平原区土壤质地的反射光谱预测与地统计制图

基于地统计方法的土壤属性制图通常需要大量的采样与实验室测定。本研究提出利用可见光近红外(visible-nearinfrared spectroscopy,VNIR)光谱技术测定替代实验室测定,并与地统计方法相结合预测土壤质地的空间变异。通过建立砂粒(0.02 mm),粉粒(0.002~0.02 mm),黏粒(0.002 mm)含量的VNIR光谱预测模型,将模型预测得到的质地数据和建模点实测质地数据一同用于地统计分析和Kriging插值制图。以江苏北部黄淮平原地区为案例的研究结果表明,砂粒、粉粒、黏粒含量的预测值和实测值的均方根误差(RMSE)分别为8.67%、6.90%3、.51%,平均绝对误差(MAE)分别为6.46%、5.60%、3.05%,显示了较高的预测精度。研究为快速获取平原区土壤质地空间分布提供了新的可能的途径。     

冲积平原上区域土壤质地层次的某些分布特征

本文根据冲积平原区上一个１５平方公里区域内格网化布点的大量土壤剖面质地层次的观测数据,采用地统计学方法研究区域粘土层一些指标值的空间变异结构,通过概率统计研究了区域内几种地质类型层次厚度的概率分布特征。研究结果表明,第一粘土层厚度,第一粘土层出现深度,１米内粘土层总厚度和２米内粘土层总厚度的最大相关距离均在１５００米－２０００米之间,各种类型质地层厚度的概率分布均具有对数正态分布的特点。     

华北冲积平原区土壤剖面质地层次空间分布的三维随机模拟

土壤质地层次的空间分布(或土体构型)的复杂变异性是冲积土壤的典型特点之一,定量描述土体构型对于土地利用和溶质运移研究来说极其重要。本研究根据华北冲积平原上一块面积约15km2区域内的139个土壤剖面观测数据,运用转移概率地统计学方法分析了区域内土壤质地层次空间分布的变异特性。结果表明,土壤质地层次的空间分布不是纯随机的,而是具有一定的空间毗邻转移趋势。将本文得到的土壤质地层次空间分布的三维马尔可夫链模型用于指示条件模拟后,最终模拟结果反映了不同质地层次间的交叉协相关关系,所得结果为进一步模拟水分溶质在区域土壤中的运动提供了有力的支持。     

农田土壤质地空间分布的三维随机模拟及其不确定性评价

定量描述土体三维构型对于土地利用及农田水肥管理研究极其重要.本研究根据华北山前冲积平原区一块农田内的109个土壤剖面观测数据,运用马尔科夫地质统计学方法构建了土壤质地种类的三维空间分布模型,在100次随机模拟的基础上,分别得到了土壤质地种类的优化分布图及其概率分布图.结果表明,一维嵌入转移概率模型能很好地描述农田水平和垂直方向上各土壤质地种类的空间连续性及毗邻转移趋势.优化分布图虽能直观反映土壤质地种类的空间分布特征,但存在明显的平滑效应,不能刻画土壤质地种类空间分布的不确定性.而采用概率分布的方式来描述土壤质地种类空间分布的不确定性,能够有效地克服该缺点.     

基于Markov链地统计模型的区域土壤性质研究进展

土壤水力学性质的空间变异对于区域土壤水分溶质循环模拟研究至关重要。基于Markov链的条件模拟是一种能融合多源信息技术的地统计学模拟方法,与传统插值法和基于变异函数的条件模拟相比有诸多优势。目前,该方法在土壤水力学性质空间变异性领域的研究并未全面展开。实现区域土壤水力学模型参数的随机模拟,对于实现区域土壤水分运动和溶质运移的随机模拟,分析土壤水力学性质空间变异性对土壤水分运动和溶质运移模拟结果的影响,特别是参数采样点变化对土壤水分运动和溶质运移结果影响的不确定性等研究都有重要意义。本文旨在综述基于Markov链的地统计学模拟在土壤学相关领域的研究进展,以期为区域模拟中面临的参数获取难题提供帮助,为区域农业生产管理,水分高效利用,农田生态环境保护提供科学依据。     

均质壤土下玉米根系三维空间分布的模拟与参数分析

根系三维结构的确定对研究原位状态下根系吸收水分、养分有重要的意义[1,2]。国内外很多研究者已经将定量化模拟与分析根系三维结构作为培育资源高效利用的作物新品种、提高SPAC系统中物质、能量运移与分布模拟精度的重要突破手段与方法[2~5]。目前,关于根系结构研究多采用三种方式。第一种方式,假设根系在水平方向均匀生长与分布,在根系生长的垂直一维方向上把土壤空间划分为若干层,来研究根系结构与生长的空间分布[6]。第二种方式采用三维根系生长模型,在试验测定或者人工设定模型参数的条件下,实现以根段个体为研究对象的根系生长的三…     

