基于ArcGIS地统计学的黄土高原村级尺度下土壤有机质空间格局研究

在网格法采集土样的基础上,以ArcGIS Geostatistics模块为工具,从地统计学角度研究了陕西黄土高原地区村级尺度下土壤有机质的空间变异性和空间分布格局。结果表明,研究区360个土样的有机质平均含量为3.37 g/kg,处于较低水平,其数据符合正态分布。有机质含量可用一阶曲线拟合,其最佳半方差函数符合球状模型,且具有明显的各向异性特征,长轴方向和短轴方向的变程分别为965.7 m和440.3 m,具有中等程度的空间相关性。普通Kriging插值结果显示,研究区有机质含量分布表现出较明显的北高南低、中间高四周低的阶梯状分布趋势。研究区土壤有机质的空间分布格局是结构性因素(地势)和随机性因素(土地利用类型)共同作用的结果。     

膜下滴灌前后表层土壤水分空间变异性

以2 m×2 m的网格布点,采用经典统计学和地统计学结合的方法研究了一次灌溉前后膜下滴灌棉田的表层土壤体积含水量的空间变异性特征。结果表明:(1)灌溉前后表层土壤含水量变异系数(CV)分别为28.7%和21.8%,均表现出中等变异特性,颗粒分布能为灌溉前后表层土壤含水量的变异系数变化提供参考。(2)灌溉前后表层土壤含水量的半方差函数均可用高斯模型很好地描述(R20.9),对应的空间异质比(C0/(C0+C))分别为0.201和0.324,表现出强烈和中等的空间依赖性;灌溉后,表层土壤含水量空间自相关性减小,4.373 m可作为该研究区域的参考取样步长。(3)灌溉前后表层土壤含水量的Moran’s I随滞后距离变化的趋势大体一致,且灌前表层土壤含水量的自相关性较灌后显著。(4)Kriging插值结果表明,灌溉前后含水量空间分布较相似,表现出显著的变异性,且灌后含水量分布较灌前复杂。     

栗钙土农田土壤养分空间变异特性及采样方法研究

以西宁市二十里铺村的农田为研究区域,采用5 m×5 m网格法,选取84个观测点取样,进行室内分析,测定土壤有机质、水解氮、速效磷、速效钾的含量,分析土壤养分的空间变异规律。研究表明,土壤有机质、水解氮、速效钾的空间变异性不太明显,速效磷的空间变异性明显;有机质、水解氮和速效钾的空间变异主要是由结构性因素引起的,速效磷的空间变异是由随机因素引起的。有机质的变异函数理论模型为指数模型,水解氮、速效磷、速效钾变异函数理论模型为球形模型。栗钙土农田采样的密度范围在1~11 m之间,将能够满足精确农业生产对这4种土壤养分的分析要求。     

灌淤土壤有机质、全量氮磷钾空间变异性初探

运用地统计学方法，初步研究了灌淤土壤0－20cm有机质和全量氮磷钾养分的空间变异特性及其与棉花生长关系，结果表明，土壤有机质及全量氮磷钾养分的田间合理取样数目分别为15，13，2和3，土壤有机质，全氮属于中等变异性，全磷，全钾属于弱变异性，随着棉花的生长发育，土壤有机质呈现出减弱的时间变异特性，采用直线或曲线拟合方程拟合了它们的半方差图及其参数，并绘制了其相应的等值线图，且棉花花铃期土壤有机质与棉花产量之间呈显著或极显著正相关关系。     

宁夏银北灌区灌淤土营养元素空间变异性研究

规则网格取样,传统统计学和地统计学方法分别进行资料分析,研究宁夏银北灌区灌淤土耕层土壤有机质和速效Ca、Mg、N、K、P、S含量分布特征及其空间变异性。结果表明,研究区土壤有机质、氨态N和速效K、P含量普遍较低,低于临界值的比例分别为100%、11.8%和22.7%,而Ca、Mg和S含量处于较高水平;速效Ca的变异系数最大为131.13%,其它元素变异系数32.97%~77.45%。利用球型模型对各元素的实验半变异函数进行拟合,结果表明,速效N在田间尺度的空间自相关性表现为纯块金效应,说明其空间变异性主要受灌溉、作物类型、施肥等随机因素影响。而有机质、Ca、Mg、K、S具有较强的空间结构,块金效应在1.6%~20%之间。由于速效P含量的预测值和测量值在0.01水平未达到显著相关,仅用普通克里格插值法绘制了土壤速效Ca、Mg、K、S含量分布图,以直观地反映其空间变异性。     

