基于MGWRK的土壤有机质制图及驱动因素研究

【目的】空间预测是一种获得有机质空间局部细节的重要方法,其准确性对于农田合理管理有着重要意义。本研究通过对比不同的土壤有机质空间制图方法以获得更优的预测精度,在预测的同时揭示环境协变量的空间非平稳性特征及不同环境协变量关系的空间尺度。【方法】选取晋中盆地的7个乡镇作为研究区,对比普通克里金(OK)、回归克里金(RK)、地理加权回归克里金(GWRK)和多重尺度地理加权回归克里金(MGWRK)4种不同方法对土壤有机质的预测能力和效果,并探究影响因子在空间分布中对有机质的影响效应变化和这种影响效应的空间尺度。MGWRK是一种多重尺度地理加权回归(MGWR)与普通克里金方法相结合的方法。【结果】选取坡向、坡度、年均降水量、年平均温度、海拔、植被年总初级生产力、年蒸散量、地形湿度指数、平面曲率、汇流动力指数、地形指数、地形粗糙指数、年平均NDVI为环境协变量参与建模,在多元线性回归建模中,模型统计学意义显著,这表明模型具备统计学意义。从Radius指数来看,各模型模拟效果由好到差依次为RK、OK、GWRK、MGWRK;从制图效果来看,MGWRK与GWRK制图效果相当,从有机质的空间预测图可以看出...     

基于地理权重回归的长白山区云冷杉二元材积式构建

以采用长白山北麓皆伐样地的59株样木为研究对象,利用地理权重回归模型(GWR)和最小二乘法(OLS)比较并构建二元材积公式。从数据的空间分析角度,研究了模型的胸径、树高与材积的关系。结果显示:GWR模型的拟合优度、预测能力都要高于OLS模型。GWR模型的变量参数可以反映出在样地内的空间分布规律及其稳定性,从而进一步揭示林木之间的竞争关系。GWR反映局部信息的能力为OLS所不及。优选模型的赤池信息量(AIC)最小。优选模型的稳定性、拟合优度、预测能力和残差的结果也均最优。     

武功山山地草甸土壤机械组成特征研究

采用密度计法研究了武功山山地草甸土壤不同土层、不同海拔高度和不同干扰程度的土壤机械组成特征。结果表明,武功山山地草甸土壤机械组成分布大致为粗沙粒细沙粒粗粉粒黏粒细粉粒≈中粉粒。其中武功山的土壤以粗沙粒、粗粉粒和细粉粒占多数,武功山山地草甸土属于壤土,沙粒、粉粒和黏粒含量适中,通气透水,保水保温性能都较好,且养分含量高。     

基于BME-GWR法的景观单元土壤有机碳密度空间预测

[目的]在预测土壤有机碳密度(SOCD)空间分布时,充分利用相关具有不确定性的或先验分布的多源数据,以提高其预测精度.[方法]在亚热带红壤丘陵区选取具有代表性的农业生态景观单元为研究区,以环境因子作为辅助变量,利用地理加权回归模型(GWR)、贝叶斯最大熵结合地理加权回归模型(BME-GWR)、按土地利用类型估算的贝叶斯...     

不同地区盐渍土土壤颗粒的分形特征

通过野外调查、室内试验、模型分析等方法研究了新疆石河子、新疆阿拉尔、内蒙临河、吉林白城、河北海兴及江苏盐城6个地区表层0～20 cm土壤颗粒分形维数、土壤质地、粒径组成及盐分含量变化特征.结果表明,各地区土壤质地以壤土为主,土壤颗粒分形维数为2.59～2.78,且呈自南向北、自东向西递增趋势;土壤颗粒分形维数与黏粒(<0.002 mm)相对含量呈极显著幂指数关系(y=2.3232x0.0583,r2=0.9819,P<0.01).受海拔、气候条件等因素影响,不同地区土壤颗粒分形维数与沙粒(0.05～2 mm)和粉粒(0.002～0.05 mm)相对含量、平均质量半径、土壤盐分之间相关性不同,但总体拟合决定系数低于0.2.土壤分形维数主要与黏粒相对含量有关,同时受海拔、气候等因素共同影响.     