地统计方法在土石山区土壤侵蚀空间变异性研究的应用

土壤侵蚀是一种复杂的空间随机分布现象,其影响因素多,对其做出合理有效的定量分析难度较大。近年来,GIS技术及地统计学的迅猛发展为我们攻克土壤侵蚀空间变异这一难题提供了可能。以西南土石山区水土保持项目为依托,尝试地统计方法在土壤侵蚀空间变异性研究的应用,建立了地统计学方法在土壤侵蚀空间变异性研究中应用的基本技术流程。以便其在小流域土壤侵蚀的定量评价、规划与治理以及动态监测等方面提供理论研究和实际应用。     

大区域尺度下地理系统的空间直观模拟与景观演变

元胞自动机（CA）支持下的地理系统空间直观模拟（SEM）,能够以空间可视化方式显示模拟结果,不仅能够弥补缺失的资料,更能够推演土地利用的未来趋势和可能情景,从而揭示土地利用的时空过程与变化规律。基于Logistic回归的CA模型,模拟了大区域尺度下的上海市陆域土地利用变化,并利用景观指标对结果进行刻画和分析。研究表明:上海市城市建设用地面积持续增加,植被面积不断减少,而水域面积保持稳定;此外,景观指标揭示的土地利用空间形态变化过程及趋势,与所采用的元胞尺度有较大关系,即空间直观模拟结果与景观指标具有显著的尺度敏感性。     

区域尺度下黄土高原土壤全钾含量的空间模拟

为了揭示高原区域地区尺度上土壤全钾的空间异质性及其影响因素,该文采用状态空间方程和传统线性回归模型对该区土壤全钾含量的空间分布进行了模拟,并分析了其与土壤体积质量、黏粒含量、粉粒含量、土壤酸度、降水、气温和海拔高度等因素之间的关系。结果表明,以上变量在30～50km的采样间距下均表现出较好的空间自相关性,其中土壤体积质量、黏粒含量、粉粒含量、降水和气温与土壤全钾之间存在显著的交互相关关系,可用于土壤全钾的状态空间模拟。不同因素组合下的状态空间方程均比使用相同变量的线性回归方程能更好的模拟土壤全钾含量的空间分布。使用土壤体积质量和黏粒含量的双因素状态空间方程模拟效果最好,决定系数R2为0.978,均方根误差(RMSE)为0.049。状态空间模拟在大尺度区域的应用表现出较好的效果,为研究该区其他土壤属性的空间异质性提供了参考。     

土壤速效钾空间模拟的技术方法研究

采用GIS和地统计学中的普通克里格插值(Ordinary Kriging)和序贯高斯模拟方法(SGSV单次实现和SGSA平均实现)对河南省封丘县土壤速效钾的空间变异特征进行了分析研究。结果表明,Kringing插值具有明显的平滑效应;SGSV模拟与实测数据具有相似的空间自相关结构,既尊重了实测数据,又可以再现区域化变量的空间波动性;SGSA在一定程度上能够消除平滑效应的影响,同时还能兼顾实测数据的结构性特征。因此,SGSA模拟在土壤速效钾空间结构的研究中,能够达到更好的效果。     

农田土壤速效钾含量的空间变异研究

论文以高产潮土区2007年104个土壤采样点耕层速效钾含量为基础,基于地统计学原理,结合GIS空间分析技术,探讨了土壤速效钾含量的空间变异特征,建立了土壤速效钾含量的空间变异模型,形成了土壤速效钾含量的空间分布图,阐明了影响高产农田土壤速效钾含量分布不均衡的原因。研究结果表明,高产潮土区土壤速效钾含量平均为287．476gkg^-1,最高为483．433gkg^-1,最低为119．435gkg^-1,球状模型是土壤速效钾连续性空间分布的最佳模型,其块金值,基台值为0．399,说明土壤速效钾在变程为57．691米的范围内具有中等强度的空间变异性,含量高低的区域分布比较明显,在地块东南部和中部为其含量较高的区域,含量较低的两个突出区域呈典型的圈层分布,由内向外含量递增,具有较强的渐变性分布规律。总的来看,土壤速效钾约有60．1％的空间变异来自于土壤母质、地形地貌、气候等非人为的结构性因素,39．9％的变异来自于随机性因素如施肥、灌溉、管理水平等因素的影响。     

不同尺度下土壤盐分空间变异的指示克里格评价

针对目前黄淮海平原盐渍土改良区存在的土壤盐渍障碍问题,以该区域典型县域禹城市为研究对象,综合运用GIS和非参数地质统计学的指示克立格法,对县级和镇级两个采样尺度下0～20 cm耕层土壤盐分的空间变异性进行了分析,并给出了土壤盐分满足一定条件的概率分布图.结果表明,两个采样尺度下土壤盐分均不符合正态分布且都存在特异值,但...     

