东北地区旱地土壤全氮空间变异性对幅度拓展的响应

土壤氮素不仅是作物必需的营养元素,还是重要的生态元素。不同幅度上土壤全氮含量空间变异的研究是正确评价土壤质量和精确估算土壤氮库的基础。基于中国东北地区第二次土壤普查的1 041个旱地剖面数据,设定三种类型的幅度,即行政区幅度(县、市、省和大区)、土壤分类幅度(土属、亚类、土类和土纲)和土壤类型(地带性土壤和非地带性土壤)-行政区幅度,研究了该区旱地土壤表层(0～20 cm)和剖面(0～100 cm)全氮含量的变异性及其对幅度拓展的响应。结果表明,三种类型幅度上,表层和剖面的平均土壤全氮含量变异性均随着幅度的拓展而增大。在行政区幅度,旱地面积或行政区面积与平均土壤全氮含量变异系数具有较强的对数关系。在土壤分类幅度上,不同土纲的平均土壤全氮含量的变异随幅度变化的趋势、变幅等均存在差异。在土壤类型—行政区幅度,地带性土壤与非地带性土壤的全氮含量随幅度的变化趋势一致,但变化速率有差别,旱地面积与平均非地带性土壤全氮含量变异系数有较强的对数关系。该结果可为东北地区不同幅度下基于土壤类型聚类的旱地土壤氮库估算、土壤资源调查时采样数目的确定提供理论指导。     

寻乌县耕地土壤全氮含量空间变异特征及其影响因素

以寻乌县耕地质量与产能评价试点项目采集的耕地表层土壤(0～20 cm)数据为例,采用地统计分析和回归分析等方法,对该区域耕地土壤全氮的空间变异特征及其影响因素进行研究和分析。统计结果表明,寻乌县耕地表层(0～20 cm)土壤全氮含量在0.42 g kg^-1～2.25 g kg^-1之间,均值为1.21 g kg^-1,变异系数为26.88%,处于中等程度的空间变异;从半方差分析的结果来看,块金效应为62.50%,表明随机性因素对研究区土壤全氮的影响程度要大于结构性因素;从空间分布来看,寻乌县土壤全氮的分布总体上呈现出北低南高的趋势,且大致呈条带状和块状分布,全氮含量较高的耕地分布较为零散,且面积不大,而含量较低的耕地主要分布在中部及北部部分地区。回归分析表明,成土母质对土壤全氮有着极显著的影响(P<0.01),土壤类型、耕地利用方式对土壤全氮的影响均达到了显著水平(P<0.05);地形因素对土壤全氮含量的独立解释能力最高,为7.3%,是影响寻乌县耕地土壤全氮含量空间变异的主要因素。     

关帝山不同植被恢复类型土壤碳氮的空间变异性

以关帝山2种不同植被恢复措施的林地[人工种植的华北落叶松林（LYS）和自然演替的针阔混交林（ZKHJ）]为研究对象,分析了不同植被恢复类型土壤全碳与全氮的空间变异性及其与环境因子的关系,并计算了各变量在不同置信水平与估计精度下的最佳采样数量。结果表明:① 2种植被恢复类型土壤全碳和全氮含量差异显著,ZKHJ土壤全碳和全氮含量比LYS的分别高1.00%和0.07%;ZKHJ土壤全碳和全氮的空间变异系数比LYS的分别高17.22%和7.70%。②土壤水分对2种植被类型土壤全碳和全氮空间分布的影响大于土壤温度的影响。③ 2种植被类型土壤全碳和全氮都具有较强的空间自相关性,随机因素引起的异质性较小,空间异质性的变化主要由结构因素引起的。④在同一置信水平和估计精度下,ZKHJ需要的必要采样数量比LYS的多;随着置信水平和估计精度的减低,2种植被恢复类型的合理取样数目逐渐减少。     

基于GIS和地统计学的张掖市甘州区土壤全氮、有机质的空间变异特征分析

区域的土壤是一个形态和过程相当复杂的自然综合体,成土过程中受到多种因素的影响,使得土壤性质具有高度的空间异质性。以甘州区土壤(0~20 cm)中全氮、有机质为研究对象,运用GIS和地统计相结合的方法研究了土壤中全氮、有机质的空间分布特征,并用经典统计方法分析获取土壤基本属性的特点,并随后用普通克立格插值的方法绘制了土壤全氮、有机质的空间分布图,发现甘州区土壤全氮、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。     

