浙江温岭海涂围垦区土壤盐分空间异质性分析

运用经典统计学和地统计学相结合的方法,研究浙江温岭海涂围垦区在3种取样尺度下(1800 m×800 m、600 m×420 m和300 m×300 m)土壤盐分的空间变异性。结果表明:3种取样尺度下土壤盐分服从对数正态分布,属中等变异强度;半方差函数模型均符合指数模型,具有强的空间自相关性。Moran′sⅠ系数表明小尺度(S)下土壤盐分的空间相关性较弱,而中(M)和大尺度(L)下则较高。Kriging插值与相关性分析能直观的表现研究区内土壤盐分含量的空间分布状况和变化情况。通过海涂围垦区3种取样尺度下的空间异质性的分析,揭示出土壤盐分的空间变化规律,为围垦区盐渍化分区管理与改良利用提供了理论基础和实践依据。     

典型红壤区田间尺度下土壤养分和水分的空间变异研究

本文选择了典型的红壤区进行网格法分层(0～20cm、20～40cm)取样,采用地统计学与经典的统计学相结合的方法,研究了田间尺度下土壤含水量、全氮、硝态氮和有机质的空间变异特性。结果表明:土壤中各种特性信息均服从正态分布,土壤全氮和有机质含量随深度的增加而减小,而硝态氮含量随深度的增加呈增大的趋势,两个土层硝态氮的变异系数(41.80%～61.97%)远高于全氮和有机质的变异系数(6.21%～19.29%);该研究区域内的土壤含水量、全氮、硝态氮和有机质含量的变程在13.50m～32.60m之间;土壤全氮和有机质含量之间有显著的正相关性;而硝态氮与土壤含水量之间有显著的负相关性(P<0.01,n=96)。采用地统计学研究典型红壤区土壤养分和水分的空间变异性,可为研究区的精确施肥、精确灌溉以及其它的农田精确管理提供科学依据。     

电磁感应仪用于土壤盐分空间变异性的指示克立格分析评价

运用磁感式大地电导率仪EM38及其移动测定系统,结合非参数地质统计学的单元指示克立格方法,对黄河三角洲地区200 hm2典型地块上两个比较关键季节的土壤盐分进行空间变异性的分析,给出了同一区域不同时段土壤盐分满足一定标准的条件概率图。结果表明,土壤表观电导率与盐分呈极显著相关性;各时段土壤表观电导率均呈近似的对数正态分布,且存在特异值;各时段土壤表观电导率的指示半方差均较符合球状套合模型;结构性因素导致秋季时段土壤盐分的空间变异性呈各向同性;随机性因素使春季时段土壤盐分的各向异性增强,尤其在南北、东西方向。由不同季节时段土壤盐分风险概率图看出,研究区土壤盐渍化程度总体较高,旱季条件下土壤盐分的表聚型是导致该现象最主要因素。电磁感应仪与指示克立格方法的结合运用为不同尺度(从农田到区域)上土壤调查与质量评价提供了新的途径,并为农业水土资源的决策管理提供指导。     

南方丘陵区不同尺度下土壤氮素含量的分布特征

利用GPS和GIS技术,研究了江西省兴国县潋水河流域小、中和大3种尺度下土壤氮素的空间分布特征。结果表明,土壤全氮和有效氮在小、中和大3种尺度下呈正态或对数正态分布,但二者均值随研究尺度的扩大而增加。其中,土壤全氮平均含量分别为0.60 g kg-1、0.73 g kg-1和0.83 g kg-1,有效氮含量为64.8mg kg-1、66.3 mg kg-1和80.2 mg kg-1。这3种尺度区土壤全氮和有效氮含量的空间变异函数参数和空间分布特征并不相同。因此,二者空间变异表现出明显的尺度效应。网格抽样和分层抽样相结合的采样方法均适合丘陵区小、中和大3种尺度下土壤氮素分布的研究。它们的合理采样数在90%置信度下分别为原采样方案样点数的82.6%、71.2%和58.1%,在95%置信度下分别是原采样方案样点数的95.7%、94.2%和89.2%。     