基于CSLE模型和抽样单元法的县域土壤侵蚀估算方法对比

为提高县域尺度地块(栅格)土壤侵蚀模数估算的准确性,以河北省怀来县为例,基于CSLE模型,分别采用全域覆盖计算和4%密度抽样单元推算方法对全县土壤侵蚀进行计算和对比分析。结果表明:全域覆盖计算比4%抽样单元推算水土流失面积大59.0 km~2,相对差异达12.94%。全域覆盖计算可实现空间全覆盖,更准确地反映县域水土流失空间分布特点,适用于中、小尺度土壤侵蚀定量计算,但需要较高精度和全面的数据源保证;抽样单元推算适用于流域、区域等大尺度土壤侵蚀估算,但结果受抽样方法、抽样密度、外推或插值方法等因素影响较大。应进一步加强遥感解译准确性、侵蚀因子精度等对CSLE全域覆盖计算结果影响的研究,完善模型参数数据库,率定因子值,实现参数本地化。     

基于多源环境变量和随机森林的橡胶园土壤全氮含量预测

土壤全氮与土壤肥力和土壤氮循环紧密相关。掌握土壤全氮详细的空间分布信息对提高土壤肥力管理效率和更好地了解土壤氮循环至关重要。该文以儋州国营橡胶园为研究区域,采集2511个土壤样品,利用随机森林(random forest,RF)、逐步线性回归(stepwise linear regression,SLR)、广义加性混合模型(generalized additive mixed model,GAMM)以及分类回归树(classification and regression tree,CART)结合多源环境变量(成土母质、平均降雨量、平均气温和归一化植被指数)对研究区橡胶园土壤全氮含量进行空间预测,并通过754个独立验证点比较了4种模型的预测精度。结果表明RF对土壤全氮的预测值和实测值的相关系数(0.82)明显高于SLR(0.68)、GAMM(0.70)和CART(0.69),而RF的预测平均绝对误差(0.08836 g/kg)和均方根误差(0.13090 g/kg)均低于SLR、GAMM和CART。此外,RF模型预测结果能反映更为详细的局部土壤全氮含量空间变化信息,与实际情况更为接近。可见,RF模型可作为橡胶园土壤全氮含量空间分布预测的高效方法,为其他土壤属性的空间分布预测提供了一种新的方法。     

Effects of inorganic fertilizer and manure on soil archaeal abundance at two experimental farms during three consecutive rotation-cropping seasons

Soil archaeal population dynamics at two experimental sites of the same clay-loam type in Ottawa and Woodslee, Ontario, were investigated to determine fertilizer and manure effects following their different long-term crop rotation and fertilization schemes. Phylogenetic analysis of cloned soil archaeal 16S rRNA gene libraries of both sites identified them with group 1.1b of Thaumarchaeota. The gene population dynamics subtly varied in the order of 10⁷ copies g⁻¹ soil when monitored by quantitative real-time PCR during three growing seasons (2007–2009). In Ottawa, where plots were amended with dairy-farm manure, soil thaumarchaeal gene abundance was double of the unamended plots. At the Woodslee N-P-K-fertilized plots, it remained at least 30% fewer than that of the unfertilized ones. These cultivated plots showed soil carbon limitation while the fertilized ones were low in soil pH (ca. 5.5). Surface soils from an unfertilized sod plot and an adjacent deciduous forest had higher total carbon content (C:N ratio of 9 and 11, respectively). Their thaumarchaeal gene abundance varied up to 4.8 × 10⁷ and 7.0 × 10⁷ copies g⁻¹ soil, respectively. The former value was also attained at the manure-amended plots in Ottawa, where the C:N ratio was just below 10. Where soil pH was above 6.0, there was a weak and positive correlation between soil total C and the estimated gene abundance. Such gene population dynamics consistently demonstrated the stimulating and suppressive effects of dairy-farm manure (Ottawa site) and inorganic fertilizers (Woodslee site), respectively, on soil thaumarchaea. At both sites archaeal amoA and 16S rRNA gene abundance were similarly affected. Archaeal amoA gene abundance also outnumbered bacterial amoA abundance, suggesting that ammonia-oxidizing archaea might be dominant in these soils. Only minor crop effects on gene population dynamics were detected.