关距离分别为6m和10m，文中得到的随机变量的统计结构和统计值可用于宏观弥散系数和宏观非饱和渗透系数的计算分析。     

黑土区玉米穗质量与影响因素的联合多重分形研究

为揭示黑土区玉米穗质量与影响因素相互关系的尺度效应,在分析玉米穗质量与影响因素空间变异的基础上,利用联合多重分形方法研究玉米穗质量与影响因素的多尺度相关性。结果表明:研究区玉米穗质量的变异程度为中等,茎粗的变异程度随时间变化由中等变为弱变异,其他影响因素的变异程度为弱变异;玉米穗质量与影响因素的空间相关范围介于7.15~66.51 m;玉米穗质量、叶绿素含量、土壤容重、土壤粒径分布体积分形维数具有强烈空间相关性,茎粗、土壤含水率、土壤饱和含水率具有中等空间相关性;单一尺度上茎粗和叶绿素含量对玉米穗质量的空间变异性有显著影响,多尺度上叶绿素含量、土壤粒径分布体积分形维数、茎粗、土壤含水率对玉米穗质量的空间变异性有显著影响;玉米穗质量与土壤特性、不同时期作物生长指标的多尺度相关程度绝大部分都大于单一尺度上的相关程度;随取样时间变化,玉米穗质量与茎粗在单一尺度和多尺度上的相关程度均先增后降,但开始降低的时间不同。     

不同生育阶段土壤水分和养分空间变异与冬小麦产量关系的研究

以江苏省姜堰市沈高农场为例,分析了冬小麦生育期内土壤水分和养分产量的空间变异性,主成分-逐步回归的适当组合,能较为满意地降低土壤特性与产量关系分析中多重共线性的干扰,分析结果表明,土壤水分属弱变异性,养分属程度不同的中等变异性;所测土壤特性与产量关系的亲疏大致为:有机质和全氮量最密切,其次是速效氮,再次是速效钾,接下来是土壤水分和速效磷。     

田间土壤NO3^——N含量空间变异性初步研究

对具有代表性的３个地块的土壤ＮＯ３＾－－Ｎ含量实例资料进行了分析,结果表明田间土壤ＮＯ３＾－－Ｎ含量存在明显的空间变异性。３个地块的土壤ＮＯ３＾－－Ｎ含量在置信水平β＝０．０５下均服从正态分布。由实测资料进行的自相关及半方差分析表明,３个地块的土壤ＮＯ３＾－－Ｎ含量自相关性不显著,且无规律性,因此在田间一般距离取样的土壤ＮＯ３＾－－含量可作为独立的随机变量。并将ＮＯ３＾－－Ｎ含量的空间变异性同土壤含水率及含盐量的空间变异性作了一些对比。     

塿土土壤水力特性空间变异的多重分形分析

为探讨塿土土壤水力特性的空间分布特征,对杨凌示范区大寨乡小麦与玉米轮作地进行直线分布土壤取样,室内测定了土壤水分特征曲线、饱和导水率、土壤含水率、容重等土壤水力特性,用Brooks - Corey模型对土壤水分特征曲线进行拟合,采用多重分形方法对Brooks- Corey模型参数(θs、α、n)、饱和导水率(Ks)、土壤含水率(θ)、容重(ρ)等进行空间变异性分析.结果表明:在全部采样方向上Ks、α及n的变异性较强,θsθ及ρ表现为弱变异;不同采样方向上土壤水力特性参数具有多重分形特征;不同采样方向上θ,、θ及p的多重分形结构较弱,空间变异性不强;不同采样方向上Ks、α及n的多重分形结构明显,广义分形维数分别为0.7 ～1.9、0.6～1.2、0.9～1.1,空间变异性较强,且Ks比α和n具有更为复杂的空间分布结构.     

不同土层土壤特性空间变异性关系的联合多重分形研究

应用联合多重分形理论研究了0～20 cm土层土壤含水率、土壤电导率、砂粒含量、粘粒含量、粗粉粒含量、土壤粒径分布体积分形维数、土壤容重、有机质含量的空间变异性与20～40 cm土层对应变量空间变异性在多尺度上的相互关系。结果表明:相对于0～20 cm土层上述变量的空间变异性,20～40 cm土层粗粉粒含量、有机质含量空间变异性的变化率最大,土壤电导率、粘粒含量、土壤粒径分布体积分形维数空间变异性的变化率最小,砂粒含量、土壤含水率、土壤容重空间变异性的变化率介于两者之间;多尺度上,0～20 cm土层土壤含水率、土壤容重、有机质含量、粘粒含量、砂粒含量、土壤电导率、土壤粒径分布体积分形维数、粗粉粒含量与20～40 cm土层对应变量空间变异性在多尺度上的相关性依次减弱。     

