江苏省土壤有机质含量时空变异特征及驱动力研究

土壤有机质(SOM)含量是估算土壤碳储量、评价土壤肥力的重要指标,研究SOM时空演变对评估区域土壤固碳潜力,实现土壤可持续利用具有重要意义。以江苏省为例,利用全国第二次土壤普查资料和2006年采样数据,基于地统计学方法和GIS技术,对比研究了1980 - 2006年全省范围内表层(0 ~ 20 cm)SOM含量的时空变异特征及其驱动因子。结果表明：1980年和2006年江苏省SOM平均含量分别为16.55 ± 8.50 g kg^-1和18.31 ± 8.32 g kg^-1,变异系数分别为51.36%和45.44%。两个时期SOM的变异函数均符合指数模型,块金系数由51.85%增加为56.52%,变程由71.55 km减少至37.83 km,SOM含量的空间自相关性减弱,自相关距离减小。1980-2006年,SOM含量空间分布呈现出北增南减,沿江平原增,宁镇丘陵减,滨海平原基本持平的空间格局,增加幅度由北向南逐渐减小。SOM含量的初始值影响其空间格局的演变,总体上呈现初始SOM含量的高值降低、低值增加的趋势。肥料的大量使用在提高粮食产量的同时也增加了作物残茬和根系的生物量;秸秆还田的大力推行,使得大量的有机物质进入土壤,促进了SOM的累积。不同的土地利用变化对SOM含量变化的作用不同,土地利用方式转变成水田、旱地和林地促进了SOM的增加,而转变成荒地后导致SOM含量下降。     

基于土壤系统分类的河南省土壤有机质时空变异研究

利用1982年河南省第二次土壤普查数据和2009年采样数据,采用传统统计学、地统计学和地理信息系统（GIS）的方法,在土壤系统分类的基础上,对产粮大省河南省土类土壤有机质（SOM）含量时空变异特征进行了分析研究,揭示了不同土类SOM时空变异规律,并分析讨论了影响其时空变异的主要原因,对河南省不同土壤类型的合理施肥与养分调控具有指导和借鉴意义。结果表明：从1982年到2009年,河南省SOM含量均值由12.21g kg-1增加至16.02 g kg-1,增加了31.70%,变异系数分别为67.90%和35.52%。两个时期SOM变异函数均符合球状模型,块金效应值由56.10%变为60.18%,变程由569.05km变为547.22km,SOM含量空间自相关性变弱,自相关距离减小。河南省SOM自西向东逐渐增加,平原地区增加较多,而河南省南部、偏北部和西部山区地区有所减少;系统分类中的底锈干润雏形土、淡色潮湿雏形土、灌淤旱耕人为土、干润冲积新成土、干润砂质新成土、简育湿润变性土、简育湿润雏形土SOM平均含量从1982年到2009年有较大的提高,分别提高了5.76g kg-1、5.61g kg-1、5.56g kg-1、5.47g kg-1、5.42g kg-1、4.99g kg-1、3.05g kg-1,而湿润正常新成土和干润正常新成土SOM含量有所降低,分别降低了2.47g kg-1和1.90g kg-1。因成土母质、气候条件、土壤质地、土地利用方式和人为活动的影响使得河南省不同土类的SOM出现时间和空间上的差异。SOM含量增加的土类主要分布在平原耕地地区,秸秆还田以及有机肥的施入,使该区域SOM含量有较大程度的提高。     

基于回归克里格的河北省土壤有机质时空变化特征研究

采用GIS空间分析和回归克里格空间插值方法,对1980～2010年间河北省表层土壤有机质(SOM)的时空变化进行对比分析。结果表明:时间上,1980～2010年,河北省SOM含量总体呈降低趋势,SOM平均降低3.6 g/kg。空间上,近30年来全省SOM含量整体上呈现西北减东南增的趋势,增幅总体上由西北向东南依次增加;且SOM含量增加的面积占全省面积的65.54%,主要分布在南部平原地区和唐山、秦皇岛等地。分析表明,这种变化格局的形成主要与施用化肥、实施秸秆还田等人类活动有关。本研究为预测粮食产量、优化施肥管理、保护生态平衡和耕地的可持续发展等提供了科学依据。     