于田绿洲盐渍土主要参数的空间异质性分析

通过对盐渍土主要参数的空间异质性进行分析,反映出绿洲地区各种不同的程度的土壤盐渍化的空间分布。借助地统计学、经典统计学方法,同时结合野外的实测数据,对于田绿洲2013年表层盐渍土(0~10 cm)的电导率、含盐量、p H、含水量的空间异质性进行分析。对研究区的土壤盐渍化监测采样控制在95%的置信水平、15%的相对误差的范围内。研究表明:(1)于田绿洲为重盐土类型,其均值达到7.02 g kg-1,同时表层土壤电导率,含盐量和含水量均表现为较强空间变异性。(2)表层土壤电导率、含水量和含盐量以及p H均表现出由结构性因素引起空间变异。(3)通过插值结果可以看出土壤含盐量、电导率和土壤含水量均表现为绿洲外围高于绿洲内部的空间分布,同时土壤含盐量电导率和p H值三者之间呈明显的正相关。通过分析土壤空间变异性,有利于快速诊断土壤盐渍化,也能够为提升土地的利用效率以及农田的管理提出决策的依据。     

盐渍化农田土壤斥水性与理化性质的空间变异性

通过对新疆玛纳斯县盐渍化土壤三个不同尺度(间距分别为50 m、5 m及0.5 m)的284个样点取样分析测定,采用经典统计学、空间自相关、地统计学和分形理论对土壤斥水性与理化性质进行空间格局分析。结果表明:1)土壤斥水性和pH符合正态分布,其余土壤属性符合对数正态分布。三尺度下土壤各属性绝大多数表现为中等变异水平。2)三尺度下土壤各属性的Moran s I系数变化具有相似性,在-0.8~0.6范围内波动。3)三尺度下土壤各属性的半方差函数理论模型大多数能用球状模型来拟合。4)在一定范围内,土壤各属性具有一定的分形特征,分形维数变化幅度为1.75~1.96。分析表明不同尺度下土壤斥水性与理化性质具有一定的差异。     

黑河中游荒漠绿洲过渡带斑块植被区土壤水分与有机质空间变异特征

以黑河中游荒漠绿洲过渡带斑块植被区土壤为研究对象,对土壤含水量与土壤有机质含量空间变异特征及两者相关性进行研究,并对土壤含水量和土壤有机质含量的空间变异函数模型进行拟合。结果表明:(1)20~40 cm土层的土壤含水量空间变异性最为强烈,C_V=1.780;而40~60 cm土层的土壤有机质含量空间变异性最为强烈,C_V=0.561。(2)0~120 cm土层的土壤含水量空间变异函数理论模型均为指数模型;0~60 cm土层的土壤有机质含量空间变异函数理论模型为纯块金模型;而60~120 cm土层的土壤有机质含量空间变异函数理论模型为指数模型和球状模型。(3)土壤含水量和土壤有机质含量均随土层深度的增加而相应的增加,且二者之间呈显著对数相关关系,R~2=0.9597。     

林地土壤性质空间变异性与土壤入渗过程的研究

运用经典统计学和地统计学理论,研究了缙云山马尾松林地土壤水分、电导率和pH值的空间变异性。结果表明,各变量符合正态分布,电导率与pH值呈正相关关系(α=0.01)。行内变异性分析表明,各变量沿坡向各行变异系数的均值都大于垂直于坡向的均值。不同坡向对行间的差异分析表明,含水量在沿坡向和垂直于坡向上均无显著差异,在垂直于坡向上各行电导率和pH值存在显著差异(α=0.01)。地统计学分析结果显示,含水量在沿坡向和垂直于坡向上的变异具有漂移特征,电导率在垂直于坡向方向上具有空间结构性,在沿坡向上随机变异过大,不能体现出空间自相关的特点;pH值在垂直于坡向上具有漂移特征,沿坡向上为纯块金效应。典型植被下土壤水分入渗研究表明,农耕地和阔叶林稳渗率为4.81mm/min和3.15 mm/min,分别是针叶林的14倍和9倍;1 h入渗总量分别为1365.58 mm和518.46 mm,是针叶林的37倍和14倍。     

盐渍化农田土壤斥水性与理化性质的空间变异性

通过对新疆玛纳斯县盐渍化土壤三个不同尺度（间距分别为50m、5m及0.5m)的284个样点取样分析测定,采用经典统计学、空间自相关、地质统计学和分形理论对土壤斥水性与理化性质进行空间格局分析。结果表明：1）土壤斥水性和pH符合正态分布,其余土壤属性符合对数正态分布。三尺度下土壤各属性绝大多数表现为中等变异水平。2）三尺度下土壤各属性的Moran’s I系数变化具有相似性,在-0.8～0.6范围内波动。3）三尺度下土壤各属性的半方差函数理论模型大多数能用球状模型来拟合。4）在一定范围内,土壤各属性具有一定的分形特征,分形维数变化幅度为1.75～1.96。分析表明不同尺度下土壤斥水性与理化性质具有一定的差异。     