春大豆叶面积指数的空间结构性分析

为了对春大豆叶面积指数(LAI)的空间结构性进行分析,进一步指导春大豆的精细种植,以晋大74号大豆为研究对象,用DGPS定位系统按7m×7m网格共布54个点,并利用SunScan冠层分析系统采集大豆开花结荚期的叶面积指数;运用地统计学原理对LAI的空间结构性进行分析,并建立其半方差函数模型。结果表明:所测LAI具有中等变异性,变异函数模型为球状模型,且具有中等空间自相关性,相关距离为44.8m,可为后续作物生长性状、土壤特性、产量信息的空间变异性及相关性分析提供了基础和前提。     

县域尺度玉米产量信息空间变异性研究

采用传统统计学和地统计学相结合的方法,研究县级尺度作物产量信息的空间变异特征及其空间相关性.在确定合理采样数的基础上,利用传统统计学方法研究样本的统计特征,获得传统方法估计的总体产量信息分布概况,利用地统计学理论分析其空间变异性特征和克里格插值对作物产量的空间格局进行分析.传统统计学分析表明,玉米产量及其构成因子的空间变异系数均在10％ ～ 100％之间,属于中等变异性,而利用地统计学方法进行最佳半方差函数拟合发现,县域尺度上的玉米产量信息表现为强烈的空间相关性,说明产量的空间变异性主要是由其结构性因素决定的,随机性因素对该尺度下的变量空间变异性影响较小,且相关范围较大,在3 400 m左右.     

不同时期农田土壤水分和盐分的空间变异性分析

以河套灌区一农田(500m×1100m=55hm2)上55个采样点的水分和盐分作为研究对象,从统计特征值、半方差函数和克立格法绘制的分布图几个方面对比分析了2个时期(即秋浇前和夏灌前)土壤水分和盐分的空间变异性。结果表明夏灌前土壤水分属弱变异性,秋浇前属中等(偏弱)变异性,土壤盐分均属中等变异性;2个时期的水分和盐分都具有空间自相关性,且秋浇前土壤水分和盐分相关性较强,夏灌前二者具有中等强度的空间自相关性,秋浇前土壤水分和盐分的变程(或最大自相关距离)都大于夏灌前。用普通克立格估值绘制的分布图表明土壤水分或盐分在2个时期的分布差别较大,说明秋浇储水、季节性土壤冻融及春季消融时的蒸发对播种前土壤水分和盐分的空间变异性的影响强烈。在北方季节性冻融地区,了解这2个时期土壤水分和盐分的空间分布,对节水灌溉、土壤改良和农田或区域水资源管理等具有指导意义。     

不同土层土壤水分特征曲线的空间变异及其影响因素

利用多重分形和联合多重分形方法,对陕西杨凌地区0～20 cm和20～40 cm土层van Genuchten模型参数的空间变异性及其影响因素进行了研究.结果表明:0～20 cm和20～40 cm土层参数α都具有明显的多重分形特征,空间变异性较强,且分别是由低值和高值分布引起的;参数n和θs的多重分形特征不明显,空间变异性较弱.0～20 cm和20～40 cm土层van Genuchten模型参数与土壤物理特性的相关特征并不完全相同,在观测尺度上,0～20 cm土层参数α与Sand、Silt显著相关,参数n与Sand、SOM显著相关,θs与Sand显著相关;20～40 cm土层参数α与SOM显著相关,参数n和θs都与Sand、Silt、SOM显著相关;在多尺度上,0～20 cm土层参数α与Sand、Silt的相关程度最高,20～40 cm土层参数α与BD、SOM的相关程度最高.     

一种新的地下滴灌毛管水力计算模型——基于土壤初始含水率和土壤黏粒含量空间变异性研究

地下滴灌是一种新型高效节水灌溉技术。为探究土壤空间变异性对地下滴灌毛管水力特性的影响,提出地下滴灌毛管水力要素的试验方案,研究土壤物理参数(土壤初始含水率和土壤黏粒含量)的空间分布特征,分析土壤物理参数的空间分布格局。建立考虑土壤物理参数空间变异性的地下滴灌毛管水力计算模型,将其转化为目标函数的优化问题,采用遗传算法来求解模型中的相关参数。根据试验数据和模型计算结果验证模型的可靠性。该模型为研究土壤空间变异性和地下滴灌毛管水力特性的内在联系奠定基础。     