近40年大兴区耕地土壤有机质时空变异特征及其影响因素

研究长时期的土壤有机质(SOM)时空动态变化规律对指导大都市边缘区耕地保护、农田土壤肥力提升和农业生产管理具有重要意义。通过综合运用GIS、地统计学与数据统计分析方法,研究北京市大兴区近40年来五个时期(1980、1990、2000、2006、2017)耕地SOM的时空变异特征,并对其影响因素进行定量分析。结果表明:近40年来大兴区土壤有机质的动态变化表现为短期下降但整体呈上升趋势,从1980年的Ⅴ级地为主到2017年以Ⅳ级地为主,土壤有机质含量均值从9.36 g kg-1上升到14.87 g kg-1,增加了58.87%;大兴区五个时期的土壤有机质含量变异系数范围为0.22～0.38,均属中等程度变异;五个时期SOM的块金系数C0/Sill分别为50.00%、45.45%、49.92%、43.19%和38.17%,说明随着时间推移区域耕地资源的本底因素引起的异质性愈占主导;SOM的空间最大相关距离在8.14～14.57 km范围内波动;大兴区耕地土壤有机质含量整体上升,其主要受到土壤质地、土壤类型、种植作物类型和人为耕作管理活动的影响。在未来的农田管理过程中,应改善土壤结构,施用有机...     

稻麦两熟农田土壤速效钾时空变异及原因分析——以江苏省仪征市为例

以江苏省仪征市稻麦两熟农田为分析样区,利用1984年、1994年、2000年、2005年4期土壤普查数据,应用地统计学方法和GIS技术进行了土壤速效钾时空变异特征及肥力水平分析.结果发现:1984～1994年土壤速效钾平均含量由91.20mg·kg-1减少为73.63mg·kg-1,2005年又恢复到91.62mg·kg-1.速效钾空间分布也存在明显的变化趋势,变程从1984至1994年由20.28km减少到8.32km,2000年增加到24.18km,2005年又减少到8.18km,呈先减后增再减趋势.块金值与基台值之比范围为48.48%～74.33%,说明土壤速效钾空间分布表现为中等程度自相关,且1994年和2005年空间分布自相关程度明显高于1984年和2000年.对1980～2005年间的耕作制度、肥情、粮食产量和农户生产情况等历史资料分析表明,历年土壤速效钾时空变异原因主要受农户的栽培管理措施、政府政策、社会经济发展情况等人为因素的影响.2005年74.76%面积的土壤速效钾含量达到农业部测土施肥确定的土壤速效钾Ⅱ级标准,但其平均值均在90mg·kg-1左右,为Ⅱ级标准偏下.故不能盲目的因速效钾含量等级高而忽视钾肥的施用,而应更重视钾肥的施用和管理.     

基于土壤系统分类的河南省土壤有机质时空变异

利用1982年河南省第二次土壤普查数据和2009年采样数据,采用传统统计学、地统计学和地理信息系统(GIS)的方法,在土壤系统分类的基础上,揭示河南省不同土类有机质含量时空变异规律,并讨论了影响其变异的主要原因。结果表明:从1982年到2009年,河南省土壤有机质(SOM)含量均值由12.21 g kg-1增加至16.02 g kg-1,增加了31.20%,河南省SOM自西向东逐渐增加,平原地区增加较多,而河南省南部、偏北部和西部山区地区有所减少;系统分类中的底锈干润雏形土、淡色潮湿雏形土、灌淤旱耕人为土、干润冲积新成土、干润砂质新成土、简育湿润变性土、简育湿润雏形土SOM平均含量从1982年到2009年有较大的提高,分别提高了5.7、5.6、5.6、5.5、5.4、5.0、3.1 g kg-1,而湿润正常新成土和干润正常新成土SOM含量有所降低,分别降低了2.5 g kg-1和1.9 g kg-1。因气候条件、成土母质、土壤质地、土地利用方式和人为活动的影响使得河南省不同土类的SOM出现时空差异。     

