不同采样密度对土壤养分空间插值结果的影响

对江苏省仪征市沿江平原和丘陵地区两种不同地貌类型区内的两个村不同采样密度下5种养分因子(土壤有机质、有效磷、速效钾、pH、有效锌)的空间插值结果进行了分析比较,用标准均方根误差检验不同密度下的插值精度。分析结果表明:同一养分在相近的采样密度下,沿江平原的插值精度要明显高于丘陵地区;同一地区相同养分因子随着采样密度的增大,插值精度也随之提高;沿江平原区采样密度在0.12个/hm2时就基本可以满足对上述5种养分因子评价的要求;而在丘陵地区,除有机质外,其余4个养分因子在采样密度为0.42个/hm2时才能满足养分因子评价的要求,有机质还需要进一步增大采样密度。     

基于BP神经网络的土壤养分空间插值

以广东省增城市为研究对象,采集全市内200个土壤样点,利用BP神经网络插值方法对研究区土壤的氮和磷进行空间插值预测,将插值结果与土壤样点实测值进行对比,得到预测数据的误差均方根.结果表明,BP神经网络的插值精度比克里格高,在样点较少的情况下,BP神经网络的插值结果克服了克里格插值方法的平滑效应.BP神经网络对插值的样本数据的分布类型没有要求,比传统插值方法有更强的泛化能力,是一种可替代的插值方法.     

基于空间技术的果化示范区土壤电导率空间自相关研究

为指导典型岩溶区的农业生产,保障区域土壤资源的可持续利用,应用经典统计学与"3S"技术,将土壤电导率室内布点与实地监测相结合,研究果化示范区土壤电导率的空间自相关特征。结果表明,示范区土壤电导率的数值变异较大,属强度变异(CV30%)。各深度土壤电导率的Moran指数呈正向的空间关联,其关联程度随土壤深度的增加而减小。果化示范区内土壤电导率绝大多数属于"低—低"空间集聚类型,低值区分布较为集中,且多被附近的低值区包围。5和10 cm深度土壤电导率的空间自相关尺度均为2 200 m;20和30 cm深度土壤电导率的空间自相关尺度分别为1 400和1 000 m。     

用高程辅助提高土壤属性的空间预测精度

 【目的】探讨土壤属性变量与高程之间在何种条件下，可利用高程变量来辅助提高土壤变量的预测精度。【方法】用两种将高程作为辅助变量的克里格插值方法（协克里格法和简单克里格加变化局部平均值法）与没有考虑高程的普通克里格插值方法进行对比分析，用均方根预测误差和预测精度的相对提高值作为标准对3种方法的预测结果进行评价。【结果】对于交换性钾和pH值，协克里格法获得最精确的预测；对于Olsen-P、土壤有机质和有效锌，简单克里格加变化局部平均值法得到最精确的预测；而有效铜、有效铁和有效锰的最精确的预测结果则由普通克里格法产生。【结论】高程数据能够用来提高土壤特征的空间预测精度，但并不是对所有的土壤属性都适合；在利用高程数据来提高土壤属性空间预测之前，应该先对高程和土壤特征变量之间的线性相关关系、结构相关关系和全局趋势等进行仔细地分析，然后再选择适宜的方法。     

典型岩溶区土壤颜色空间自相关和空间分布研究

基于自定义的土壤颜色量化方法,运用地统计学与GIS技术,将室内布点和实地监测相结合,对果化示范区土壤颜色的空间自相关和空间分布进行了研究。结果表明,果化示范区土壤颜色的空间分布存在正向的全局空间自相关,空间自相关尺度为2 200 m。土壤颜色的空间样点呈现出平行线型的空间分布格局,土壤颜色的空间结构在1~2 200 m区间内为空间集聚,在2 200~2 800 m区间内为空间孤立。示范区棕色土壤广泛分布,黄棕色和黄褐色土壤仅呈小块状的零星分布。     

