基于MGWRK的土壤有机质制图及驱动因素研究

【目的】空间预测是一种获得有机质空间局部细节的重要方法,其准确性对于农田合理管理有着重要意义。本研究通过对比不同的土壤有机质空间制图方法以获得更优的预测精度,在预测的同时揭示环境协变量的空间非平稳性特征及不同环境协变量关系的空间尺度。【方法】选取晋中盆地的7个乡镇作为研究区,对比普通克里金(OK)、回归克里金(RK)、地理加权回归克里金(GWRK)和多重尺度地理加权回归克里金(MGWRK)4种不同方法对土壤有机质的预测能力和效果,并探究影响因子在空间分布中对有机质的影响效应变化和这种影响效应的空间尺度。MGWRK是一种多重尺度地理加权回归(MGWR)与普通克里金方法相结合的方法。【结果】选取坡向、坡度、年均降水量、年平均温度、海拔、植被年总初级生产力、年蒸散量、地形湿度指数、平面曲率、汇流动力指数、地形指数、地形粗糙指数、年平均NDVI为环境协变量参与建模,在多元线性回归建模中,模型统计学意义显著,这表明模型具备统计学意义。从Radius指数来看,各模型模拟效果由好到差依次为RK、OK、GWRK、MGWRK;从制图效果来看,MGWRK与GWRK制图效果相当,从有机质的空间预测图可以看出,土壤有机质在研究区呈现东西两侧偏低、中部偏高的空间格局,其中汾河以东、昌源河流经区域土壤有机质普遍偏高。坡向、年均降水量、年平均温度、海拔、地形指数、年平均NDVI对研究区东部有机质的影响强于西部,而坡度、植被年总初级生产力、年蒸散量、平面曲率、汇流动力指数、地形粗糙指数则表现出截然相反的空间非平稳性特征,地形湿度指数对有机质的影响则体现为北部强南部弱。【结论】MGWRK方法的空间预测精度分别达到了RK方法的69%、OK方法的71.74%、GWRK方法的71.17%。MGWRK在空间非平稳性特征的解释能力和空间可视化表现良好,为有机质的预测和空间非平稳性特征的描述提供方法借鉴。     

关于农田尺度下土壤有机质的空间变异研究

本文将空间分析技术与地统计学方法相结合,以某流域的土壤白土及乌栅土的各三层 土壤样本开展了数据处理及系统化分析,深入探讨了土壤有机质含量所存在的空间变异特征, 望能为此领域研究有所帮助。     

苏州市土壤养分及有机质含量变化的空间尺度效应

[目的]明确苏州市土壤养分及有机质含量在不同空间尺度下的变化规律。[方法]以2010年苏州市耕地质量监测点数据为基础,分析了土壤养分及有机质含量与空间尺度的关系。[结果]土壤养分及有机质含量的变异程度与空间尺度变化存在一定关系,其中土壤养分及有机质含量的组内变异程度随着空间尺度的增大而增加,而其组间变异程度则表现出相反趋势,土壤养分及有机质含量的组间变异程度普遍大于其组内变异程度。[结论]为准确确定土壤养分及有机质含量的空间区域划分方法提供了科学依据。     

基于辅助变量和回归径向基函数神经网络(R-RBFNN)的土壤有机质空间分布模拟

为快速准确地获取土壤有机质的空间分布状况,以江西省万年县齐埠镇为例,运用四方位搜索法、地统计学和遥感影像分析技术提取环境因子和邻近信息,构建基于环境因子和邻近信息的回归克里金法(RK)和回归径向基函数神经网络法(R-RBFNN),对齐埠镇耕地表层(0~20 cm)土壤有机质空间分布进行模拟,并与普通克里金法(OK)相比较。结果显示:齐埠镇耕地表层土壤有机质含量在17.30~53.58 g·kg^-1,平均值为35.03 g·kg^-1,变异系数为23.61%,呈中等变异性。半变异函数分析显示,土壤有机质的块金效应值为0.59,表现为中等空间相关性,自相关范围较大。利用62个采样点进行建模、16个采样点进行独立验证,误差分析表明,应用环境因子和邻近信息作为辅助变量的RK和R-RBFNN预测结果的均方根误差、平均绝对误差、平均相对误均差较OK降低,测试集中的相对提高度分别为66.67%和71.79%,显示出较高精度。但R-RBFNN无须计算半方差函数,使用简单,因此更具优势。     