土壤圆锥指数的关联维数

通过对土壤圆锥指数的时空变异序列重新构造ｍ维相空间Ｒ＾ｍ，根据关联函数的定义，计算出土壤圆锥指数的关联维数，其结果将为进一步认识土壤特性的混沌现象提供新的概念和途径。     

基于地质统计学的内蒙古乌梁素海氮素时空分布

为研究不同形态氮在内蒙古乌梁素海的时空分布特征及变化规律，运用地质统计学理论分析了乌梁素海不同形态氮浓度的时空变异性。研究表明：在时间上，乌梁素海水体中各监测点总氮平均浓度夏季高，秋季低，而氨氮浓度与此相反，季节性差异较为明显。在空间上，乌梁素海不同形态氮浓度分布呈现出一定的结构性和随机性，较小尺度上影响不同形态氮转化的作用过程可以忽略，不同形态氮都具有中强等级空间相关性，大多数属于强度空间相关性。总之，乌梁素海氮素污染问题已十分严重，主要污染源为河套灌区农田排水、流域内工业废水和生活污水.     

山东禹城地区土壤入渗特性的空间变异研究

在中科院禹城综合试验站102 m×52 m面积内选择样点,采用经典统计学和地质统计学方法,对土壤稳渗率和入渗经验指数的空间变异性进行研究.结果表明,土壤稳渗率和入渗经验指数均服从对数正态分布,表现出空间变异结构,但不是完全的随机变异,在一定范围内存在着空间相关现象.利用克立格最优内插估值法,绘制了土壤稳渗率和入渗经验指数的等值线图,可准确、直观地了解该地区农田土壤垂向透水性的空间分布规律.     

区域需水量和缺水率的空间变异性

应用地统计学方法研究区域需水量和缺水率的空间变异性。以云南滇中地区2000水平年和2010水平年的需水量和缺水率为例,对它们进行了连续性处理。2个年份的需水量符合对数正态分布,而缺水率呈正态分布;它们的空间变异性都很大,结构性因素起主要作用,各向同性条件下的变异函数可用球状模型和指数模型描述;二者具有复杂的各向异性,糅合了几何异向性和带状异向性。2个水平年之间的需水量相关关系不随尺度变化,而缺水率之间的相关性在不同尺度上表现不同。应用协克里金法空间插值得到滇中地区2个水平年需水量和缺水率的空间分布格局,分析了它们的影响因素。     

土壤水分和碱解氮时空变异性及其与冬小麦产量关系研究

以江苏省姜堰市沈高农场为例,用地质统计学方法研究了冬小麦生育期内土壤水分和碱解氮的时空变异性,并分析了它们与产量的关系。结果表明,土壤水分和产量属弱变异性,碱解氮属中等变异性;除播前土壤水分外,产量及各阶段土壤水分、碱解氮均由趋势、剩余残差的空间相关部分和随机部分组成,所有变量都具有中等以上空间结构性;土壤水分空间分布随时间变化较大,碱解氮随时间变化不大;各时期碱解氮与产量都呈显著正相关,苗期相关性最强,灌浆期土壤水分含量与产量有一定正相关关系。     

不同土层土壤粒径及有机质含量空间变异的相关性研究

为了探讨土壤粒径和有机质空间分布特点及其相互关系伴随土层的变化规律,本研究以内蒙古河套灌区沙壕渠分干渠灌域为研究目标,以灌溉区域内间隔1 km等间距77个取样点共308个样本为基础进行综合探讨,结果表明:土壤粒径及有机质不同土层及其相互之间均存在极显著的相关性(P0.01),且相关性随着土层间隔的增大而减小,同时有机质含量与黏粒含量的相关性最高,相关系数为0.583。土壤粒径及有机质在剖面上的层次组合及分布主要是成土过程和母质沉积过程所致,不同土层的空间变异性相关程度较高。而同一土层黏粒含量与有机质的空间变异性呈现出较强的正相关性;粉粒及砂粒含量体现出较强的负相关性。     

田块尺度下的苏北滩涂新垦农田土壤盐分空间变异性分析

为了消减盐碱障碍和提升地力,研究了苏北典型滩涂新垦农田土壤盐分的空间变异性。结果表明,农田土壤盐分东低西高,整体上属轻度盐渍化(含盐量1.27～1.98g/kg),但存在着盐斑(含盐量大于2g/kg)。表层及次表层土壤含盐量空间自相关程度强烈,其结构方差比分别为88.88%、80.75%;而其余土层含盐量间自相关程度为中等。垂直方向上,土壤盐分主要集中在犁底层(20～40cm)。