基于地统计学和GIS的太湖典型地区土壤属性制图研究——以土壤全氮制图为例

在地理信息系统(GIS)支持下，运用地统计学方法对太湖典型地区耕层土壤全氮含量的空间变异特征进行分析，探讨了适用于研究区域土壤全氮制图的最佳邻域，并在此基础上利用块段克立格(Block Kriging)法绘制了土壤全氮含量空间分布图。结果表明，土壤全氮的空间变异性在40km步长变化域上表现为明显的各向同性，超出这个范围，土壤全氮空间变异的各向异性明显增强，以40km步长变化域上土壤全氮的空间结构特征作为Kriging插值依据有助于提高制图精度。制图结果表明，研究区域土壤全氮含量在江阴和宜兴两市境内普遍较高，锡山和武进两市相对较低；且高值斑块区主要分布在地势低洼的圩田区，这是人为施肥和土壤特性共同影响的结果。Kriging估值标准差分布图可为评价和提高制图精度提供十分有用信息。     

攀西植烟土壤有机质和全氮空间变异性研究

采用地统计学和GIS技术,研究攀西植烟土壤有机质和全氮空间变异特征及其影响因素,为烤烟种植规划及平衡施肥提供依据。结果表明,研究区植烟土壤有机质和全氮含量变化范围分别为5.00～59.63g.kg-1和0.40～3.16g.kg-1,变异系数分别为38.66%和39.26%,均具有中等程度的空间变异性。半方差分析表明,土壤有机质的块金系数为0.578,具有中等程度的空间相关性,其空间变异性受土壤类型、地形条件等结构因素和施肥、管理水平等随机因素的共同影响;土壤全氮的块金系数为0.221,具有较强的空间相关性,其空间变异性受土壤类型、地形条件等结构因素的影响。空间插值结果得出,北部有机质含量高于南部,东部全氮含量则略高于西部;研究区内有24.57%的区域土壤有机质处于较低水平,39.72%的区域土壤全氮含量属于较丰富水平。不同县域应针对各自不同海拔和土壤类型的养分现状,合理调控有机肥和氮肥的施用。     

采样点空间集聚度对揭示区域土壤全氮变异性的影响

基于余江县中部地区土壤密集采样点,通过重采样获得4个集聚度样点分布等级,每个等级取5个重复,其分布VMR均值(样方分析中的样点数变差–均值比)分别为0.13、0.83、1.49和2.16,利用普通克里金(OK)和结合土地利用信息的克里金(KLU)方法对土壤全氮(STN)含量进行空间预测,并通过验证样点比较了4种集聚度采样点的STN空间预测精度,以揭示土壤采样点集聚度对STN空间预测精度的影响。研究结果表明:通过两预测方法得到的验证点实测值与预测值散点图的相关系数(r)均随采样点集聚度的增加而降低,其中OK方法的r值由0.400降低至0.142,KLU方法的r值由0.718降低至0.542;两方法的预测平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)随着集聚度的增加均呈现增加趋势,OK和KLU方法的MAE分别又由0.49和0.33增加至0.61和0.44,RMSE则分别由0.56和0.39增加到0.65和0.47。表明在土壤采样点数量相同的前提下,采样点的空间集聚度越低,即样点分布越均匀,克里金方法的预测精度越高,这说明对STN进行空间预测时,基于规则网格的采样点更有利于克里金方法的空间估算;同时,采样点空间集聚度对不同克里金方法预测精度的影响也存在差异,对KLU方法的影响大于OK方法。     

基于BP神经网络插值的土壤全氮空间变异

大尺度土壤养分空间变异研究可以为土壤改良分区治理提供基础数据。寻求合适的取样数和插值方法是进行土壤养分空间变异研究的关键。以安徽省舒城县为例,共取得0～20cm土壤表层样品523个,土壤全氮的空间变异由BP神经网络插值方法在不同取样数条件下获得,通过与克里格插值法进行比较得出:样本数在100个时,神经网络插值的预测吻合度(G)比克里格插值高7.75%,均方根误差(RMSE)低0.1,总体精度优于克里格;样本数大于200时,神经网络插值和克里格插值精度基本相同,随着采样数量增加,两种方法的插值精度也在提高,并逐步趋于平稳。在大尺度土壤养分空间变异研究中,在小样本情况下,神经网络插值具有优势。     