安定区耕作层土壤养分含量的空间自相关分析

应用空间自相关分析的方法,采用Moran’s I统计量对定西市安定区耕作层土壤中主要土壤养分肥力因子含量的空间自相关关系以及空间分布规律开展了研究.结果表明:安定区耕作层土壤6种肥力因子中,有机质、全氮、有效磷和全钾的空间分布并非随机状态,而是存在一定的空间自相关特性,而全磷和速效钾的空间相关性不显著,元素分布较随机;利用区域空间自相关指标结合LISA聚集图分析了有机质、全氮、有效磷和全钾含量空间分布规律,确定了"高-高"、"低-低"空间聚集区和"低-高"、"高-低"空间孤立区在研究区内的具体分布位置.     

基于克里格插值的兰州市土壤全氮和有机质空间变异研究

用普通克里格法对兰州市土壤全氮和有机质的空间变异趋势及分布规律进行了分析.结果表明,土壤表层全氮和有机质的含量分布具有较高的空间变异性,且变异趋势较为一致.土壤全氮和有机质高值区主要分布在中偏南部分地区,且存在高度相关性.     

土壤养分含量的协同克里格法插值研究

土壤养分含量的空间分布是农业领域研究的重要内容,空间插值是获取土壤养分含量空间分布的重要方法。空间插值方法很多,不同的空间插值方法结果精度各不相同。文章以石家庄城乡交错带土壤全氮、速效磷、速效钾三种养分含量为主变量,土壤有机质含量为辅助变量,选取普通克里格法和协同克里格方法,对85个采样点的土壤养分数据进行空间插值分析,获取土壤养分含量空间分布图。采用交叉验证法对其插值结果精度进行分析和评价,结果表明,采样点数量相同时协同克里格方法的结果精度明显高于普通克里格插值法;利用协同克立格法, 主变量数目在减少至70个,辅助变量不变的情况下,精度仍高于普通克里格法,且空间分布高度相似。说明在适当减少土壤样本的情况下,协同克里格法仍能保证插值精度,适合土壤养分空间插值。     

区域性夏季平均气温空间插值方法比较

使用ArcGIS软件,采用反距离权重法、普通克里格法和泛克里格法3种空间插值方法,以东北三省78个气象站点1999、2004年夏季平均气温数据为例进行了空间插值,并采用交叉检验的方法对插值结果进行了比较。结果表明,3种方法所得插值结果均能大致反映气温分布状况,但从精度分析上看,泛克里格法精度优于反距离权重法和普通克里格法。     

降雨量空间插值方法比较研究

对反距离加权法、样条函数法、普通克里格法及协同克里格法等几种常用的降雨空间插值方法的优缺点进行了分析和比较,考虑到高程对降雨量影响较大,在协同克里格法的基础上将高程作为第2类影响因素引入降雨量的空间插值方法中,并提出了引入高程信息的协同克里格法.将4种方法（反距离加权法、样条函数法、普通克里格法及协同克里格法）用于大兴安岭地区降雨量的插值计算,结果表明,考虑高程信息的协同克里格法的插值效果明显优于其他3种方法.     

Testing the performance of spatial interpolation techniques for mapping soil properties

In this paper, we implement and compare the accuracy of ordinary kriging, lognormal ordinary kriging, inverse distance weighting (IDW) and splines for interpolating seasonally stable soil properties (pH, electric conductivity and organic matter) that have been demonstrated to affect yield production.The choice of the exponent value for IDW and splines as well as the number of the closest neighbours to include was decided from the root mean squared error (RMSE) statistic, obtained from a cross-validation procedure. Experimental variograms were fitted with the exponential, spherical, Gaussian and linear models using weighted least squares. The model with the smallest residual sum of squares (RSS) was further interrogated to find the number of neighbours that returned the best cross-validation result.Overall, all of the methods gave similar RMSE values. On this experimental field, ordinary kriging performed best for pH in the topsoil and lognormal ordinary kriging gave the best results when applied to electrical conductivity in the topsoil. IDW interpolated subsoil pH with the greatest accuracy and splines surpassed kriging and IDW for interpolating organic matter.In all uses of IDW, the power of one was the best choice, which may due to the low skewness of the soil properties interpolated. In all cases, a value of three was found to be the best power for splines. Lognormal kriging performed well when the dataset had a coefficient of skewness larger than one. No other summary statistics offered insight into the choice of the interpolation procedure or its parameters. We conclude that many parameters would be better identified from the RMSE statistic obtained from cross-validation after an exhaustive testing.     