潮土区土壤有机质含量的趋势演变研究——以禹城市为例

通过分析山东省禹城市100个采样点1980年和2003年耕层土壤的有机质含量,研究了土壤有机质的时空变异特征,探讨了潮土区有机质含量的变化,形成了研究区1980年和2003年有机质含量空间分布图及1980~2003年有机质含量的空间变化图。分析了研究区有机质含量增加的原因。研究结果表明,该市目前土壤有机质含量平均为14.68g kg-1,比1980年的6.0g kg-1增加了8.68 g kg-1,年均提高0.38g kg-1。土壤表层含盐量的降低为土壤养分含量提高提供了条件。     

湘西植烟土壤有机质和全氮时空变异特征研究

为揭示湖南省湘西州烟区土壤有机质(SOM)和全氮(TN)的时空变异特征和为合理施用有机肥和氮肥提供科学依据,采用经典统计学、地统计学和GIS等方法,对湘西州2000年和2015年植烟土壤SOM和TN时空变异特征进行了研究。结果表明:2015年SOM和TN平均含量较2000年分别增加了5.03g/kg和0.31g/kg,增幅分别达21.39%和21.99%,SOM和TN含量的最小值变小,变异系数、最大值和极差变大,Moran’sI指数标准化Z值下降,块金效应增加;SOM和TN含量"低""适宜"等级面积分别下降了3.42%、37.73%和2.04%、44.43%,"高""极高"等级面积分别增加了32.21%、8.94%和35.67%、10.80%。表明湘西植烟土壤SOM和TN含量和变异同时增加,SOM和TN空间自相关性减弱,随机变异性增强。植烟土壤SOM与TN含量表现出极显著的正线性相关,SOM的矿化释放是TN的一个主要来源。     

盐源县耕层土壤有机碳时空变化及影响因素显著性变化分析

以2011年盐源县实地采样数据和1980年代第二次土壤普查资料为基础,采用地统计学、方差分析及相关分析等研究方法,分析了该区域近30年来耕层土壤有机碳时空变化特征,并探讨不同影响因素的显著性变化特征。结果表明,研究区土壤有机碳含量平均值从23.02 g kg-1下降到16.69 g kg-1,整体呈下降趋势。土壤有机碳初始含量较高的土类、海拔段和地貌区下降幅度明显较大,导致研究区土壤有机碳空间分布格局发生明显变化,高值区由西北部中高山地区变为东部区域。半方差分析表明,近30年间研究区耕层土壤有机碳空间变化的变程由67.5 km缩短至55.8 km,块金值和基台值之比从42.8%增加至50.0%,表明人类施肥耕作等随机因素使得结构性因素的作用减弱,空间自相关程度和范围降低。影响因素的显著性变化分析表明,土类和海拔的作用由极显著(p0.01)变为显著(p0.05);土壤有机碳与主要养分因子中全氮的相关程度减弱,与全磷和p H的相关关系不再显著,这进一步说明施肥耕作等随机性因素对研究区土壤有机碳时空变异的影响在增强。     