基于正交信号校正的Vis-NIR光谱土壤质地预测

为提高基于VIS-NIR光谱的土壤质地预测精度,引入了正交信号校正(OSC)光谱预处理算法。分别用原始光谱、微分处理、OSC处理光谱,建立偏最小二乘回归(PLSR)模型。结果表明,OSC-PLSR模型验证精度高于其他两种方法所建模型,砂粒含量OSC-PLSR模型的RMSEp为5.94,粘粒含量OSC-PLSR模型RMSEp为1.25,相比PLSR模型,分别降低22.22%和9.42%。OSC算法在土壤质地的VIS-NIR反演中能有效消除不相关因素的影响,提高模型预测精度。     

黔中马尾松木荷混交林树高-胸径模型

【目的】建立马尾松Pinus massoniana-木荷Schima superba混交林树高-胸径模型,将树种作为哑变量引入模型,考虑模型残差空间自相关和异质性,为混交林树高-胸径模型构建和科学经营提供理论依据。【方法】基于贵州省开阳县马尾松-木荷混交林727组树高-胸径调查数据,构建普通最小二乘法模型(OLS)、广义可加模型(GAM)、线性混合模型(LMM)、地理加权回归模型(GWR)和地理加权回归克里格模型(GWRK)的树高-胸径全林木模型,在此基础上,将树种作为哑变量引入,选择全局莫兰指数(Moran’I)、局域Moran’I和组内方差分析5种模型残差空间自相关与空间异质性,并采用决定系数(R²)、均方误差(MSE)和赤池信息准则(AIC)对模型进行评价。【结果】(1)马尾松-木荷混交林全林木基础模型的拟合精度从低到高依次为OLS、GAM、LMM、GWR、GWRK。(2)将树种作为哑变量引入模型后,各模型拟合精度均高于全林木基础模型。(3)OLS和GAM模型残差的全局Moran’I在α=0.05水平下显著(Z>1.96),局域Moran’I分布图中存...     

空间效应及其回归模型在林业中的应用

介绍了空间自相关及空间异质性,综述了空间滞后模型 （SLM）、空间误差模型 （SEM）、混合效应模型 （MEM） 和地理加权回归模型 （GWR） 等空间回归模型在林业中的应用,分析了空间回归模型在不同尺度的林业问题中的应用情况,并针对空间回归模型在林业研究中应用所存在的问题进行探讨。     

基于地理加权回归的天然次生林进界木空间分布模拟

【目的】研究天然次生林的进界木数量和空间分布格局,分析进界木株数与各个变量间的响应关系,探索应对处理空间非平稳数据的可行办法,构建最优的进界木株数模型形式,以期为天然次生林的生长动态研究提供更为精确的技术手段,从而为指导天然次生林的森林质量精准提升提供参考依据。【方法】以吉林省汪清林业局塔子沟林场的天然次生林为研究对象,基于106块1997年和2007年两期的局级固定样地,以林分因子、地形因子和土壤因子为影响因子,分别构建常规泊松回归模型(PR)、地理加权泊松回归模型(GWPR)、半参数地理加权泊松回归模型(SGWPR)对研究区的进界木株数和分布情况进行模拟估测;采用决定系数(R2)、均方误差(MSE)和赤池信息准则(AIC)对3种模型的拟合效果进行评价;利用全域和局域Moran’s I对比分析3种模型残差的空间自相关性和局域空间聚集情况;运用半参数地理加权泊松回归模型的拟合结果绘制研究区的进界木空间分布图,分析进界木在研究区的分布规律。【结果】(1)在3种模型中,林分因子和地形因子均对塔子沟天然次生林进界木株数产生较大影响,其中林分平均胸径是影响最大的变量,两者之间呈显著的负相关关系...     

火烧迹地遥感指数与地表温度空间差异性

以2003年根河和金河林业局森林火灾火烧迹地作为研究区,以2000年、2004年的landsat影像为数据源,运用辐射传输方程反演地表温度,提取影像12种常见的遥感指数。分析火烧强度与地表温度的关系、不同遥感指数对地表温度的解释效果以及不同尺度下遥感指数与地表温度的空间差异性,建立遥感指数和地表温度的最小二乘拟合模型(OLS)和地理加权回归模型(GWR)。结果表明:(1)火烧迹地的火烧强度对地表温度具有明显的解释效应,重度火烧具有较强的热聚集效应;(2)火烧迹地地表温度的解释因素主要为下垫面状况的因素,从12种宽带波段遥感指数对地表温度的解释模型中,发现差分归一化火烧指数(IDNBR)、归一化不透水面指数(INDIS)、植被归一化水体指数(IVNDW)、归一化植被指数(INDV)、绿度总和指数(ISG)、改进型归一化水体指数(IMNDW)等6种指数对地表温度的解释效应更好;(3)不同尺度下,地表温度与遥感指数具有空间差异性,不同指数空间相关性随尺度增大而减弱。(4)在解释地表温度模型选择上,局部回归GWR模型比全局回归OLS模型的回归结果好。     

