菜地土壤养分的空间变异特征

通过地统计学、空间分析方法及结合农户施肥调查,对菜地土壤养分的空间变异特征进行研究。结果表明,农户施肥水平差别较大,整体上施磷相对过多,施钾相对较少,土壤OM、NH4+-N、P、K、Ca、Mg和S的变异系数在28.4%～69.2%之间。土壤各养分的空间变异结构有较大区别,土壤OM及NH4+-N的变异具有强烈空间相关性,土壤P、K、Ca、Mg和S养分含量的变异为中等空间相关性。土壤养分的等值线图显示,OM在空间的分布与土壤质地渐变规律相关,NH4+-N呈现南北向的带状分布,P、K、Ca、Mg和S趋于小块状分布。总的来说,施肥等人为因素加剧了土壤矿质养分的空间变异。     

太湖流域典型蔬菜地土壤氮及pH空间变异特征

以太湖典型地区宜兴市大浦镇湖滨公路以东50hm2蔬菜地为研究对象,网格法(50m×50m)采集表层(0～20cm)土壤156个,采用传统统计和地统计学相结合的方法,研究了土壤氮素及pH的空间变异特征。结果表明:土壤全N和NH4 -N有明显的空间变异结构。全N符合指数模型,NH4 -N变异函数符合线性模型,全N有强烈的空间相关性,NH4 -N有中等的空间相关性。土壤pH普遍偏低,pH变异函数符合指数模型,在小范围内具有强烈的空间相关性。土壤碱解N与pH呈显著负相关,表明施用氮肥是导致土壤pH下降的主要原因。通过研究土壤氮的空间变异性,获取田间土壤氮的连续分布图,为氮素分区管理、氮素重点控制区设置及生态拦截草带的建立提供科学依据。     

三江平原典型小叶章湿地土壤中硝态氮和铵态氮的空间分布格局

运用地统计学方法对三江平原典型小叶章湿地土壤中硝态氮(NO3-N)和铵态氮(NH4+-N)的空间分布格局进行了研究.结果表明,湿地土壤不同土层NO3--N和NH4+-N含量的变异性差异较大,但均表现为N073-NH4+-N,原因主要与其物理运移特性的差异有关.两种土壤在不同土层或相同土层中的NO3-N和NH4+-N含量差异均达到极显著水平(P<0.01);湿地土壤不同土层NO3--N和NH4+-N的含量分布具有明显空间结构,符合不同变异函数理论模型,结构因素对空间异质性起主导作用,随机因素的影响相对较少.微地貌特征是导致其空间异质性的一个重要随机因素,水分条件和土壤类型则是两个重要结构因素;湿地土壤不同土层NO3-N和NH4+-N含量的空间变异性均以向洼地中心倾斜方向最大.研究发现,水分条件是导致NO3-N含量在地势较低处形成低值区的主要原因,于湿交替则是导致NH4+-N含量在地势较低处形成高值区的重要原因.     

县域土壤有机质空间变异特征及合理采样数的确定

以有机质为例,以高密度土壤养分采样数据为数据源,通过随机抽取生成不同采样密度的样点数据,分析了不同采样密度下土壤有机质的空间变异特征及县域合理采样数。研究结果表明,在一定研究尺度下采样密度对土壤养分的模型拟合、变程和空间相关性没有显著影响,即适当减少样点数可以满足插值分析的需要,充分考虑土壤养分空间变异评价的精度分析,确定县域土壤有机质合理采样数应控制在400个以上。     