基于ANUSPLIN 的降水空间插值方法研究

【目的】对黄淮海平原点状降水数据进行空间插值,筛选最优模型,分析插值精度,为该区域水分供给状况分析、农业干旱研究等提供科学依据与技术支撑。【方法】采用基于样条函数插值理论的专业气象插值软件ANUSPLIN,根据黄淮海平原内457个气象站点1981—2010年连续30年的降水数据,分别以分辨率为90 m、1 km的高程数据作为第三变量,对降水数据进行空间插值,根据误差统计选出最优插值模型,分析不同分辨率的数字高程模型与插值精度的关系;为比较ANUSPLIN插值结果,随机选取29个点的降水数据作为验证集,同时将其与克里金插值方法进行比较。【结果】(1)对所选气象站点数据进行交叉验证发现,相比较克里金插值,ANUSPLIN得到的结果精度更高。冬季降水量较少时的插值精度比降水集中的6—8月份的插值精度高,利用ANUSPLIN对冬季的降水数据插值的均方根误差为0.38 mm,夏季为4.19 mm,克里金方法对冬季降水数据插值后对应的RMSE为0.45 mm、夏季为4.31 mm;(2)DEM分辨率越高,对应的插值精度会有所提升,对夏季降水插值较明显,利用90 m分辨率的DEM对夏季降水插值,RMSE为4.19 mm,1 km分辨率的DEM插值后对应的RMSE为4.24 mm。【结论】通过ANUSPLIN对黄淮海平原的降水插值方法研究,探讨插值精度与DEM分辨率的关系,发现提高协变量数据DEM的分辨率可以获得更高精度的降水栅格数据,相比较克里金方法,AUNSPLIN获得的结果更加细致地描绘出地形因素对降雨空间分布的影响,为黄淮海平原干旱分析、指导当地农作物灌溉生产提供重要的决策支持信息。     

黄土高原降水量的空间插值方法研究

在地统计学和地理信息系统支持下,采用多种插值方法对黄土高原降水量进行了空间插值研究, 并探讨了气象站点密度与布局对插值结果的影响。结果表明,地统计学方法优于传统的反距离加权插值、多项式插值和径向基函数插值方法;考虑高程影响的普通协克里金方法优于一般的克里金方法和简单协克里金方法。通过空间插值得到了黄土高原降水量分布图,由该降水量分布图可知,黄土高原降水量总体呈现西北低、东南高的态势,界限很明显;年均降水量在100-800 mm,主要集中在200-600 mm内,以半湿润-半干旱气候为主。     

Assessment and visualization of spatial interpolation of soil pH values in farmland

Site-specific farming entails fine-scale detection of field parameters that affect yield coupled with directing appropriate management inputs to select areas that improve field-scale cropping system profitability. Currently, limited technologies are available to evaluate spatial variability in soil properties on a fine scale (submeter resolution). Therefore, information is typically generated by collecting discrete samples and utilizing spatial interpolation to estimate data for the unsampled locations. In this study, soil pH samples were collected from a 12.15 ha agricultural field in northwest Missouri using two grid-sampling regimes: 0.11 ha with 110 samples and 0.98 ha with 12 samples. Three spatial interpolation methods (inverse distance weighted, spline and kriging) were tested to evaluate the effects of interpolation on unsampled locations. In addition to quantitative validation evaluations, results were also assessed by 2D visualization and 3D visualization. Although each assessment approach provided useful information, the inverse distance weighted technique overall better-estimated soil pH values as determined by a combination of all three approaches.     

