南方典型丘陵区耕地土壤全氮、有机碳和碳氮比空间变异特征及其影响因素

  【目的】  了解土壤全氮、有机碳和碳氮比空间变异及其影响因素是进行土壤碳氮调控的前提和基础。  【方法】  以江西省丰城市为案例区，通过实地采样获取2018年139个表层土壤数据，运用地统计学、普通克里格插值等方法对南方丘陵区县域尺度下耕地土壤全氮、有机碳和碳氮比的空间变异特征及其影响因素进行系统的分析。  【结果】  研究区土壤全氮 (TN) 含量介于0.74～3.80 g/kg、土壤有机碳 (SOC) 含量介于8.14～36.67 g/kg、土壤碳氮比 (C/N) 介于6.31 ～15.15，均值分别为2.24 g/kg、22.52 g/kg和10.15，变异系数分别为25.45%、26.24%、14.38%，均呈中等程度的空间变异。半方差分析结果显示，TN、SOC、C/N的块金效应分别为44.44%、56.97%、19.57%，这表明TN、SOC和C/N的空间分布受结构性因素和随机性因素共同影响。普通克里格插值结果显示，在空间分布上，研究区土壤TN和SOC具有相似性，总体表现出由中部向南北递减的趋势；土壤C/N空间分布与TN和SOC有所不同，总体呈现出西高东低的趋势。逐步回归分析结果显示，成土母质、土壤类型、土壤pH、氮肥施用量和土壤质地对土壤全氮，成土母质、土壤类型、土壤pH对土壤有机碳，土壤类型对土壤碳氮比影响极显著 (P<0.01)。  【结论】  成土母质对土壤TN和SOC的独立解释能力最高，分别为28.1%和23.2%；土壤类型对研究区土壤C/N的独立解释能力达到了13.2%。因此，成土母质是引起研究区土壤全氮、有机碳空间变异的主要因素，土壤类型则是引起研究区土壤碳氮比空间变异的主要因素。     

基于数据挖掘技术的高光谱土壤质地分类研究

【目的】 寻找红壤地区不同土壤质地类型的Vis-NIR光谱反射规律,通过光谱对土壤质地类别进行快速、准确的预测。【方法】 以江西省奉新县北部为研究区,245个土壤样本为研究对象,在国际制土壤质地4组和12级两种分类标准下,首先分析不同土壤质地类型的光谱反射率,然后采用9种数学变换方法和5种机器学习算法相互组合的数据挖掘模型,进行土壤质地的分类研究,最后对建模准确度最高的混淆矩阵和预测结果三角坐标分布图进行分析。【结果】 （1）不同土壤质地之间的光谱反射率存在较多的交叉重叠现象,土壤质地与光谱反射率之间的规律较为复杂;（2）分数阶导数变换是整数阶导数的扩展,有助于土壤质地的分类,但原始光谱数据具有更加丰富的特征信息,更适合进行土壤质地分类建模;（3）在对非均衡数据集建模时,集成学习方法和神经网络方法都是不错的选择;（4）较难通过模型去区分土壤质地分界线附近的类别,其中在4组分类标准下最容易被预测错误成黏壤土组,在12级分类标准下最容易被预测错误成黏壤土和壤质黏土这两种土壤质地类型;（5）在4组分类标准中,进行归一化处理和MLP模型组合取得了0.68的最高预测准确度,其中黏壤土组的预测准确度能达到0.84;再细分到12级分类后,分类效果最佳的组合来自于原始数据和MLP模型,其中壤质黏土分类准确度达到了0.89。【结论】 本研究结果可为南方红壤地区通过高光谱数据进行土壤质地分类提供参考依据。     

基于地理探测器的寻乌县土壤微量元素影响因子分析

为了对江西省赣州市寻乌县土壤硼(B)、硒(Se)、锰(Mn)、铜(Cu)4种微量元素的空间分布特征进行探究,同时分析影响其分布的因子,基于寻乌县2018年采集的572个表层土壤(0 ~ 20 cm)样点数据,采用描述性统计分析、相关性分析、地统计分析、地理探测器等方法进行分析。结果表明,根据《土地质量地球化学评价规范》划分标准,寻乌县4种微量元素中,土壤全量Se含量处于适中或较高的水平,不存在缺乏和过剩的情况,而土壤全量B、Mn和Cu含量处于较缺乏或缺乏的水平;由半方差函数分析的结果来看,B、Se、Mn、Cu的块金效应依次为11.82%、35.27%、49.75%和17.46%,表明4种微量元素中,B和Cu表现出较强的空间变异程度,而Se和Mn则为中等程度的空间变异。地理探测器的结果表明,重金属元素砷(As)含量、高程、土壤亚类和土属、成土母质对4种微量元素均有显著影响(P<0.05),其中As含量和土属对4种微量元素的解释能力较强,是影响寻乌县4种微量元素的主要因子;土壤重金属元素As含量、土地利用类型、植被覆盖度、植被类型以及土属、成土母质等成土因子均与坡度、坡向等地形因子有着非线性增强的交互作用。本研究结果为调节寻乌县土壤微量元素含量提供了理论支撑。     