1980—2010年安徽省耕地表层土壤养分变化特征

本研究利用安徽省第二次土壤普查数据和2010—2011年土壤调查数据,运用统计方法从省级和县级两个尺度研究1980—2010年安徽省耕地表层(0 ~ 20 cm)土壤有机质(SOM)、全氮(TN)、全磷(TP)和全钾(TK)等养分含量的变化特征。结果表明,1980—2010年全省耕地土壤养分变化趋势不同,SOM平均含量由20.65 ± 11.78 g/kg增加到23.30 ± 8.81 g/kg,TP平均含量由0.58 ± 0.43 g/kg增加到0.71 ± 0.29 g/kg,TN含量总体保持不变,TK平均含量由19.00 ± 5.33 g/kg减少到14.28 ± 3.27 g/kg,四种养分含量的变异程度均降低。从养分含量的等级分布来看,全省耕地肥力总体上提高,SOM、TP和TN的高值比例均有不同程度的增加,TP含量的等级提升较大。在空间上,不同土地利用和地理区域的养分含量变化差异较大。淮北平原和沿江平原的SOM和TN含量增加较多,淮北平原和皖南丘陵区TP含量增加较多,各地理区域TK含量减少程度相似。三个典型县土壤养分变化趋势与全省变化趋势一致,除TK含量减少外其余养分含量均有不同程度的增加。典型县耕地土壤养分变化与相应的地理区域养分变化趋势基本一致。     

近30年安徽省耕地土壤有机碳变化及影响因素

利用安徽省第二次土壤普查和2010—2011年土壤数据,运用GIS空间分析方法,分析安徽省1980—2010年耕地土壤表层(0~20 cm)和1 m土体中有机碳密度(Soil Organic Carbon Density,SOCD)和储量时空变化特征,并探讨了农业管理措施与SOC变化的关系。结果表明:1980—2010年全省耕地剖面的表层SOCD平均值增加了0.28 kg m~(-2),1 m土体中SOCD平均值减少了0.42 kg m~(-2)。空间分布上,近30年间耕地表层SOCD在空间上呈现北增南减的趋势,增幅总体上由北向南依次减小;1 m土体中SOCD总体上中部增南部减;全省68%的耕地SOCD增加。1980—2010年全省耕地表层SOC储量增加35.30×10~9 kg,1 m土体中SOC储量增加18.12×10~9 kg;淮北平原和江淮丘陵岗地的耕地SOC储量增加,其余区域SOC储量减少。各县市SOC变化与作物根系中的有机物质含量显著正相关,表明肥料的大量使用增加了作物的秸秆和根系中的有机物质含量,增加了土壤中的有机物质的输入,促进了耕地SOC的累积。     

北京市平谷区农用地土壤有机质空间变异特征

采用传统统计、地统计及地理信息系统(GIS)相结合的方法,初步研究了北京市平谷区农田土壤有机质(SOM)含量的空间分布规律及其影响因素.传统统计分析结果表明,研究区土壤样本呈对数正态分布,平均值为15.36 g·kg-1,变异系数为0.32,属中等变异程度.方差分析表明,高程和土地利用类型均对研究区SOM含量的分布有显著影响.地统计分析表明,研究区SOM含量空间变异具有一阶趋势和各向异性特征;由空间自相关部分和随机部分引起的空间变异性程度大体相当,具有中等的空间相关性.结合普通Kriging插值方法,获得了研究区SOM含量的空间分布图,比较分析表明研究区农用地SOM含量的空间分布是自然和人为利用因素共同作用的结果.     

近20年来旱地耕层土壤全氮和pH的变化特征——以云南墨江县为例

为明确旱地耕层土壤全氮(TN)和pH含量的时空变异特征。研究基于云南墨江县1985年第二次土壤普查数据及2006年测土配方施肥农业项目调查数据,通过spss17.0和Arc GIS10.1等软件,采用数理统计和地统计相结合的方法,探讨了近20年土壤TN和pH的时空变异特征。结果表明:近20年来土壤pH和TN均有不同程度的变化,土壤TN有一定程度的增加,增幅达3.45%,而土壤pH整体呈下降趋势,降幅达7.56%;1985年和2006年土壤TN含量分别为1.16±0.46 g kg-1和1.20±0.62 g kg-1,变异系数分别为40.07%和51.35%,两个时期TN变异函数均符合Exponential模型,块金系数分别为61.36%和79.48%,TN含量具有中等程度的空间相关性;2006年墨江县坡耕地耕层pH为5.01,较1985年有了一定程度的降低,降幅达7.56%,且土壤pH变异系数较小,分别为10.78%(1985年)和12.20%(2006年)。土壤pH变异函数理论模型分别符合Gaussian(1985年)和Exponential(2006年)模型,2006年土壤块金系数68.75%较1985年的53.33%有了明显提高,土壤pH空间自相关程度降低。近年来,由于人为耕作活动、施肥结构变化及工业污染物排放等随机因素和气候变化的影响,旱地耕层土壤TN有所增加,土壤酸化比较明显。     