基于地统计学的田块尺度盐碱土特性研究

精确掌握盐碱化土壤特性的空间分异情况,可为盐碱地综合利用、土壤资源可持续利用及生态环境保护提供更加科学的理论依据。为此,选取东北松嫩平原盐碱化土壤为研究对象,应用网格法采集田块尺度下盐碱化土壤表层(0~20 cm)样本,利用地统计学原理和GIS技术,研究了该田块土壤的电导率、pH值、容重、孔隙度、含水量及饱和持水量的空间分异特征,结果表明:这些指标在统计上均服从正态分布,在空间上存在明显的分异性;该田块土壤整体发生轻度盐碱化(土壤电导率为123.1~316.0μs/cm,pH值为7.56~8.17),与地面高处相比,低洼处的盐碱化程度更强;土壤pH值和含水量的主导影响因素为结构性因素(气候、母质、土壤类型等自然条件),土壤电导率、容重、孔隙度、饱和持水量的主导影响因素为随机性因素(施肥、灌溉、耕作措施等人为活动)。     

黄土高原坡地表层土壤饱和导水率和水分含量空间变异特征

表层土壤水分含量和饱和导水率对深层土壤水分的动态的变化具有重要的决定作用。在黄土高原坡地（50m×360 m）范围内进行网格（10 m×10 m）取样,用地统计学方法研究表层（0～30 cm）土壤饱和导水率和水分含量的空间变异特征。结果表明：1）坡地表层土壤密度变化规律为坡下位大于坡上位,土壤饱和导水率变异系数为0.37,属于中等变异强度;2）饱和导水率和自然对数化的饱和导水率在360 m尺度内均不具备空间结构特征,是纯随机变量,线性有基台模型适用于描述表层土壤水分的分布特征,水分分布存在明显的块金效应,并且随滞后距离的增加半方差变大;3）饱和导水率和水分含量从坡上位到坡下位均呈现波浪式变化,饱和导水率大的采样点土壤水分含量低,反之则高。     

新疆包头湖灌区农田土壤水盐热特性空间变异特征

土壤作为高度变异体,其大尺度下的土壤水盐热分布特征具有空间变异性。为了探究大尺度下的土壤水、盐、热的空间分布特征及空间变异性,以新疆包头湖区域为例,采用经典统计学和地统计学相结合的方法,对土壤水盐热参数的空间分布特征进行分析。结果表明:土壤含水率、导热率及热容量均属于中等偏弱变异程度,土壤含盐量为强变异程度;土壤含水率、含盐量、导热率的半方差函数均可用高斯模型进行拟合,热容量的半方差函数可用指数函数进行拟合;含水率、含盐量、导热率、热容量同一深度各自变量之间均具有较强的空间依赖性,随机因素占总变异程度较低,最大相关距离在2 600~3 900 m。该研究为当地农业灌溉及精细农业的生产提供一定参考。     

基于水分和原位电导率的西宁盆地盐渍土含盐量估算模型

为了探讨西宁盆地黄土状盐渍土导电特性与土体本身含水率和含盐量之间的关系,该文在土体洗盐试验基础上,测得了不同含水率和含盐量条件下黄土状盐渍土电导率,分析了土体电导率与含水率、含盐量之间的相互关系和作用机理;在此基础上,建立了土体电导率与含水率、含盐量之间的多元回归模型。结果表明,在土体含盐量一定条件下随着土体含水率增加土体电导率呈逐渐增大的变化趋势,且二者之间符合幂函数关系;土体含盐量愈高条件下土体含水率增加对电导率的影响则愈为显著。在土体含水率一定的条件下,土体电导率随着含盐量增加呈逐渐增大的变化趋势,且二者之间符合线性函数关系;当土体含水率相对较高时,含盐量增加对电导率的影响程度亦较为显著。对建立的区内黄土状盐渍土电导率与含水率、含盐量之间的多元回归模型(R2=0.995)进行验证,相对误差在10%之内,表明模型可有效确定含水率大于5%且小于25%(?5.52%)及含盐量为0.18%～2.18%条件下黄土状盐渍土的含盐量。研究成果对研究区及其周边地区黄土状盐渍土其盐渍化程度划分、工程地质特性评价,以及土体盐渍化等地质灾害现象的科学防治具有理论研究价值和工程指导意义。     