川北烟区土壤氮素空间分布特征及其主控因素

采用地统计学和回归分析方法,研究川北烟区土壤全氮(TN)和碱解氮(AN)的空间变异特征,并探讨了不同因素对其空间变异的影响程度,为改善土壤氮素环境提供依据。结果表明:川北烟区土壤TN与AN值分别在0.19~2.57 g kg-1和11.00~203.00 mg kg~(-1)之间,平均值为1.31 mg kg~(-1)和95.22 mg kg-1,均处于中等水平。土壤TN和AN块金系数分别为0.655和0.682,均属于中等空间自相关,变异主要受随机因素与结构因素共同影响。空间上来看,研究区域土壤TN和AN含量分布具有较好的相关性,相似度达到0.871。土类、亚类对TN、AN的独立解释能力分别是23.5%、22.1%和25.1%、22.4%;土壤质地可以独立解释11%和10.5%的TN与AN空间变异;土体结构对TN及AN空间变异的独立解释能力只有4.2%和1.9%;前茬作物对土壤TN及AN空间变异的独立解释能力最高,是引起川北烟区土壤氮素空间变异最主要的因素。     

河南省安阳县三种土壤全氮含量空间插值方法的比较分析

采用反距离加权法(IDW),克里格法(Kriging),径向基函数法(Spline)对河南省安阳县385个土壤样点的全氮进行空间插值,通过交叉验证和样点检验对不同空间插值方法进行分析,结果表明,Spline优于IDW和Kriging,并且不同插值方法有不同的最优插值点数;基于不同样条函数的径向基函数法插值结果的平均相对误差MRE不同,其中平面样条函数表现最差,高次曲面函数,张力样条函数、规则样条函数和反高次曲面函数之间差异不显著。检验分析结果也显示,Spline优于IDW和Kriging,因此,相对于IDW和Kriging,Spline更适合用于全氮的空间插值。     

单种复合类型单元土壤全量元素空间变异的幅度效应

土壤属性变异性的幅度效应研究对土壤数字制图、土壤调查及农业生产均具有重要意义。针对江西东乡县研究区域水田—中潴灰鳝泥田(土种)一种土地利用与土壤的复合类型单元,设定了8个土壤采样幅度研究区,并利用多层次嵌套布点方法在每个采样幅度区分别布设60个采样点,共采集337个样点的土壤表层(0~20cm)样品;运用多种函数拟合分析手段,揭示单种复合类型单元(水田—中潴灰鳝泥田)土壤全氮、全磷、全钾含量的空间变异性随采样幅度的变化特征。结果表明,土壤全量元素的空间变异性均具有明显的幅度效应特征,全氮、全磷、全钾含量的变异系数均随采样幅度的拓展而逐渐增加,而增加趋势则逐渐变缓。不同土壤全量元素空间变异性体现出不同的幅度效应特征,土壤全氮、全磷变异系数(%)的幅度效应刻画函数为CV=b×Da(R20.87,p0.001),土壤全钾为CV=e(a/D+b)(R20.93,p0.001),D为幅度表征指标(km);不同土壤全量元素变异系数随采样幅度快速与缓慢变化的幅度分界点位置存在明显差异,表明基于复合类型单元的土壤多属性调查采样布点与分析策略需要统筹考虑。研究结果对于红壤丘陵区县域土壤调查样点合理布设具有重要的启示和参考价值。     

江苏省沭阳县农田土壤有机质和全氮的时空变异及其影响因素

在2011年土壤采样的基础上,参照1981年沭阳县二次土壤普查资料,对该县土壤有机质和全氮30年来的时空演变进行了分析,并进一步讨论了时空演变的自然和人为因素.结果表明:30年来,沭阳县农田耕层(0～20cm)土壤有机质和全氮均明显增加,2011年土壤有机质和全氮的平均含量分别为23.12 g/kg和1.36 g/kg,分别比1981年增加了12.15 g/kg和0.61 g/kg,平均增加速率达0.41 g/(kg·a)和0.02 g/(kg.a).2011年土壤有机质和全氮的整体空间分布格局与1981年相似,均呈现北部黏性土壤高而南部砂性土壤低、东部水田高西部旱地低的空间分布格局.土壤质地是造成这种时空变异最主要的结构性因素,而秸秆还田量的增加、土地利用方式的转化是30年来影响土壤有机质和全氮时空演变的主要人为随机性因素.     