四川省广安市古树名木树龄估算及空间分布特征

  目的  广安市古树名木众多。研究古树名木地理分布特征、树龄与生长环境及生态因子间的关系,对古树名木保护具有重要意义。  方法  利用标准差椭圆了解古树名木分布特征,通过地理加权回归模型(GWR)和多元线性回归模型(MLR)模拟树高、胸围、平均冠幅、海拔和坡度对树龄的回归强度。  结果  ①广安市古树名木沿水系、山脉、交通线呈线状分布;政府驻地、红色旅游区向外扩散呈圈层结构;乡村多于城市,平地占主导;正常株多于衰弱株,生长环境适中;高海拔区多于低海拔区,垂直差异明显。②地理加权回归模型优于普通最小二乘法模型(OLS),平均冠幅、胸围、树高是影响树龄的关键因素,坡度对树龄影响较小,海拔与树龄呈负相关关系。③多元线性回归模型相关系数比地理加权回归模型高0.297,各解释变量与回归变量的系数强度同地理加权回归模型高度一致,且对300 a以下的古树树龄估算精度较高。  结论  标准差椭圆可定量分析古树名木的空间分布特征,地理加权回归模型和多元线性回归模型可准确估算古树树龄。图4表3参21     

基于MGWRK的土壤有机质制图及驱动因素研究

【目的】空间预测是一种获得有机质空间局部细节的重要方法,其准确性对于农田合理管理有着重要意义。本研究通过对比不同的土壤有机质空间制图方法以获得更优的预测精度,在预测的同时揭示环境协变量的空间非平稳性特征及不同环境协变量关系的空间尺度。【方法】选取晋中盆地的7个乡镇作为研究区,对比普通克里金(OK)、回归克里金(RK)、地理加权回归克里金(GWRK)和多重尺度地理加权回归克里金(MGWRK)4种不同方法对土壤有机质的预测能力和效果,并探究影响因子在空间分布中对有机质的影响效应变化和这种影响效应的空间尺度。MGWRK是一种多重尺度地理加权回归(MGWR)与普通克里金方法相结合的方法。【结果】选取坡向、坡度、年均降水量、年平均温度、海拔、植被年总初级生产力、年蒸散量、地形湿度指数、平面曲率、汇流动力指数、地形指数、地形粗糙指数、年平均NDVI为环境协变量参与建模,在多元线性回归建模中,模型统计学意义显著,这表明模型具备统计学意义。从Radius指数来看,各模型模拟效果由好到差依次为RK、OK、GWRK、MGWRK;从制图效果来看,MGWRK与GWRK制图效果相当,从有机质的空间预测图可以看出,土壤有机质在研究区呈现东西两侧偏低、中部偏高的空间格局,其中汾河以东、昌源河流经区域土壤有机质普遍偏高。坡向、年均降水量、年平均温度、海拔、地形指数、年平均NDVI对研究区东部有机质的影响强于西部,而坡度、植被年总初级生产力、年蒸散量、平面曲率、汇流动力指数、地形粗糙指数则表现出截然相反的空间非平稳性特征,地形湿度指数对有机质的影响则体现为北部强南部弱。【结论】MGWRK方法的空间预测精度分别达到了RK方法的69%、OK方法的71.74%、GWRK方法的71.17%。MGWRK在空间非平稳性特征的解释能力和空间可视化表现良好,为有机质的预测和空间非平稳性特征的描述提供方法借鉴。     