基于增强回归树的鄱阳湖平原区耕地土壤钾素空间变异影响因素研究

  【目的】  研究区域土壤钾素空间变异特征及其影响因素，为土壤钾素涵养及合理利用提供依据。  【方法】  本研究以鄱阳湖平原区2016年测土配方施肥项目采集的6316个耕层 (0—20 cm) 土壤样本数据为基础，运用普通克里格法、相关性分析和增强回归树(BRT)等方法，分析了区域土壤全钾与速效钾的空间分布特征以及区位、环境、土壤和人为4个方面的因素对二者空间变异影响的边际效应。  【结果】  鄱阳湖平原区耕地土壤全钾含量在1.70～23.40 g/kg，平均值为11.82 g/kg，变异系数为40.02%；速效钾含量在21.00～237.00 mg/kg，平均值为91.76 mg/kg，变异系数为45.27%，二者均呈中等程度变异。全钾与速效钾空间分布的块金效应分别为27.19%和50.00%，变程分别为74.10 和41.10 km，二者均主要受随机因素的影响，但速效钾受随机因素的影响更为明显。普通克里格插值结果显示，全钾与速效钾在空间分布上存在明显差异。增强回归树结果表明包含土壤地理环境信息的区位因素可作为解释土壤全钾与速效钾空间变异的有力因素，年降雨量是土壤全钾空间变异最为明显的影响因素，土壤有机质和交换性阳离子含量的综合作用是土壤速效钾空间变异的主要影响因素，钾肥施用会明显干扰耕地表层土壤钾素的平衡状况。  【结论】  鄱阳湖平原区土壤钾素呈中等程度变异，但全钾空间分布的聚集性强于速效钾，速效钾受外界因素特别是人类活动的干扰更加明显。     

基于CiteSpace的耕地质量内涵演变及影响因素研究进展

耕地是最重要的农业生产要素,耕地质量是保障粮食安全的基础。我国耕地质量总体水平偏低,耕地后备资源不足,耕地质量保护与提升尤为重要。为了更好地进行耕地质量建设工作,基于CNKI数据库,运用CiteSpace可视化技术与文献分析法,建立耕地质量内涵关键词共现图谱与耕地质量影响因素时区图,分析了近28年(1990—2017年)耕地质量内涵的演变及发展方向,探讨研究了耕地质量的影响因素。结果表明:(1)耕地质量内涵包括了本底质量、社会经济质量、生态质量、管理质量4个方面,还在不断丰富中;(2)耕地质量影响因素包括了自然因素与人文因素,自然因素包括土壤质量、地形地貌、气候条件、水源状况,人文因素包括政策因素与社会经济因素。若要提高耕地质量,重点在人文因素,核心在政策因素,土地整理是最有效的手段。最后根据近几年社会发展趋势与研究方向,提出耕地景观功能、生态功能等多功能性的开发,并提出耕地生态质量、景观质量与健康质量,以期为耕地质量的提升与耕地多功能性的发展提供一定的理论基础。     

江西省1988-2017年新型城镇化水平与不透水面的相关关系

[目的] 结合不透水面对新型城镇化水平进行分析，探究江西省各市新型城镇化发展的规律及趋势，为江西省新型城镇化的发展提供科学参考。[方法] 从人口、经济、社会、空间4个方面构建新型城镇化的指标体系，在分析江西省1988-2017年各市新型城镇化水平的同时，基于不透水面数据，研究城镇化水平与不透水面不同阶段的相关性变化，构建二者的线性关系模型。[结果] ①30 a间江西省城镇不透水面扩张明显，整体呈现高-较高-中-较低-低密度圈层分布的空间格局。②江西省城镇化发展水平呈现出"北高南低"的空间分布特征，区域间发展不均衡；③2006年为该区城镇化水平增长的突变点，前后城镇化水平与不透水面相关性存在差异；④各市不透水面与新型城镇化水平线性拟合决定系数R²均大于0.9，拟合效果较好。[结论] 不透水面与新型城镇化水平存在较强相关性，利用不透水面数据能较好地反映各市新型城镇化水平，这有助于分析城镇化发展趋势，促进区域城镇化研究。     