中国农田土壤有机碳变化:I驱动因素分析

农业不仅是温室气体的主要排放源之一,同时也可能是温室气体的吸收汇.探明中国农田土壤碳库变化趋势以及农田土壤碳库的源、汇功能对农业减缓和应对气候变暖具有重要意义.本文研究根据中国第一次和第二次土壤普查数据,以及大量文献资料中长期定位点试验数据整理分析,对20世纪60年代以来中国农田土壤碳库时空演变格局,以及农田土壤有机碳变化的驱动因素进行了探讨.研究表明,1960～2000年期间中国农田土壤有机碳含量的增减与气候变化的相关性较弱,其间农田用地类型和管理措施的改变是影响农田土壤碳库源、汇功能的主要驱动因素.1960～1980年期间,农田耕层土壤有机碳含量从23 g·kg-1下降到15 g·kg-1;而1980～2000年期间,由于中国农田保护性耕作等措施的实施,农田耕层有机碳含量从15 g·kg-1增长到21 g·kg-1.中国农田耕层土壤有机碳含量的年均变化速率与初始含碳量呈负相关.尽管20世纪80年代后期,中国农田土壤有机碳源转为碳汇,但不可忽视的是自60年代以来中国已有60%农田耕层土壤有机碳含量出现下降趋势.     

近30年湟水流域土壤全氮时空变异及影响因素

基于湟水流域1985年第二次土壤普查的45个剖面数据和2015年土壤调查的61个剖面数据,采用统计和地统计学法,分析了流域0~15 cm和15~30 cm土层近30年全氮(TN)的时空变异及影响因素。结果表明:从1985年至2015年,0~15 cm和15~30 cm层TN均值分别由1.33 g kg-1和1.15 g kg-1升高至2.25 g kg-1和2.08 g kg-1,增幅为69.20%和80.87%;近30年来,湟水流域0~15 cm和15~30 cm土层全氮呈现增加趋势,其中西部、北部、中部以增加为主,东南部以递减为主;空间相关性由强变为中等,1985年TN含量在东西和南北两个方向均呈现先减后增的趋势,2015年则整体呈从东南向西北增加的趋势;气候因子、海拔、土壤质地、土壤类型等自然因素和土地利用、施肥、种植结构以及农业机械化等人为因素共同导致了TN时空分异,人类对土壤养分干预作用表现出增强的趋势。考虑到TN含量存在较大的时空变异,建议建立湟水流域土壤TN含量长期监测点,并对农业氮肥的施用实行分区管理,以保障整个农业流域的可持续发展。     

北京典型边缘区25年来土壤有机质的时空变异特征

采用地统计学和GIS相结合的方法,研究了北京典型边缘区25 a来两个阶段(1981～2000年,2000～2006年)土壤有机质含量(SOM)的时空变异特征.研究结果表明:土地利用类型及土地利用方式的转换对土壤有机质含量产生重要影响.1981～2000年,荒草地向耕地的转换以及因灌溉设施的完善而引起水浇地面积的增加使得整个研究区域土壤有机质含量普遍增加,有机质含量平均值从9.64 g/kg增加到12.35 g/kg,增加了28%;在利益的驱使下,农户改变了土地利用方式,不再向种植粮食作物的土地追加投入,研究区域土壤有机质含量平均值由12.35 g/kg降低到11.46 g/kg(2000～2006年).空间上,1981年土壤有机质含量自北向南逐渐降低;与1981年相比,2000年的土壤有机质含量普遍增加一个级别,增加最多的区域分布在研究区域的中部,这些区域也是土地利用类型变化明显的地方,主要是荒草地向其他农用地的转换;与2000年相比,2006年研究区域内土壤有机质含量增加的只有3个地区,并且大部分增加不显著,增幅不到1g/kg.     