腾格里沙漠东南缘沙漠化对昆虫多样性的影响

为了明确草地沙漠化对昆虫多样性的影响,在腾格里沙漠东南缘研究了不同沙漠化植被区的昆虫物种多样性及其与环境的关系,结果表明,从流沙区到荒漠化草原,昆虫的多度、丰富度和多样性逐渐升高,固定沙丘拥有沙地和草原的混合类群,是荒漠化草原与沙地昆虫的过渡区,具有较高的物种多样性。昆虫的多样性指数和丰富度与土壤黏粒、粉粒、全氮、有机质、草本盖度、灌木丰富度、草本丰富度和草本生物量呈显著正相关(P0.05),与土壤沙粒和容重呈显著负相关(P0.05)。昆虫的多度与土壤黏粒、粉粒、全氮、有机质呈显著正相关(P0.05),与土壤沙粒和容重呈显著负相关(P0.05)。     

豫中烟区土壤物理性状与养分特性及其关系

分析了豫中烟区8个主要植烟县的土壤物理性状和养分特性,并对其相关性进行了研究。结果表明,豫中植烟土壤的物理性状较稳定,粒级以粉粒为主,沙粒次之,黏粒含量最低,其中粉粒以粗粉粒细粉粒中粉粒;物理性黏粒含量分布为30%~60%,属于中壤土和重壤土;容重分布范围为1.05~1.17 g·cm~(-3),均适宜烟株根系生长;总孔隙度分布范围39.40%~70.15%,2.28%的偏低,40.57%偏高,其中禹州、郏县和叶县均值偏高。养分特性以pH值中性偏碱,有机质、全氮、碱解氮和氯离子含量适宜,速效磷和速效钾含量最适宜,但是除pH值为弱变异外,有机质、全氮、全磷、全钾和碱解氮为中等变异,速效磷、速效钾和氯离子含量为强变异。相关性分析表明,土壤pH值与粗沙粒、黏粒、容重呈极显著正相关,与细沙粒和粉粒呈极显著负相关;有机质、全氮、全磷、速效钾与黏粒呈极显著正相关,而与沙粒、粉粒呈极显著负相关;全钾、碱解氮与孔隙度呈极显著正相关,与粗沙粒、容重呈极显著负相关;速效磷与粉粒呈显著正相关,与粗沙粒呈极显著负相关;氯离子仅与粒级0.5~0.1 mm呈显著正相关。     

赤峰市敖汉旗4种类型土壤机械组成及分形维数的垂直分布特征

为内蒙古赤峰市敖汉旗土壤的综合评价提供定量化标准和理论依据,以该地区4种类型土壤为研究对象分析土壤机械组成的垂直分布特征,并运用分形模型对土壤结构进行分析。结果表明:敖汉旗4种不同类型土壤的机械组成在不同土壤类型、不同土层中均表现为沙粒粉粒黏粒,其中黏粒和粉粒的含量随土层深度的增加而增加,沙粒的含量随土层深度的增加而减少。4种类型土壤分形维数由高到低依次为栗钙土褐土棕壤风沙土,经皮尔逊相关分析得到4种类型土壤中黏粒、粉粒、沙粒对土壤分形维数均具有显著性影响。因此,仅凭某一粒级土壤的含量不能说明土壤结构状况。     

旱地、水稻田不同粒径颗粒Cd形态分布特征

由于土壤各粒径组分在理化性质上存在不同差异,所以不同组分吸附镉的含量也有所不同。按照国际划分把土壤分为沙粒、粉粒、黏粒3种粒径,对不同粒径中镉不同形态的空间特征进行分析研究。采用1979年Tessier提出的连续提取法对土壤镉的赋存形态分类,将土壤中的镉分为5种形态:可交换态、碳酸盐结合态、铁锰结合态、有机结合态和残渣态。结果表明,旱地中含量最高的为铁锰氧化态,其次是残渣态,再次是可交换态,有机结合态和碳酸盐结合态含量较低,除可交换态和碳酸盐结合态外其他3种形态含量趋势为沙粒粉粒黏粒;而可交换态和碳酸盐结合态含量趋势为黏粒粉粒沙粒。在试样中镉的空间分布差异较大,研究分析表明,旱地中镉形态含量与有机质含量、镉全量显著相关,与pH值无显著相关。水稻田中土壤各形态镉分布有所差异,但是其所占比重总体分布趋势大体与旱地中相似。     