基于随机森林算法的土壤侵蚀影响因子研究——以赣江上游流域为例

[目的]分析影响赣江上游流域土壤侵蚀的主要因素,为该区水土流失治理与科学管理提供科学依据。[方法]基于2015年Landsat 8遥感影像、MODIS NDVI数据、数字高程模型(DEM)、土壤类型和降雨数据,采用RUSLE模型和随机森林算法对赣江上游流域土壤侵蚀及其影响因子进行定量化分析。[结果] 2015年赣江上游流域土壤侵蚀强度由东南向西北逐渐加剧,总体上处于轻度侵蚀水平,土壤侵蚀总量为3.45×10~7 t/a,平均土壤侵蚀模数为1 046.38 t/(km~2·a),比南方红壤丘陵区土壤允许流失量[500 t/(km~2·a)]高出2倍之多;子流域9,11,15平均土壤侵蚀模数分别为1 672.66,1 715.83和1 565.36 t/(km~2·a),处于中度侵蚀级别,为研究区重点防治区域;其余子流域均为轻度侵蚀级别。[结论]各子流域的土壤侵蚀受植被覆盖与管理因子(C)和坡长坡度因子(LS)影响较大,两者重要程度分别在30%和20%以上,土壤可蚀性因子(K)和降雨侵蚀力因子(R)的重要程度偏低,均未超过10%。其中子流域9,11,21主要受LS因子影响,其余子流域均受C因子主控。     

基于重金属和有益微量元素评价南方典型丘陵区稻田土壤健康质量——以奉新县为例

在已有相关研究的基础上,从影响耕地土壤健康的有益与不利因素两方面构建评价指标体系;运用内梅罗综合污染指数法对灌溉水环境质量、土壤重金属两个指标进行评价;采用最小因子法对有益微量元素进行评价;综合单一指标评价结果运用累加法进行了研究区稻田土壤健康评价。研究结果表明:①奉新县稻田灌溉水环境质量总体良好,95.59%的灌溉水水质清洁;全县99.31%的稻田土壤重金属级别为1级,稻田土壤重金属污染很少;全县稻田有益微量元素分值处于中等偏低水平,73.40%为0.2～0.4分,主要分布在东部平原区、西部山区的各乡镇。②全县稻田土壤总体健康状况较好,以2级健康居多,占比74.67%,健康级别在空间上呈现出中部高、东部与西部低的分布格局。     

南方丘陵区土壤硒空间分异特征及其影响因素——以丰城市为例

江西省丰城市是典型的富硒土壤分布区,基于丰城市2015—2016年采集的699个表层(0～20 cm)土壤样点数据,运用地统计分析、相关性分析、地理探测器等方法,系统分析了丰城市土壤硒的含量、空间分异特征及其影响因素,以期为土壤硒的涵养与富硒土地的生产功能提供有价值的参考。结果表明:丰城市土壤硒含量在0.13～0.69mg·kg~(–1)之间,平均值为0.33mg·kg~(–1),是全国土壤硒元素背景值(0.29mg·kg~(–1))的1.14倍,变异系数为27.27%,呈中等程度变异性。经半方差函数分析,土壤硒变程为12.86km,空间自相关范围较大;块金效应值为44.30%,表明土壤硒空间变异主要受结构性因素影响。在空间分布上,热点区(高值聚集)主要分布在泉港镇西部、董家镇东南部、尚庄街办中部、上塘镇西南部、曲江镇西北部、洛市镇中部和南部以及秀市镇西南部。砷、铜、汞、氧化钾、氧化钙、pH、成土母质和高程对土壤硒空间变异均有显著影响(P0.05),但影响程度不一。其中,砷的独立解释能力最高,为29%,对丰城市表层土壤硒的富集与迁移起到重要作用。     

基于结构方程模型的高安市耕地产能影响因素研究

以高安市为研究区域,基于147个产能监测点,以耕地产能、土壤养分、农田水利、地学特征与土壤性质为潜变量,运用结构方程构建耕地产能影响因素模型,探讨影响高安市耕地产能的主要因素。结果显示,土壤养分、农田水利与土壤性质是影响耕地产能的主要因素,对耕地产能存在直接或间接的正向影响,直接影响程度从高到低依次为土壤养分(0.55)>土壤性质(0.26)>农田水利(0.23)。地学特征对耕地产能无直接影响,而是通过影响土壤养分(路径系数为0.51)间接影响耕地产能。坡度对耕地产能有负向作用。高安市耕地产能受多方面因素的影响,综合各影响因素间的相互作用与影响效应,建议通过完善水利设施、加强农田质量建设、提高农产品品质、建设耕地健康产能,实现区域粮食生产的协调可持续。