不同取样尺度农田土壤速效养分空间变异特征初步研究

以3种取样间距(100m、50m、25m)进行网格取样,对土壤速效养分的空间变异性进行研究。结果表明:取样间距对土壤速效养分的含量水平、变异系数影响不显著;取样间距对合理取样数目具有一定的影响,合理取样数目分别为:碱解氮(71)、速效磷(36)、速效钾(18)。土壤速效养分的空间变异性主要受结构因素影响,但碱解氮与速效磷受随机因素影响强于速效钾。利用Kriging内插法绘制了不同取样间距土壤速效养分的等值线图。     

河西地区土壤全氮及有机质空间变异特征分析——以张掖市甘州区为例

应用地统计学方法对甘州区土壤(0~20 cm)中全氮、有机质数据进行了分析。结果表明:土壤全氮、有机质含量比较低,存在着明显的空间分异性,表现为从中心向四周逐渐递减的趋势,应用半方差函数分析,土壤全氮和有机质在一定范围内存在空间相关性,变程分别为2.4 km和0.35 km,都在一个较小的空间尺度范围内相关;并且全氮总体上呈条带状分布,有机质呈斑块状分布,且含量的空间变异具有各向异性特征,其各自的理论模型和相应参数很好地反映了土壤有机质和全氮含量变异特征,这种变异特征受随机因素的影响较结构性因素大,具有中等的空间相关性。     

县域土壤养分空间变异分析——以蒲城县为例

借助GIS和地统计学方法对蒲城县土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾4种土壤养分的空间变异特征进行了分析。传统统计分析结果表明:4种土壤养分的变异系数在21%～80%之间,均属于中等变异性。地统计学半方差分析结果显示:碱解氮、有效磷和速效钾的基底效应介于25%～75%,具有中等空间相关性;有机质的基底效应为78%,空间相关性较弱。最后采用普通克里格插值方法,输出土壤养分空间分布图,据此分析土壤养分空间分布特征。     

胶东果园土壤电导率的时空分布特征及Kriging 估值

应用传统统计学和地统计学方法,分析了2005年4~11月期间烟台农科院苹果园土壤电导率的空间变异性,并进行了Moran’s I系数分析和Kriging估值。结果表明:土壤电导率具有明显的空间变异性,半方差函数和Moran’s I系数分析说明了4月30日、6月29日和11月16日的空间自相关范围较大,相关性较强;4月20日、7月14日和8月16日的变程偏小,空间相关性较弱。土壤电导率的均值和变异系数随时间变化总体上近似呈现出先增加后减小的趋势,在空间分布上不同时期果园表层土壤电导率分布格局差异较大,土壤电导率的破碎化比较严重。     

科尔沁沙地榆树疏林的土壤空间变异特征

在科尔沁东部乌斯吐自然保护区内,以实施退耕还林10 a的沙地榆树疏林土壤为研究对象,利用地统计学方法分析土壤性状的相关性及其空间变异和分布格局。结果表明:土壤p H的空间变异性很弱,而土壤全氮、有机质、速效氮和速效磷具有中等程度的空间变异性;利用GS+软件自动拟合的变异函数的理论模型中,显示出土壤p H为球型模型、土壤全氮为线型模型、土壤有机质为线型模型、土壤速效氮为指数模型、土壤速效磷为高斯模型;土壤全氮和土壤有机质表现出纯块金效应,在小尺度上具有恒定的空间变异性,只受随机因素的影响,不受结构因素的影响,没有明显的变化规律,而土壤p H、土壤速效氮和速效磷的比值均小于25%,具有强烈的空间相关性,随机部分引起的空间变异性程度较低。除速效氮之外的其余4个土壤性状的空间分布较为均匀,表明土壤速效氮是科尔沁沙地榆树疏林恢复的关键性因子,经过历史上长期的人为干扰后,在地表植被的恢复过程中土壤养分的恢复并不同步。土壤的恢复比植被的恢复速度慢,榆树疏林草原生态系统的恢复需要长期的封山育林过程才能实现。     