华北山地6种天然次生林土壤氮素的空间异质性特征

 利用地统计学理论和方法研究华北山地次生林区6种天然次生林土壤氮素的空间异质性特征。结果表明:1)次生阔叶林土壤总氮质量分数相对较高（3 1004 500 mg/kg）,而针叶林相对较低（9001 300 mg/kg）,各森林类型土壤中有效NH4+-N质量分数均高于有效NO3--N,形成以NH4+-N占优势的氮营养生境;2)针阔混交林中,土壤全氮的变异强度最大,变异的空间相关性较差（随机性变异占总变异的42.7%）,针叶林中,全氮空间变异强度相对较弱,但以自相关变异为主（结构方差比为72.2%81.0%）,呈现弱的斑块分布特征;3)阔叶林中,NH4+-N具有很强的空间自相关变异,NO3--N异质性程度相对较弱,针叶林中,NH4+-N变异强度较小,而NO3--N空间变异却相对明显;4)不同森林类型对土壤全氮及各有效氮形态的空间异质性特征有影响;5)植被种类、植被组成、植被多样性等因素的差异及由此导致的树种空间分布格局是影响总氮量及氮矿化,进而导致氮素不同形态在林分间甚至林分内不同空间样点间异质性形成的重要原因。     

土壤速效养分空间变异研究

选择山西省一年两作和一年一作两种种植制度下的两个自然村作为试点,通过网格方法采取土样,应用土壤养分系统研究法进行了养分分析,并应用传统统计学和半方差函数对土壤养分变异进行了研究。结果表明,不同种植制度下,土壤养分性质均存在着空间变异,受农业传统施肥措施影响较大的N、P和OM,变异相对较大;而Ca、Mg、K、Cu、Fe、Mn等养分,传统施肥投入较少,土壤变异相对较小;土壤养分性质存在半方差结构,拟合模型包括球型、线型和指数型,但同一养分拟合半方差模型不尽相同。即使模型一致,最大相关距离也不一样,而且空间变异性强弱程度也不尽相同。Ca、N、Mn显示有较强的空间相关性,K、P、S显示具有中等的空间相关性。     

县域农田土壤养分空间变异及合理样点数确定

以武功县为例,应用地统计学和GIS相结合的方法,对土壤有机质、速效磷、速效钾、碱解氮等土壤养分空间变异特征进行研究,并对不同采样密度下有机质的空间插值结果进行分析比较,用均方根误差和相关系数检验不同密度下的插值精度,以确定县域有机质合理采样数。研究结果表明:各土壤养分均存在中等强度空间变异,土壤养分变异系数的顺序是速效磷速效钾有机质碱解氮。各土壤养分均存在正的基底效应,其中,有机质和速效钾的空间变异性受人为因素影响较小,控制其空间变异性的主要因素与成土母质、土壤类型、气候条件等有关。而碱解氮和速效磷的空间变异性受人为因素影响较大,控制其空间变异性的主要因素与耕作方式及农业生产中施肥等有关。随着采样点密度的增加,克里格插值精度提高,适当减少样点数可以满足插值分析的需要,充分考虑土壤养分空间变异评价的精度分析,确定县域土壤有机质合理采样数应控制在2213个以上,即最大以17.8 hm2为一个采样单元。     

基于条件拉丁超立方抽样的县域耕地土壤有机质空间插值合理样本密度的确定

  目的  采样密度与耕地土壤有机质（SOM）的空间预测精度密切相关,为提高耕地SOM空间预测精度,需要确定合理的采样密度。  方法  以湖南省岳阳县为例,用R语言设计了条件拉丁超立方体抽样（cLHS）方案,从7399个（采样密度为14.82个 km?2）耕地土壤样本中独立抽取不同采样密度的8个训练集（采样密度分别为10.01、7.41、3.70、1.85、0.93、0.46、0.23、0.12个 km?2）,为了兼顾样本特征空间与地理空间,地形部位、坡度、成土母质、土壤类型、乡镇和经纬度等信息被添加到了cLHS中。结合普通克里格方法,分析和探讨了不同采样密度的耕地SOM空间预测效果。  结果  不同采样密度训练集SOM均值高于湖南省平均水平,具有中等程度变异,描述性统计结果差异不大,各训练集对总体均具有较强的代表性;半方差函数模型均为指数模型,具有较好的半方差结构（结构性比例:87.5% ~ 94.5%）,空间相关性较强,变程与拟合优度呈现出正相关关系(相关系数r = 0.96),与结构性比例则表现为负相关关系(相关系数r = ?0.79);在采样密度为3.70个 km?2时,探测到的SOM变异结构中结构性组分最完整,精度最佳。当采样密度达到1.85个 km?2以上时可较稳健地揭示其空间结构特征,继续增加采样密度并不能大幅提升预测精度。  结论  考虑预测精度要求和工作成本,与研究区自然地理条件相似的地区将耕地土壤采样密度控制在1.85个 km?2以上可获得预期的效果。     