基于空间自相关构建树木生长模型

2004—2008年，在日本九州地区宫崎县田野天然次生林内设置的一块100 m×100 m固定标准地中，通过每木调查，测量了固定标准地内树木的种类、空间位置、生长等数据。为了便于理解，以固定标准地中优势树种蚊母树为主要研究对象，在考虑周边所有树木的影响的同时，利用贝叶斯统计方法分析了空间自相关及树木间的对称竞争、非对称竞争对树木生长过程的影响，并比较了忽略空间自相关的情况。结果表明:在构建研究对象树种的生长模型时，树木个体间的竞争是不可缺少的参数，尤其是个体间的对称竞争。在利用空间自相关参数建模时，最终模型的决定系数R2＝0.83；而忽略空间自相关参数的模型，其决定系数R2＝0.74。通过其他主要树种的分析也表明了导入空间自相关参数的优越性，因此可以认为，考虑空间自相关的随机效应模型能更精确地预测树木的生长。本研究所采用的空间自相关模型不仅可以利用树木个体的分布信息推测其生态学特征，还为树木生长模拟提供了理论与方法上的借鉴。      

南方丘陵耕地土壤有机质空间插值精度比较——以衢江区为例

以浙江省衢江区的耕地地力调查有机质数据为基础,比较分析普通克里格（OK）和反距离加权插值法（IDW）的有机质插值精度。研究结果表明,在同样的数据处理条件下,反距离加权插值优于普通克里格;在同一插值方法下,对按地形地貌分类、按耕地利用方式分类与整体不分类型3种情况比较,按耕地利用进行分类处理略优于按地形地貌分类处理,而按耕地利用分类和按地形地貌分类后插值精度均明显优于整体不分类型处理。     

不同尺度土壤性质空间变异研究进展

综述了近年来不同尺度(田间尺度,小区尺度和微尺度)上土壤性质(土壤水分、养分、理化性质及生物学性质等)空间变异研究的进展。探讨了土壤性质空间变异的原因,影响因素及研究方法,并对土壤空间变异研究前景进行了展望。     

黄泥岭红壤小流域土壤的空间异质性与格局研究

以浙江省安吉县黄泥岭红壤小流域为研究对象,通过栅格取样法,分析了不同样点的土壤性状,利用地统计学和地理信息系统(GIS),研究了该小流域土壤的空间异质性和格局.结果发现,小流域内土壤的空间异质性明显;统计变异的大小顺序为:速效钾>速效磷>全氮和有机质>pH值;土壤有机质与全氮量空间变化趋势相似,且相关性极显著;速效磷和速效钾的空间格局相似性较大;人类干预严重影响土壤的空间格局.     

顾及空间自相关的农作物面积空间抽样研究进展

【目的】对当前农作物面积空间抽样调查在空间自相关研究方面存在不足与发展趋势进行总结与展望。【方法】文章简要概括了空间自相关的科学内涵与研究方法,并根据其在不同领域的实践应用对空间自相关的基本特征进行了系统总结;通过对国内外专家学者研究进展的评述,指出目前考虑空间自相关的农作物面积空间抽样调查方法仅从抽样精度、抽样费用、抽样单元设计和分层效率方面对空间抽样效率进行评价,并未考虑农作物面积单元间空间自相关性的存在会对其空间抽样造成影响的发展现状。【结果 /结论】国内外学者在抽样单元间空间自相关性的理论研究与综合应用方面做了大量的研究,但涉及空间自相关性对农作物面积空间抽样效率影响方面的研究则鲜有报道,缺乏空间自相关性对农业资源空间抽样效率影响的定量评价方法和指标,影响了农作物面积空间抽样方案的优化与实施。可进一步开展关于抽样单元空间自相关性对农作物抽样效率影响的定量研究,为进一步改善农作物空间抽样调查方法在不同地区应用适宜性评价和抽样效率提供理论依据。