Spatial variation of ammonia volatilization from soil and its scale‐dependent correlation with soil properties

Quantitative predictions of ammonia volatilization from soil are useful to environmental managers and policy makers and empirical models have been used with some success. Spatial analysis of the soil properties and their relationship to the ammonia volatilization process is important as predictions will be required at disparate scales from the field to the catchment and beyond. These relationships are known to change across scales and this may affect the performance of an empirical model. This study is concerned with the variation of ammonia volatilization and some controlling soil properties: bulk density, volumetric water content, pH, CEC, soil pH buffer power, and urease activity, over distances of 2, 50, 500, and >2000 m. We sampled a 16 km × 16 km region in eastern England and analyzed the results by a nested analysis of (co)variance, from which variance components and correlations for each scale were obtained. The overall correlations between ammonia volatilization and the soil properties were generally weak: –0.09 for bulk density, 0.04 for volumetric water content, –0.22 for CEC, –0.08 for urease activity, –0.22 for pH and 0.18 for the soil pH buffer power. Variation in ammonia volatilization was scale‐dependent, with substantial variance components at the 2‐ and 500‐m scales. The results from the analysis of covariance show that the relationships between ammonia volatilization and soil properties are complex. At the >2000 m scale, ammonia volatilization was strongly correlated with pH (–0.82) and CEC (–0.55), which is probably the result of differences in parent material. We also observed weaker correlations at the 500‐m scale with bulk density (–0.61), volumetric water content (0.48), urease activity (–0.42), pH (–0.55) and soil pH buffer power (0.38). Nested analysis showed that overall correlations may mask relationships at scales of interest and the effect of soil variables on these soil processes is scale‐dependent.     

Evaluation of the spatial pattern of surface soil water content of a karst hillslope in Southwest China using a state-space approach

This study aims to evaluate the effects of soil physicochemical properties and environmental factors on the spatial patterns of surface soil water content (SWC) based on the state-space approach and linear regression analysis. For this purpose, based on a grid sampling scheme (10 m × 10 m) applied to a 90 m × 120 m plot located on a karst hillslope of Southwest China, the SWC at 0–16 cm depth was measured 3 times across 130 sampling points, and soil texture, bulk density (BD), saturated hydraulic conductivity (K_s), organic carbon (SOC), and rock fragment content as well as site elevation (SE) were also measured at these locations. Results showed that the distribution pattern of SWC could be more successfully predicted by the first-order state-space models (R² = 67.5–99.9% and RMSE = 0.01–0.14) than the classic linear regression models (R² = 10.8–79.3% and RMSE = 0.11–0.24). The input combination containing silt content (Silt), K_s, and SOC produced the best state-space model, explaining 99.9% of the variation in SWC. And Silt was identified as the first-order controlling factor that explained 98.7% of the variation. In contrast, the best linear regression model using all of the variables only explained 79.3% of variation.     

土壤水盐空间异质性及尺度效应的多重分形

为了揭示研究区域林地内土壤含水率和电导率的空间分布特征及尺度效应,利用多重分形方法,对杨凌一林地内不同采样时间和不同采样面积下土壤含水率和电导率的空间异质性进行了研究。结果表明：3种采样面积下土壤含水率和电导率的空间异质性都分别随平均含水率和电导率的增大而减弱。随采样面积的增大,平均含水率和电导率较高时,土壤含水率的空间异质性趋于增强,土壤电导率的尺度效应不明显;平均含水率和电导率较低时,土壤含水率和电导率的空间分布都存在明显的斑块结构。不同采样时间和不同采样面积下土壤含水率和电导率的多重分形谱的形态有所差异,表明引起他们空间异质性的信息有所不同。多重分形分析能揭示出较多的采样林地内土壤含水率和电导率分布的局部信息。     