控释氮肥养分控释效果及合理施用研究

试验采用{3,3}单形重心设计方法,研究了普通尿素和2种包膜尿素D90、D60配比对土壤NH4+-N、NO3--N及矿质态氮(Nmin)含量的影响。结果表明,供试的7种包膜肥料初期溶出率均12.0%,微分溶出率在0.26%～2.49%之间。各处理土壤NH4+-N含量均随时间逐渐降低,而NO3--N和Nmin含量随时间逐渐增加。整个培养期内单独施用尿素处理,土壤NH4+-N、NO3--N及Nmin含量最高;2种控释肥单施或其配比施用土壤NH4+-N、NO3--N及Nmin含量最低;尿素与控释肥配合施用,土壤NH4+-N、NO3--N及Nmin含量居中。不同时期内土壤NH4+-N的来源不同,0～20d内,尿素对土壤NH4-N含量贡献最大;30～50d内,土壤NH4+-N主要来自D60;整个培养期内尿素对土壤NO3--N和Nmin的贡献均最大。肥料配比中随着尿素比例的减少,土壤NH4+-N、NO3--N及Nmin均逐渐减少。研究结果初步验证了混料设计在肥料配比研究中的可行性。     

采样尺度对土壤养分空间变异分析的影响

以高密度土壤养分采样数据为数据源,通过随机抽取生成不同采样尺度的样点数据,分析采样尺度对土壤养分空间变异特征分析的影响。研究结果表明:区域土壤养分预测均值随采样尺度减小呈下降趋势,而变异系数增加;养分空间分布的全局趋势随采样尺度增大而增强,但不影响半方差模型;当采样尺度较大,样点间自相关较弱时,相对较少的样点也能满足区域统计参数估测分析需要,但不能用于空间变异特征和插值分析;当样点数大于最佳采样数时,养分统计参数、空间变异特征和插值分析随着采样尺度减小而精度提高,当采样尺度达到0.2左右时,能够满足中等空间变异的土壤养分空间插值分析需要;样点空间布局对相关距和空间插值分析精度的影响比采样尺度本身更为显著。     

Modeling Spatial Variability of Soil Chemical Parameters for Site-Specific Farming Using Stochastic Methods

Spatial variability of soil properties affects nutrient transport in the field. The purpose of this study was to examine the extent of spatial variability in the soil chemical parameters, and to develop stochastic models to represent these variations. The parameters selected include concentration levels of Ca, Mg, Mn, NO3-N, P, K and Zn, and OM and pH of soil. Data were collected from 55 grids of 20 × 20 m size from a field within the Coastal Plains of Virginia. Analyses were performed based on the deterministic and stochastic components of the chemical parameters. All the parameters had different degrees of variability in the spatial domain. NO3-N, P, K and Zn exhibited greater degrees of variability compared to other parameters. Among the nine parameters, NO3-N and Zn had the greatest spatial variation with coefficient of variation (CV) of 40 and 49%, respectively, while pH had the lowest variation with a CV of only 4%. The spatial variations of each parameter were not random, but were mutually correlated with their values at the adjoining grids. The analysis showed that the deterministic component of these parameters could be represented by a Fourier series containing sine and cosine functions, while different types of models were required to describe their stochastic component. A second-order autoregressive model, AR(2), for Ca, Mg, Mn and OM; a first-order autoregressive model, AR(1), for pH; and a mixed autoregressive-moving average, ARMA(2,1), for NO3-N, P, K and Zn parameters were found suitable. These models were capable of describing the spatial structure of chemical parameters, and hence can be used to determine their values at any unsampled locations to develop site-specific nutrient management plans for the study site.     