水氮耦合效应对三倍体毛白杨林木生长状况的影响

为了研究水氮耦合效应对三倍体毛白杨林木生长状况的影响和机理,筛选有利于毛白杨生长的最佳水氮组合,于2008年在河北省邢台市威县采用不同水氮组合的随机区组设计对BT17三倍体毛白杨的生长状况进行连续二年研究。结果表明:不同生长时期,BT17三倍体毛白杨胸径和树高生长量快慢为:7月>6月>5月>8月>9月;方差分析结果表明,不同水氮处理间毛白杨生长指标差异显著,其中当土壤含水量为田间持水量的75%、施氮肥量(纯氮量)为240 g株-1时,胸径和树高的增长量最大,分别达到2.83±0.14 cm、3.40±0.31 cm。根据不同的施肥小区计算毛白杨林木的材积生长量,肥料和灌溉费用,计算出不同处理的经济效益,处理W3N3的经济效益最大,超过对照处理W1N0的两倍,每公顷纯利润高出两万多元。研究为毛白杨合理施肥和速生丰产林培育提供科学依据。     

不同区域人口密集的乡村景观中土地利用对土壤氮磷的影响

基于IKONOS高分辨率（1m）卫星遥感图，结合GIS研究了我国高邑、宜兴、金堂、益阳和电白5个人口密集农村地区（每个地区的研究面积为3km^2）土壤全氮、全磷密度和储量差异，以及各地区土壤全氮、全磷密度和储量在不同土地利用方式下的分布。结果表明：土壤全氮储量在5个地区间的大小顺序依次为金堂（1022．4t）〉宜兴（995．2t）〉益阳（920．4t）〉高邑（804．0t）〉电白（632．4t）；土壤全磷大小顺序为宜兴（698．9t）〉高邑（661．3t）〉金堂（618．9t）〉益阳（360．6t）〉电白（255．8t）。从不同的土地利用方式来看，除高邑地区外（无水田）．其它4个地区水田的土壤全氮密度均为当地最高，土壤全氮密度较低的有闲置地类和开采地；土壤全磷密度分布较为复杂，高邑、宜兴、金堂、益阳和电白5个地区土壤全磷密度最高的土地利用方式分别为园艺用地、早地和建设用地、水田和旱地、水田、干扰地。在所有地区中，林地土壤全氮密度均小于农田水平，林地土壤全磷密度均为当地最低，也就是说在林地转化为人为土地利用方式后，土壤的磷水平并没有减少，反而有不同程度增加。     

江西省耕地土壤氮素空间变异特征及其主控因素

根据江西省采集的16 823个耕层(0—20cm)土壤样点数据,运用实地调查、经典统计学及地统计学等分析方法,对江西省耕地土壤氮素含量的空间变异特征及其影响因素进行了深入探讨。结果表明:江西省土壤全氮(TN)含量和碱解氮(AN)平均含量分别为1.57g/kg和164.13mg/kg,两者均处于丰富级水平。通过半方差函数分析,土壤TN和AN的块金基台比分别为62.03%和78.97%,两者空间变异特征受到结构性因素和随机性因素的共同影响,但受到随机性因素的影响更大;Kriging插值结果显示,研究区土壤AN与TN含量在空间分布上基本一致,均表现出北高南低的空间分布趋势。回归分析表明,成土母质、土壤类型、地形因子、土壤侵蚀、秸秆还田方式、农田利用方式和氮肥施用量对土壤TN和AN空间变异均有极显著影响(P0.01)。地形因子中高程和河流动能指数与土壤AN与TN含量呈显著负相关关系(P0.05);成土母质对TN和AN空间变异具有6.1%和4.1%的独立解释能力,土壤类型对TN和AN的空间变异的独立解释能力分别在4.2%~4.7%和3.1%~4.0%,地形因子对TN和AN空间变异具有4.2%和2.8%的独立解释能力,土壤侵蚀程度对TN和AN空间变异具有6.2%和3.5%的独立解释能力,秸秆还田方式对TN和AN空间变异的具有27.3%和3.3%的独立解释能力,农田利用方式对TN、AN空间变异具有2.9%和2.0%的独立解释能力,氮肥施用量对TN、AN空间变异的独立解释能力分别为18.8%和5.6%。因此,秸秆还田方式和氮肥施用量是引起江西省土壤氮素空间变异性的主控因素。