黄河三角洲农田土壤含水率空间变异特征研究

基于传统统计学和地统计学方法,定量分析了灌水前、后田块尺度下土壤含水率的空间变异性。结果表明,除灌水前10～20cm土层土壤含水率呈非正态分布外,其余各土层含水率均服从正态分布;随着土层深度的加深,灌水前、后各土层含水率均逐渐增加;除灌水前20～40cm土层及灌水后10～20、20～40cm土层土壤含水率呈中等变异性外,其余各土层均呈现弱变异特征;除灌水后20～40cm及40～60cm土层属于指数模型外,其余各土层含水率最优拟合模型为球状模型;灌水前、后各土层含水率均表现为强空间自相关性。     

南疆干旱地区土壤盐分空间变异特征研究——以库尔勒三十一团为例

【目的】探明南疆干旱区土壤盐分空间分布特征和变异特征以及产生土壤盐分空间变异特征的原因。【方法】以库尔勒地区三十一团为例,采集该地区代表性的土壤样品,测试、分析了土壤样品不同土层的含盐量指标。【结果】①5个土层土壤含盐量均小于3 g/kg,均属于非盐化土;②5个土层土壤盐分的变异系数均属于中等变异性,其中0～20、40～60和80～100 cm接近于强变异性;③0～20 cm土层土壤盐分的半变异函数符合球状模型,20～40 cm土层土壤盐分的半变异函数符合指数模型,40～60、60～80和80～100 cm土层土壤盐分的半变异函数符合高斯模型;④研究区域土壤含盐量主要集中在1～3 g/kg之间,并且含盐量在2～3 g/kg土壤面积最大。【结论】研究区域土壤含盐量空间分布差异较大,各层土壤存在不同程度的盐渍化现象;土层的高盐分区主要集中分布在南北方向靠近沙漠、远离水库和地势较为低洼区域;垂直方向上,各层土壤含盐量差异不大。     

基于MODIS数据的土壤水分空间变异规律

以沧州地区为例,利用MODIS数据计算得到植被供水指数,分析构建植被供水指数与实测土壤含水率之间的相关模型,进而反演得到整个沧州地区的墒情状况,以此为基础运用经典统计学和地统计学理论,研究3种尺度下土壤含水率的空间变异性,确定各尺度下土壤水分监测点的合理采样数目。结果表明,小尺度下(采样间距250m)土壤水分具有较强的空间相关性,而大尺度(采样间距4 000m)和中尺度(采样间距1 000m)的土壤水分均呈中等的空间相关性;随着研究尺度的增大,土壤含水率的空间相关性减弱,由随机因素引起的空间变异性逐渐增强;根据空间变异规律,分别得到置信度为0.10、0.05情况下不同尺度的土壤水分监测点的合理采样数目,并发现采用数目随研究尺度的增大而增加。     

多嵌套空间尺度农田土壤重金属空间变异研究

运用地统计学技术对棕壤土典型地块进行了重金属多尺度嵌套空间变异和结构来源分析.选取5种反映土壤污染水平的典型重金属元素铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)、铜(Cu)、铬(Cr)以及类重金属元素砷(As)进行采样检测.利用克里格法插值拟合,选择最优拟合模型,确定了合理采样间距.结合半方差和分维数分析,研究确定了合理采样尺度.采取主成分分析和半方差分析相结合的方法,确定土壤重金属来源,指导农业管理措施.研究表明,农田土壤重金属主要由成土母质、降水灌溉和农药施肥构成.中等尺度符合半方差模型拟合,变程的范围从319 m到752 m不等.其中球面模型更适合土壤重金属空间分布拟合描述.     

土壤紧实度估算G-A模型参数的空间变异分析

为了分析土壤入渗空间变异特征并为灌溉系统设计和管理提供依据,基于土壤初始重量含水率、土壤紧实度、土壤黏粒含量和入渗过程数据,利用多元线性回归方法,分析选用土壤紧实度对简化的G-A入渗模型参数进行估算的合理性;通过半方差函数分析,进一步探讨了不同畦田规格下土壤入渗空间变异特征.结果表明:土壤紧实度与土壤质地、结构和含水率关系密切,在与土壤入渗参数的回归关系中达到了系统的显著性要求,采用其对简化的G-A入渗模型参数进行估算是可行的;畦田规格由0.5 hm2扩展到3.0 hm2时,简化的G-A入渗模型参数的变异系数均在0.1~1.0,空间变异程度呈中等,空间结构具有中等相关性,且都可用球状模型进行描述,畦田规格差异对G-A入渗模型参数空间变异程度和空间结构影响不具有统计学意义.     

邛海盆地土壤氮素空间变异特征与影响因素研究

以西昌市邛海盆地为研究区域,随机均匀布点采集386个耕作层土壤样点,分析化验土壤理化性质,运用地统计学方法和GIS技术研究邛海盆地表层土壤氮素含量的空间变异特征,利用方差分析、缓冲区分析和回归分析定量分析区域内土壤氮素空间变异的影响因素。研究结果表明,研究区表层土壤全氮和速效氮含量分别为(1.85±0.51)g/kg和(138.5±47.7)mg/kg,属较丰富水平,变异系数分别为27.52%和32.24%,属中等差异强度;土壤全氮和速效氮具有中等程度的空间相关性,空间变异均以随机变异为主,具有各向异性特征,在西北-东南方向上空间变异相对剧烈;研究区土壤全氮和速效氮含量总体上呈条带状或斑块状分布特征,高值区主要位于西昌市的东南郊区,并以此高值中心向南、向东和向北3个方向逐步递减,低值区主要出现在邛海北面近湖岸地带。影响因素分析结果表明,土地利用方式、土壤母质、土壤质地、土壤p H值、城镇、河流、邛海湖对土壤全氮和速效氮空间变异具有显著影响,而道路对土壤氮素空间变异影响不显著。     