基于MODIS和DEM的土壤有机质空间预测研究(英文)

[目的]本研究以湖南省石门县为例,采用普通克里格和基于MODIS和DEM数据的回归克里格方法,结合有限个采样数据对该区有机质进行空间预测,并进行对比分析。[方法]运用由地形参数(由DEM派生得到)、归一化植被指数(NDVI)以及由MODIS派生得到的地表温度(LST)等指标进行空间模拟,然后通过平均误差(ME)和均方根误差(RMSE)验证精度,数据的描述性统计及转换均通过软件实现。[结果]结果表明在有限个采样数据下,结合多元遥感数据的回归克里格方法优于普通克里格法,回归克里格法的平均误差和均方根误差均低于普通克里格法,相对提高值为6.03%。[结论]在低山丘陵区,运用MODIS数据及其他遥感数据对土壤有机质进行空间预测具有较好的效果。     

局部回归残余克里格对土壤阳离子交换量空间预测的精度分析

高精度土壤理化属性的空间分布图件是环境保护、土壤管理及精准农业不可或缺的要件,土壤特性空间异质性的普遍存在是土壤理化特性精确预测的一大难题。以土壤阳离子交换量(CEC)为对象,通过比较不同的空间插值方法,来探讨土壤属性的高精度预测方法。通过采样实测表层土壤阳离子交换量,利用普通线性回归、地理权重回归及二者残余的克里格进行空间插值,来比较不同方法的插值精度和制图效果。结果表明,地理权重回归残余克里格法的精度最高,其预测值与实测值的回归决定系数达90%,普通线性回归的精度最低。在回归残余分析中,普通线性回归残余对CEC预测精度提高的幅度达34%,而地理权重回归残余对预测精度提高程度为9%,相对较小。说明地理权重回归及回归克里格法也是较好的空间预测方法。在制图效果上,2种残余法的预测图在空间上过渡自然,平缓,能较好地反映出CEC在空间上的变化细节,与实际情况吻合较好。对于那些环境影响因素明确,且与之存在线性相关的土壤属性,地理权重回归残余克里格法及回归克里格法可作为其高精度空间预测及制图的有效工具。     

基于套合模型的土壤有机质空间尺度效应分析

为了探索土壤有机质含量在空间分布上的特征,更好地服务于土地生产力和土壤肥力评价,以北京市平谷区西北部桃园为研究对象,通过地统计学方法分析了土壤有机质空间尺度效应.结果表明,指数模型对土壤有机质含量拟合效果最佳,各尺度上的样点数据均符合正态分布,其空间结构对空间尺度的依赖性较明显;理论半方差变异函数I值和(Z*-Z)2检验表明,L尺度下普通克里格法预测效果比套合模型法好,在M、S尺度下结果刚好相反;土壤有机质含量在空间分布上呈集中连片的趋势,有机质含量低值主要集中在研究区的西南部和中东部区域,有机质高值主要分布在北部和南部的少部分区域.因此,在采样密度较大的尺度下基于多尺度套合法针对土壤有机质空间变异进行研究,使得插值结果达到更高的可靠性,可为制定土壤肥力评价方案提供科学的指导.     

基于地理加权回归模型的绿洲土壤表层有机质含量高光谱估算

【目的】研究利用高光谱数据估算土壤表层有机质含量,为绿洲区大范围,快速,低成本,监测土壤表层有机质含量提供技术参考。【方法】以新疆博斯腾湖湖滨绿洲为研究区,采用地理加权回归模型,优选高光谱数据与土壤有机质含量的特征波段,构建研究区表层土壤有机质含量的高光谱估算模型。【结果】研究区表层土壤有机质含量变化不大,变化系数为55%,最小值为2.37 g/kg,最大值为51.47 g/kg,平均值为21.20 g/kg。土壤有机质特征波段主要集中在645~1 958 nm,其中1/R二阶的相关系数值最大为0.73,且在P=0.05水平下,通过显著性检验的波段数为83。构建的地理加权回归模型中,二维土壤指数1/R RSI建模效果最优,建模集R²=0.91,RMSE=2.56,验证集R²=0.95,RMSE=1.10。【结论】利用地理加权回归模型估算土壤有机质估算,建模效果可以达到一定的精度要求。     