玛纳斯河流域绿洲土壤养分空间变异特征与格局

运用经典统计学及地统计学的半变异函数定量研究了玛纳斯河流域绿洲表层土壤(0～10cm)中有机质、全氮、全钾和全磷4种养分含量的空间变异特征。结果表明:4种养分含量数据均服从正态分布,有机质、全氮和全磷的理论模型属于指数模型,全钾的则符合球状模型。全氮和全钾的空间自相关范围为24.18km和35.78km,空间结构上具有中等空间相关性,随机性因素引起的全氮和全钾的变异分别占48.93%和48.23%,是结构性因素(气候、母质、地形、土壤类型等)和随机因素(施肥、耕作措施、种植制度等)共同作用的结果;有机质和全磷的空间自相关范围为79.10km和82.63km,空间结构上具有强相关性,块金值与基台值之比分别为25.06%和20.00%,其空间变异主要由结构性因素引起的。在地理信息系统(GIS)支持下,通过Kriging插值研究了玛纳斯河流域绿洲土壤养分的空间水平分布规律并对土壤养分要素含量等级进行了评价。有机质、全氮和全钾具有南北部高,中间低,由南北向中心递减的趋势;有机质、全氮、全钾含量为较丰富以上等级面积分别占研究区的0%、97.91%、99.69%;全磷含量从中心往南递增,北部分布较均匀;全磷含量为较丰富以上等级的面积占研究区的10.62%。     

乌鲁木齐市雅玛里克山污水灌溉土壤肥力的空间变异研究

本文选取了干旱区有代表性的污水灌溉地区—乌鲁木齐市雅玛里克山,结合GIS,采用地统计学方法研究了污水灌溉区域土壤中的pH、有机质、CEC、总盐、全N、全P、全K7种土壤肥力指标的空间变异性,并采用普通克立格法绘制了各种土壤肥力要素含量的空间分布格局图。结果表明:有机质、总盐、全N、全K的理论模型为指数模型;CEC、全P的理论模型为高斯模型;pH的理论模型为球状模型;pH、有机质、总盐、全N、全K的块金值与基台值之比都在25%以下,说明空间自相关作用强,其含量分布受结构性因素控制;CEC、全P的块金值与基台值之比在25%~75%之间,为中等强度的空间相关性,其分布是由结构性因素和随机性因素共同作用的结果。土壤肥力的相关距变化范围为246.0~2100.0m。     

压砂地土壤导水特性空间格局及影响因子

采用10 m×10 m网格布点的方式对宁夏压砂田0~10 cm和10~20 cm深度下土壤饱和导水率(Ks)及其相关因素的空间变异规律进行研究。经典统计结果表明:2个采样深度下土壤容重、总孔隙度和毛管孔隙度表现为弱变异,饱和含水量和土壤有机质含量表现为中等变异;0~10 cm深度下K_s表现为中等变异,10~20 cm深度下K_s表现为强变异;10~20 cm深度下土壤各种性质的平均值均大于0~10 cm深度。Pearson相关性分析可知,影响K_s的主要因素是毛管孔隙度,其次为容重、总孔隙度、饱和含水量和有机质含量。地统计结果表明,0~10 cm深度下K_s表现为纯块金效应,主要受随机性因素的影响,10~20 cm深度下K_s主要受结构性因素的影响;在2个采样深度下容重主要受随机因素的影响。从空间分布图可以看出,2个采样深度下K_s和容重存在高度的负相关关系,与饱和含水量、总孔隙度和毛管孔隙度存在高度的正相关关系。     

土壤环境因素对棉花黄萎病菌微菌核存活的影响

 试验研究了土壤温度、湿度、pH值和有机质对棉花黄萎病菌微菌核存活的影响。结果表明:40、30和0℃对微菌核土壤存活影响较大,10和20℃影响较小,尤其以10℃影响最小;土壤含水量越高,对微菌核存活影响越大,在含水量低于15%时,对存活影响较小,尤其以5%的含水量影响最小,表明微菌核对土壤干旱逆境具有较强的抵抗能力;pH值低于5.5或高于8.5的土壤条件对微菌核存活影响较大,pH值为6.5~7.5影响较小;土壤有机质含量越高,微菌核存活率越低,含量低,存活率高。本研究结果表明,只要改善和控制棉花黄萎病菌土壤存活的生态条件,就可以有效地减少土壤存活菌量,达到控制病害发生与发展的目的。     