万安流域不同土地利用类型土壤全磷时空分异特征

以典型紫色土丘陵区万安小流域(12.10 km2)为研究区域,通过分析2011年4月(旱季)和8月(雨季)采集的552个表层土壤样品,采用传统统计学和地统计学的方法对小流域土壤全磷的时空变异特征进行了研究。结果表明:(1)流域不同土地利用类型土壤全磷含量均值介于0.42~0.73 g kg-1,土地利用类型之间全磷含量具有显著差异,呈现为水旱轮作田旱地林地;(2)相同土地利用类型旱季(4月)、雨季(8月)土壤全磷含量无显著差异;(3)水旱轮作田、旱地土壤全磷的中等空间相关性,表明其受到随机性因素和结构性因素的共同影响,而林地的强烈空间相关性表明其土壤全磷的空间分布特征主要受到结构性因素的作用;这表明在确认磷负荷风险地点、评估污染物迁移潜力及流域土壤资源管理时,应考虑不同土地利用类型条件下全磷时空特征。     

杭州市城乡结合带蔬菜地土壤铅铜含量的时空变异研究

土壤重金属时空变异研究在土壤可持续利用和生态环境保护过程中具有重要的意义。通过2001年和2005年两个时期在杭州市东郊传统蔬菜基地取样分析,用空间自相关全局Moran’s I系数、地统计学以及分形维数三种空间分析方法研究了土壤重金属Pb和Cu的时空变异特征。两个时期的Pb和Cu平均含量分别由38.73、31.20 mg kg-1增加至46.14、36.56 mg kg-1,并经检验,Pb和Cu含量增加达到了显著水平。它们在0.05显著水平的自相关距分别由3 500 m、3 300 m降低至2 700 m、2 800 m,呈递减趋势,空间随机性增强。土壤Pb和Cu的空间分布呈西高东低,并且在研究区绝大部分范围内出现不同程度的累积趋势。人为污染与干扰是土壤Pb和Cu含量增加与空间变异性增强的主要原因。     

皖北平原蒙城县农田土壤有机碳空间变异及影响因素

以皖北平原典型农业生产大县亳州市蒙城县为代表,运用统计学、地统计学方法和GIS技术研究了其农田耕作层(0～20 cm)土壤有机碳(SOC)含量的空间分布及其影响因子。结果表明:研究区SOC含量为10.41±2.52 g kg-1,近30年来提高了55.61%,SOC变异系数为24%,属于中等变异程度。SOC含量在空间分布上表现为东北部、中部和西南部含量高,由西北向东南先逐渐增加后逐渐降低,变异程度较高。整个县域范围内SOC空间变异的主要影响因素为土壤机械组成(粉粒和砂粒含量),其次为秸秆还田。     

西藏曲水-桑日地区1988-2009年土地利用景观格局演变研究

土地利用景观格局反映环境特征及社会经济发展模式,可为资源开发和环境保护提供参考。应用1988年、2000年和2009年遥感数据,通过遥感信息提取、景观格局指标和转移矩阵计算,研究西藏曲水—桑日地区土地利用时空演变特征。结果表明:1988—2009年,研究区土地利用时空演变显著,各地类均发生转移,转移面积约占总面积的6%,灌木林、滩地、沙地和草地变化较大;耕地和沙地面积先增后降,建筑用地和工矿用地持续增长,高山湖泊面积总体减少;平均斑块面积增加,斑块密度减小,蔓延度先增后减,边缘密度、总边界长度和散布与并列指数先减后增;地类破碎度增加,有林地、建筑用地和工矿用地边缘密度增加;耕地、滩地、沙地和有林地平均斑块面积先增后减;滩地和湖泊散布与并列指数减小,工矿用地增大。该结果对土地资源保护具有重要意义。