基于归一化光谱指数的土壤有机质含量空间分布状况研究

【目的】研究土壤主要养分含量特征信息的光谱预测值,使其更具直观性、空间性及科学性,为大尺度对农田的土壤养分空间分布状况获取、评价与科学管理提供依据。【方法】利用ArcGIS 9.3的普通克里格(Ordinary Kriging)插值方法,对小面积及大尺度试验区的土壤样本点进行有机质反演插值填图,并将实验室化学测定土壤有机质含量的实测值与其高光谱模型预测值进行Kriging插值填图比较,分析土壤有机质含量的实测值与预测值的空间分布状况差异。【结果】从小面积试验区到大尺度条田地块插值后的空间分布情况来看,土壤有机质含量的光谱预测值(基于归一化光谱指数NDI[495,485]预测)与实测值之间具有较好的相似性,预测效果较好。【结论】通过土壤有机质含量信息状况的空间分布填图来确定农田分区基本管理单元的适宜尺度,为实施大区域农田养分分区精量管理的划分,提出科学的平衡施肥方案,为适合新疆及兵团特色的精准农业管理、土壤养分快速探测、精量施肥等技术提供技术理论支持。     

敦化大桥泥炭土有机质及其组分研究

研究了敦化市大桥乡裕家泥炭地泥炭土的有机质及其组成成分变化。结果表明：该地泥炭土有机质含量在40．25％－68．75％之间，平均为58．3％，泥炭有机组分以腐植酸为主；与其他地区草本泥炭相比，半纤维素含量偏高，纤维素，易水解物和不被水解物含量偏低。     

长期轮作施肥对土壤有机质及其组分的影响

研究了长期轮作施肥对土壤有机质及其组分的影响,结果表明：在不施肥耕种条件下,通过粮豆轮作,基本可以维持土壤有机质的平衡,但其活性有机质含量、腐殖酸总量及胡敏酸含量却在不断下降,单施化肥,开始时土壤有机质含量降低,以后随耕种年限的延长,基本可以维持在较低水平,活性有机质、腐殖酸总量、胡敏酸和胡敏素含量降低,富里酸含量提高;施用有机肥处理,特别是施用高量有机肥,有利于提高胡敏酸和胡敏素比例,而减少富里酸的生成,培肥作用较为明显。     

中国稻田土壤有机质时空变化及其驱动因素

【目的】评价中国稻田土壤有机质时空变化特征,为提高耕地质量,应对种植结构调整及气候变化等提供支撑。【方法】基于1988—2017年开展的338个国家级定位监测点,分析稻田耕层土壤有机质含量变化特征、驱动因素以及对土壤容重影响。【结果】近30年全国稻田耕层土壤有机质平均提高了3.49 g·kg-1,年均增速0.09—0.12 g·kg-1。稻田耕层土壤有机质含量年均增速高低依次为东北、长江下游、长江中游、华南和西南。目前,全国稻田耕层土壤有机质平均含量32.4 g·kg-1,从高到低依次为长江中游、华南、东北、西南和长江下游。气候、土壤类型、氮肥投入以及种植制度等对土壤有机质产生影响。西南稻区和高纬度的东北稻区,稻田土壤有机质含量与年均气温显著负相关(P<0.05),东部地区和低纬度的地区稻田土壤有机质含量与年均气温显著正相关(P<0.05)。潜育型水稻土有机质平均含量显著高于其他类型水稻土。合适的氮肥投入量(200—300 kgN·hm^-2·a-1)有利于土壤有机质累积。土壤容重及耕层深度与土壤有机质存在显著响应关系(P<0.01)。【结论】我国...     