Spatial variability in 14C-herbicide degradation in surface and subsurface soils

The spatial variability in mineralization of atrazine, isoproturon and metamitron in soil and subsoil samples taken from a 135-ha catchment in north France was studied. Fifty-one samples from the top layer were taken to represent exhaustively the 31 agricultural fields and 21 soil types of the catchment. Sixteen additional samples were collected between depths of 0.7 and 10 m to represent the major geological materials encountered in the vadose zone of the catchment. All these samples were incubated with 14C-labelled atrazine under laboratory conditions at 28 degrees C. Fourteen selected surface samples which exhibited distinctly different behaviour for atrazine dissipation (including sorption and mineralization) were incubated with 14C-isoproturon and 14C-metamitron. Overall soil microbial activity and specific herbicide degradation activities were monitored during the incubations through measurements of total carbon dioxide and 14C-carbon dioxide respectively. At the end of the incubations, extractable and non-extractable (bound) residues remaining in soils were measured. Variability of herbicide dissipation half-life in soil surface samples was lower for atrazine and metamitron (CV < 12%) than for isoproturon (CV = 46%). The main contributor to the isoproturon dissipation variability was the variability of the extractable residues. For the other herbicides, spatial variability was mainly related to the variability of their mineralization. In all cases, herbicide mineralization half-lives showed higher variability than those of dissipation. Sorption or physicochemical soil properties could not explain atrazine and isoproturon degradation, whose main factors were probably directly related to the dynamics of the specific microbial degradation activity. In contrast, variability of metamitron degradation was significantly correlated to sorption coefficient (K(d)) through correlation with the sorptive soil components, organic matter and clay. Herbicide degradation decreased with depth as did the overall microbial activity. Atrazine mineralization activity was found down to a depth of 2.5 m; beyond that, it was negligible.     

黄土高原南部耕地土壤养分空间格局分析——以陕西省富县为例

以陕西省富县为例,采用地统计学与GIS技术相结合的方法,研究黄土高原南部耕地土壤养分的空间变异特征和分布格局,为土壤培肥和农业生产提供理论基础。结果表明,富县耕地大部分土壤养分间存在显著的相关关系。20 a来,除土壤有机质平均含量降低19.08%,有效锰降低9.59%外,其他养分平均含量均有明显增加,增幅介于12.18%~44.20%。在平均间距为1 214m的采样尺度下,土壤有机质、磷、钾、锰和铁表现为中等强度空间相关性,速效氮表现为弱空间相关性。施肥、耕作管理、海拔及降水是影响养分空间变异的重要因子。土壤养分含量高低值区域分布明显,大致呈西高东北低的格局。总体上富县耕地土壤富钾,铁、锰适中,有机质整体缺乏,12%耕地氮素相对不足、88%缺乏,71.16%缺磷,需及时增施有机肥,制定增氮补磷措施。     

黑河流域中部土壤微量元素有效态含量的空间变异及丰缺评价

基于G IS技术,通过地统计学方法对张掖临泽、山丹、民乐县和甘州区农田表层土壤有效Fe、Cu、Zn、Mn、N i和Co含量的空间变异、丰缺状况及影响因素进行了研究。结果表明:有效Fe含量的最适模型为球状模型,Cu、Zn和N i为指数模型,Mn和Co为高斯模型;有效N i和Mn具有强烈空间相关性,有效Fe、Cu、Zn和Co具有中等空间相关性;各微量元素有效态含量均具有各向异性。研究区域有效Fe、Cu、Zn和N i含量在甘州区最高,有效Mn和Co含量由东南到西北逐渐减小;有效Cu和N i含量大部分面积处于中等及丰富水平,而有效Fe、Zn和Mn含量为中等及偏低水平。土壤有机质与六种微量元素有效态含量均呈显著或极显著正相关;pH与有效Fe、Cu、Zn和N i含量呈显著或极显著负相关。     

Variation in soil organic matter accumulation and metabolic activity along an elevation gradient in the Santa Rosa Mountains of Southern California,USA

Variations in soil organic matter accumulation across an elevation can be used to explain the control of substrate supply and variability on soil metabolic activity. We investigated geographic changes in soil organic matter and metabolic rates along an elevation gradient(289–2,489 m) in the Santa Rosa Mountains, California, USA from subalpine and montane pine forests through chaparral to desert. From base(289 m) to summit(2,489 m), 24 sites were established for collecting soil samples under canopies and inter-canopy spaces, at 0–5 and 5–15 cm soil depths increments. Soil organic matter(SOM) content was determined using weight loss on ignition at 550°C and soil CO2 efflux(R) was measured at day 5(R5) and day 20(R20) of incubation. Changes in SOM content along the elevation gradient showed a significant relationship(P0.05) but R5 and R20 were not related to either elevation or SOM content. However, the ratio of R and SOM(R5/SOM) showed a strong relationship across the mountains at both soil depths. R5/SOM, as an indicator of carbon use efficiency, may be applicable to other semi-arid transects at larger scale modeling of soil metabolic processes.