温室土壤含水率与导热率空间分布及相关性

为探究土壤含水率与导热率的空间分布特征和相关性,选取温室中8 m×8 m供试地块,以1 m×1 m网格间距布设采样点,测定0～40 cm土壤含水率,并同步获取0～20 cm土层的导热率。基于经典统计学、地统计学、回归分析和谱分析等理论,对土壤含水率与导热率的空间分布特征和相关性进行研究。结果表明,土壤含水率在0～40 cm土层呈现先升高后降低的趋势,且在20～30 cm土层均值最大。10～20 cm土层土壤导热率比0～10 cm土层高15.60%。各深度土层中土壤含水率及导热率存在着较强的空间相关性（块金系数<0.192）,而试验中随机因素引起的空间变异程度较低（块金值<0.540）,最小变程大于采样间距,说明网格布设满足空间分析要求。在供水均匀条件下,不同深度土层的蒸发强度与邻域地块的土壤水分含量亦会影响含水率空间分布。在含水率范围为17%～28%时,0～20 cm土层土壤含水率与导热率呈线性正相关（R2=0.837）,谱分析结果显示导热率在含水率序列上呈现长程负相关。     

多因素作用下浑水入渗对土壤导水特性的影响

浑水土壤入渗具有复杂的上边界变化过程,其上边界导水能力的变化规律是研究浑水土壤入渗特性的重要基础。为研究浑水入渗形成致密层过程中导水率的变化情况,该研究进行了17组（9组正交试验处理,8组用于模型验证）浑水饱和土柱入渗试验,通过对试验结果进行多元回归构建多因素（浑水含沙率、黏粒含量及入渗时间）影响下砂土导水率动态模型;并结合浑水饱和土柱入渗特性进行合理假设,分别建立浑水砂壤土和粉壤土饱和土柱导水率动态模型并进行验证。结果表明：浑水含沙率、黏粒含量及入渗时间对砂土导水率影响极显著（P<0.01）,入渗时间为砂土影响导水率变化的主要因素,其次为含沙率和黏粒含量;建立的砂土导水率动态模型决定系数为0.853,均方根误差为0.004 cm/min,表明该模型可客观反映各因素与导水率之间的关系;模型验证试验结果中均方根误差小于0.01 cm/min,相对误差绝对值均值小于7%,说明该导水率动态模型可靠性较高;砂壤土和粉壤土导水率动态模型决定系数分别为0.912和0.930,均方根误差分别为2×10^-3和5×10^-5 cm/min;模型验证中均方根误差小于0.01 cm/min,相对误差绝对值小于17%,表明模型计算值与实测值的一致性较好。研究结果有助于揭示浑水土壤入渗规律,为进一步探明浑水入渗过程及致密层阻渗机理提供理论依据。     

陕北黄土区深剖面土壤水的多因子联合作用及主控因素

[目的]探究黄土高原植被变化后深剖面土壤水与各环境因子的关系,并识别主要控制因素,对土壤水的综合调控具有重要意义。[方法]在陕北定边县采集农地、草地、沙柳和杨树>15 m深土壤样品,利用传统统计学和小波相干分析等方法解析多个因子对土壤水含量的联合作用及主导性。[结果]0—15 m,土壤水含量和储量的大小顺序为农地>草地≈沙柳>杨树,水分亏缺量为810,1 375,1 371,1 762 mm。基于小波相干分析的控制因子识别,发现土壤电导率是解释水分运移的单一主导因子,其与土壤水的正相干区域贯穿整个尺度。农地产生联合作用的双因子组合是电导率—砂粒,沙柳和杨树是磁化率—砂粒,主要增加了大尺度的相干区域。[结论]深层土壤水受土壤性质的影响更大,但植物的根系情况会严重扰动水分与土壤性质间的关系。     

利用热脉冲技术测量土壤表层含水率

准确测定表层土壤水分对陆地-大气间水热交换研究具有重要意义。由于对土壤结构影响轻微,热脉冲技术在原位监测含水率方面具有较大优越性,但目前田间应用集中在5 cm以下土层。该研究利用多针热脉冲传感器测定土壤容积热容量,然后基于热脉冲含水率法和热脉冲含水率变化法分别得到了3、9、21和39 mm的土壤含水率。结果表明,与烘干法含水率比较,热脉冲含水率变化法含水率在4个深度的均方根误差分别为0.022、0.006、0.004和0.006 m3/m3,均小于相应深度上热脉冲含水率法含水率的均方根误差。另外,热脉冲含水率变化法也降低了4个热脉冲传感器测定含水率的变异性。因此,热脉冲技术能够监测表层的土壤水分动态,表层土壤含水率的均方根误差在0.022 m3/m3以内。