Fenton氧化对土壤有机质及其吸附性能的影响

利用3种土壤在室内研究了Fenton氧化对土壤有机质含量和组成的影响,以及由此引起的土壤对有机污染物(芘)吸附性能的变化。结果表明,Fenton氧化处理后,土壤有机质含量和组成均发生了改变,总有机质含量下降,其中腐植酸含量降低最多,胡敏素的含量基本保持不变,而富里酸含量有升高的趋势。芘在氧化后的3种土壤中的分配系数(Kd)都有降低;将Kd与土壤有机质各成分进行相关分析研究发现,有机质中胡敏素和腐植酸一起决定有机污染物的吸附行为,其中胡敏素为关键因素。因为土壤有机质各成分的分布不同,所以有机碳含量标化分配系数(Koc)相差很大,特别是在腐植酸含量相对较高的土壤中,由于腐植酸大部分降解为吸附能力小的富里酸,Koc有明显降低,而在腐植酸含量相对较低的土壤中Koc变化不明显。     

土壤有机质分解与转化的驱动因素

概述了土壤微生物、温度、水分、气候、土壤质地、pH值、CO2浓度等驱动因素对土壤有机质分解、转化的影响,并且指出今后应加强研究的方向。     

土壤有机质高光谱估算模型研究进展

土壤有机质高光谱估算较传统土壤农化分析方法表现出极大优势,顺应了现代农业发展的迫切需要。国内外众多学者先后对土壤有机质高光谱估算模型进行了大量研究,估算模型由简单的一元线性模型逐渐发展为多元线性及非线性模型,常用的建模方法分为线性方法和非线性方法,重点分析了各种方法的适用性。通过总结分析前人研究,发现土壤有机质高光谱估算模型研究存在以下发展趋势:多种建模方法耦合使用增多;建模方法的复杂度逐渐增强;尝试消减外部环境因素对建模的影响;尝试将室内土壤有机质估算模型应用于野外实地研究。     

土壤活性有机质的研究现状与展望

概述了国内外土壤活性有机质研究进展,包括活性有机质的概念,活性有机质与土壤养分的关系,活性有机质与土壤性质的关系,及其活性有机质在反映土壤肥力综合评价土壤质量方面的应用,提出了今后土壤活性有机质的研究重点.     

溶解性有机质对土壤重金属活性影响的研究概况

土壤溶解性有机质(Dissolved Organic Matter)是土壤溶液的一个重要的组成部分,在土壤的化 学和生物过程中起着很重要的作用。在过去的二十多年里,就DOM的组成和其在土壤中的作用已经 得到很大程度的重视且取得了相当大的进步。DOM可能会对重金属有很显著的控制作用,而重金属 也可能对DOM有种特殊且强烈的亲和性,这种亲和性在很大程度上影响着土壤中重金属的活性和 环境生态,而且不同来源和不同提取方法提取的DOM在功能上有着差异。系统评述了DOM的来源、 结构、生态功能以及对重金属活性的影响,同时介绍了一些未来有待解决的问题。     

基于GWRK的富硒区表层土壤镉含量预测及农业产业规划研究

构建回归克里格模型(RK)和地理加权回归克里格(GWRK)模型,以土壤硒含量为基础,构建对土壤镉含量进行预测的模型,探索在只具备土壤硒含量数据的条件下进行土壤镉含量预测的方法,以及镉污染风险评估防治和富硒农业规划。结果表明,(1)柴湖镇富硒耕地面积达到5 316.57 hm~2,具备发展富硒农业的条件;(2)耕地土壤镉背景值处于《土壤环境质量标准》Ⅱ类中含量偏低的水平,基本不会对植物和环境造成危害和污染;(3)土壤硒含量与镉含量之间存在显著的正相关关系;(4)利用GWRK预测的土壤镉含量与检测值较为接近,精度明显高于RK的预测结果,可作为区域土壤镉含量评估的依据;(5)RK和GWRK模型的预测结果都存在值域向中值收缩的现象,是造成模拟精度下降的主要原因,而在中值附近预测的精度明显更高。GWRK模型可以用于在已知土壤硒含量的情况下镉含量的预测,根据不同区域耕地土壤硒含量和镉含量的差异,进行差别化的农业规划。