Influence of spatial root distribution,organic nitrogen mineralization and fertilizer application on soil interlayer ammonium

The amount of interlayer NH ₄ ⁺ -N and net mineralization of organic N were measured at periodic intervals, over a period of 10 months, in soil samples collected from a peach orchard which had been subjected to different rates of N fertilizer application. Two different groups of soil samples, designated sampling 1 and sampling 2 were collected. Soils of sampling 1 were collected from sites where the soil was heavily penetrated by tree roots and those of sampling 2 were collected from sites where the soil remained free from tree roots. In sampling 1, during the 10-month period, the concentration of interlayer NH ₄ ⁺ -N showed significant variations, while in sampling 2 no significant variation was found. In sampling 1 the amount of NH ₄ ⁺ -N released from the interlayers of the clay minerals were not influenced by the N fertilizer application rate. Changes in the interlayer NH ₄ ⁺ -N concentrations were related to variation in net N mineralization and immobilization rates as well as to plant uptake N. It is concluded that, in our experiment, the dynamics of interlayer NH ₄ ⁺ -N in soil were influenced by the spatial distribution of the tree roots and organic N mineralization, while N application influenced seasonal variation but not the total interlayer NH ₄ ⁺ -N released during the experiment.     

辽宁省玉米主产区土壤养分状况调查分析

采用网格取样法采集辽宁省玉米主产区耕层土壤进行有机质、pH和有效养分含量分析。结果表明:辽宁省主要玉米田土壤近中性,有机质含量中等,65%以上的土壤速效K、速效P和有效Zn含量低于临界水平,99%的土壤NH4+-N含量低于临界值;从变异情况看,土壤pH变异最小,速效P变异最大,总变异趋势为速效P>有效Zn>有机质>NH4+-N>速效K>pH;不同土壤类型和不同生态区的土壤有机质、pH和有效养分含量变异也较大。     

农田表层土壤养分空间变异特性研究

为给田间养分监测设施布设方法提供依据,在陕西杨凌选取2块农田,采用12 m×12 m嵌套6 m×6 m的采样方法,采集表层土壤（0～20 cm）养分数据,运用经典统计、地统计学结合Kriging插值方法,分析农田土壤养分空间变异特征。结果表明：冬小麦抽穗期与成熟期农田表层土壤全氮（TN）变异系数<10%,为弱变异,土壤有机质（SOM）、有效磷（AP）变异系数介于10%与100%之间,为中等变异,有效钾（AK）和铵态氮（NH4+-N）变异系数>100%,为强变异,成熟期硝态氮（NO3--N）由强变异转为中等变异。土壤养分最优半方差模型为球状模型,作物不同生育阶段,土壤养分空间相关性存在一定的差异,土壤SOM、TN块金系数<25%,空间相关性强烈,以结构性因素为主导;冬小麦抽穗期速效态养分块金系数介于25%与75%之间,空间相关性中等,随机性因素主导,成熟期<25%,空间相关性增强。采样密度由6 m×6 m变为12 m×12 m时,变异程度保持不变,土壤养分空间变异系数差值在0.04%～59.48%范围内,成熟期2号样地的AK除外,块金系数差值在0.065%～34.177%范围内,2种采样间距获得的土壤养分空间变异特征基本一致,建议选用12 m×12 m网格。     

云南曲靖植烟土壤交换性钙、镁与关联土壤属性的特征研究

利用GPS定位采集云南曲靖核心烟田耕层土壤样品651个,测定土样交换性钙、镁及pH、有机质、全氮、全磷、全钾含量,研究交换性钙、镁分布特征及其与土壤其他属性的关系。结果表明:①交换性钙、镁含量均值分别为3 054.3、258.12 mg/kg,变异幅度较大,且两者含量属适宜的占比较低,仅为6.3%和29.8%,总体含量丰富。不同烟区间交换性钙、镁含量差异较大;②交换性钙、镁含量与pH及有机质、全氮、全磷含量呈极显著正相关,交换性钙含量与全钾含量相关性不显著,交换性镁含量与全钾含量呈极显著正相关。采用曲线估计分析每两个属性之间的回归关系,共建立9个拟合曲线函数方程,决定系数为0.118～0.285,拟合误差均在3%以内,拟合优度较好,调节土壤pH、有机质、全氮、全磷和全钾含量对钙镁养分的平衡有重要影响。     