黄河三角洲地区典型土壤颗粒的分形特征

为了解黄河三角洲地区的生态环境状况,运用分形理论研究了黄河三角洲地区代表性土壤的分形特征,并对分形维数与渗透系数、有机质含量、含水量之间的相关关系进行探讨。结果表明,黄河三角洲地区土壤颗粒具有明显的分形特征,分形维数介于2.425～2.717之间,表现为土壤中粉粒、黏粒含量越高,其分形维数越大;在土壤剖面上,分形维数随土层深度的增加而逐渐增大;回归分析表明,分形维数与粉粒、黏粒含量均呈极显著正相关关系,与沙粒含量呈极显著负相关关系;分形维数可以作为土壤特性的定量化指标,分形维数与渗透系数呈极显著负相关关系,与土壤有机质含量、含水量均呈极显著正相关关系。     

基于STWR模型的森林病虫影响因素研究

【目的】探究森林病虫害时空动态变化特征及关键因素驱动力的空间分布,为森林病虫害防控与治理提供参考。【方法】采用空间联系局部指标（LISA）和Mann-Kendall(M-K)趋势检验,分析2008-2018年福建省县域森林病虫害发生率时空变化特征,利用夏季均温、冬季均温、月均降水量、夜间灯光均值等变量构建时空加权回归（STWR）模型,分析各变量与森林病虫害发生率之间的时空异质性。【结果】①2008-2018年福建省有16个县域森林病虫害发生率呈下降趋势,空间分布以“低 低”聚集的空间聚集类型为主,空间分布范围先缩小后扩张。不同变量对森林病虫害发生率的影响程度从强到弱依次为夜间灯光均值、月均降水量、夏季均温、冬季均温。②4种不同变量的影响机制有明显的时空分异性,其中夜间灯光均值、夏季均温、冬季均温对森林病虫害发生有正向促进作用,月均降水量对森林病虫害发生有负向抑制作用。③在森林病虫害高发生率县域中,夜间灯光均值为最大的负向影响因素,月均降水量也通常为负向影响因素。【结论】STWR模型的拟合性能优于地理加权回归（GWR）模型与普通线性回归（OLS）模型,且STWR模型预测能力比GWR模型更佳,能更精细地分析4个变量对县域森林病虫害发生率影响的时空变化过程。     

高寒土壤质地对土壤养分空间分异的影响

于青海省河南县选取8个高寒土壤样地,研究和分析高寒草地土壤质地差异与土壤养分的空间分异特征,以及土壤质地对土壤养分空间分异的影响。结果表明:研究区各样地均为壤质沙土,随着土层加深,黏粒减少,沙粒增多;各样地土壤各层0~200μm粒径的土粒含量分布基本一致,小粒径土粒集中在20~80μm;各样地除全磷含量较低外,其他养分含量丰富,各养分含量随着土层加深逐渐降低;表层土壤中,黏粒含量与C/N之间有显著正相关;中层土壤中,全磷含量与沙粒含量有极显著正相关,与黏粒含量和粉粒含量有极显著负相关。土壤养分含量和0~200μm粒径的土粒含量的相关性分析表明:0~10 cm土层总氮含量、碱解氮含量与0~20μm土粒含量呈极显著负相关,与45~100μm土粒含量呈显著正相关;10~20 cm和20~30 cm土层中,总磷含量与20~45μm土粒含量呈显著正相关,与100~200μm土粒含量呈显著负相关,速效钾含量与0~5μm各粒径土粒含量分别呈显著正相关;有机碳含量与3层土壤0~1μm各粒径土粒含量分别呈显著正相关。     

不同林龄栓皮栎林下土壤颗粒分形及养分特征研究

运用土壤粒径组分质量分布原理与分形理论,通过野外调查与室内试验分析,对太行山南麓地区4种林龄栓皮栎林下土壤粒径分形特征与养分特征进行研究。结果表明,1)不同林龄栓皮栎土壤颗粒质量分布差异明显,随栓皮栎林龄增加,黏粒、粉粒含量呈上升趋势,沙粒含量随林龄增加而减少;2)4种林龄栓皮栎林下0~40cm土壤粒径分形维数D在1.35~2.61之间,均值为2.14,其分形维数与土壤黏粒、粉粒含量呈正相关关系,与沙粒含量呈负相关关系;3)不同林龄栓皮栎的土壤理化性质存在差异,速效磷与有机质含量40 a生高于10 a生,全氮含量差异不明显,土壤中全氮、速效磷、有机质含量均与分形维数D呈正相关关系。