镇江市古运河河岸沉积物氮及有机质分布特征

为揭示镇江市古运河河岸带表层沉积物中氮元素含量的分布特征,结合古运河周边环境状况,选择6个典型的采样点对其表层沉积物进行样品采集,对各样品沉积物总氮（TN）,氨氮（NH₄⁺-N）,硝氮（NO₃^--N）,亚硝氮（NO₂^--N）以及有机质（O.M）和pH值进行了分析,并根据经验公式对沉积物有机氮进行了计算。结果表明,TN,NH₄⁺-N,NO₃^--N,NO₂^--N以及Org-N含量介于0.39~2.40 g/kg,1.63~11.31 mg/kg,2.46~6.95 mg/kg,0.54~2.29 mg/kg,0.99~2.32 g/kg,总氮和有机氮的变异系数最大,为83.59%,氨态氮、硝态氮以及亚硝态氮的变异系数介于40.36%~49.15%,表现为中等离散程度,表明研究区域总氮和有机氮的离散程度较高,其在空间分布上呈现较为明显的异质性;古运河沉积物有机质含量介于0.99%~2.32%,变异系数为32.50%,表现为中等变异性,表明各采样点的沉积物有机质含量变化幅度中等;通过沉积物C/N值来判断,古运河有机质主要以陆源贡献为主;相关性分析结果表明,NO₂^--N与TN的关系最为密切,而氨氮与硝氮、亚硝氮以及有机氮之间的相关性不强,说明氨氮与其他形态氮在沉积物方式上存在一定的差异性。此外,pH值对古运河表层沉积物氮形态的具有较为显著的影响。     

长沙市蔬菜地土壤有效养分的空间变异性分析

在长沙市宁乡超大蔬菜基地,以面积为239.5 hm2的蔬菜地为试验区,随机采集了329个土壤耕层(0~20 cm)样品,应用地统计学分析了土壤铵态氮、硝态氮、有效磷的空间变异特征,并应用克里格插值方法绘制了土壤三种有效养分的空间分布图。为了使数据更好地符合正态分布,我们对它们进行了logit转化。通过趋势分析,我们发现铵态氮不存在明显的空间趋势,硝态氮和有效磷存在二阶空间趋势。地统计分析结果表明,数据经logit转化和必要的趋势去除后,铵态氮和硝态氮表现为中等空间自相关性,有效磷表现出较强的空间自相关性。铵态氮的半方差函数图符合Matérn模型,硝态氮和有效磷的半方差函数图符合Stein的Matérn模型。它们的变程分别为144 m、592 m、168 m。研究区铵态氮空间分布破碎化程度较高,硝态氮和有效磷的空间分布具有明显的阶梯状趋势。     

氨的固定对土壤微生物氮的测定的影响

The effect of ammonium fixation on the estimation of soil microbial biomass N was studied by the standard fumigation-incubation(FI) and fumigation-extraction (FE) methods,NO3-N content of fumigated soil changed little during incubation,while the fixed NH4^ in soils capable of fixing NH4^ increased with the increase of K2SO4-extractable NH4-N.one day fumigation increased both extractable NH4^ and fixed NH4^ ,However,prolonged fumigation gave no further increase.One day fumigation caused significant loss of NO3-N,while prolonged fumigation caused no further loss.For soils tested,the net increases of fixed NH4^ in fumigated soil equaled to 0-94% of NH4-N flush measured by the FI metod,and 1-74% of extractable N measured by the FE method.depending on different soils.It is concluded that the ammonium fixation was one of the processes taking place in soils during fumigation as well as incubation ofter fumigation and should not be neglected in the estimation of microbial biomass nitrogen by either FI or FE method.