塿土土壤水力特性空间变异的多重分形分析

为探讨塿土土壤水力特性的空间分布特征,对杨凌示范区大寨乡小麦与玉米轮作地进行直线分布土壤取样,室内测定了土壤水分特征曲线、饱和导水率、土壤含水率、容重等土壤水力特性,用Brooks - Corey模型对土壤水分特征曲线进行拟合,采用多重分形方法对Brooks- Corey模型参数(θs、α、n)、饱和导水率(Ks)、土壤含水率(θ)、容重(ρ)等进行空间变异性分析.结果表明:在全部采样方向上Ks、α及n的变异性较强,θsθ及ρ表现为弱变异;不同采样方向上土壤水力特性参数具有多重分形特征;不同采样方向上θ,、θ及p的多重分形结构较弱,空间变异性不强;不同采样方向上Ks、α及n的多重分形结构明显,广义分形维数分别为0.7 ～1.9、0.6～1.2、0.9～1.1,空间变异性较强,且Ks比α和n具有更为复杂的空间分布结构.     

土壤风蚀空间变异理论与计算方法探讨

根据目前国内空间变异理论在土壤侵蚀中的应用状况,提出土壤风力侵蚀空间变异研究的必要性。初步探讨了土壤风蚀空间变异研究中的主要计算方法,分析了每种计算方法的适用性。为进一步详细研究土壤风蚀空间变异过程提供帮助。     

不同水质膜下滴灌棉田盐分空间变异特征

为评价不同水质膜下滴灌棉田土壤盐分空间分布及变异性,采用EM38-MK2型电磁感应仪对微咸及淡水滴灌田块进行盐分调查。解译模型获得的土壤含盐质量比描述性统计特征表明,微咸水滴灌的积盐程度高于淡水滴灌,但其变异系数相对较小。采用GS+软件拟合最优半方差函数模型,微咸水处理为指数模型,淡水处理为高斯模型,均表现为强的空间相关性;微咸水处理变程大于淡水处理,增加了土壤盐分的空间相依性。Kriging空间插值及变异分析表明,淡水滴灌棉田土壤盐分微域及全域空间变异程度强于微咸水滴灌,二者均存在影响棉花出苗的盐斑。建议用水紧张时,可基于EM38-MK2型电磁感应仪的盐分调查结果,重点淋洗盐斑集中分布区域,以节水增产。     

沙漠水渠两侧不同坡向人工固沙区土壤水分空间变异特征

在古尔班通古特沙漠中部引水渠两侧人工固沙区的阳坡和阴坡各选择一个样地(30 m×30 m),均匀划分为36个5 m×5 m的小样方,测定了各小样方中心10、30和50 cm层的土壤体积含水量,采用半方差分析和克里格插值法对比研究了土壤含水量的空间变异特征。结果表明,2样地6层土壤含水量均呈正态或近似正态分布,均属中等变异(0.157～0.335)。无论阳坡或阴坡,下层土壤含水量均显著高于上层。除表层外,同一层次下阴坡的土壤含水量显著高于阳坡。半方差分析表明,6层土壤含水量空间变异最优模型均为指数模型;阳坡10 cm层、阴坡10和30 cm层的土壤含水量具有强烈的空间相关性,但变程较小(2.34～5.77 m);余下3个变量具有中等空间相关性,变程较大(21.90～53.02 m)。空间差值分析表明,阳坡3个土层的含水量均呈坡下低、坡上高的格局,阴坡50 cm层也具有同样趋势;而阴坡10 cm和30 cm层含水量无明显规律,呈斑块状分布。阴坡较高的土壤含水量孕育了较丰富的草本植物,但草本植物的异质性分布可能也影响了阴坡浅层(10～30 cm)土壤含水量的空间分布格局。     

新疆于田县绿洲区土壤重金属空间分布特征与影响因素

以新疆于田县绿洲区为研究区,对1 165组表层土壤样品的重金属元素含量进行测定。通过综合运用多元统计分析、地统计学、空间自相关理论、空间分析和GIS技术相结合的方法,对研究区土壤重金属含量和空间分布特征及影响因素进行分析。结果表明:1 165组土壤采样点中,有3个取样点超过风险筛选值,非农用地土壤重金属元素含量均值均低于新疆土壤背景值,农用地中Cd、Hg、Cr含量均值大于新疆土壤背景值; Cd、Pb的变异函数理论模型为指数模型,Hg、As、Cr、Cu、Ni、Zn的变异函数理论模型为球状模型,Cd块金系数小于25%,说明Cd有较强的空间相关性,其他元素块金系数介于25%～50%之间,有明显的空间相关性;土壤重金属空间自相关莫兰指数均大于0。县域尺度内,土壤重金属具有一定的空间正相关分布,其空间分布格局总体呈从研究区中心向四周含量逐渐减小的趋势。土壤重金属元素含量在不同成土母质、土壤类型和土地利用类型下呈现的分布特征不同。Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn具有相同的来源,其含量还受土壤质地的影响。     

牧场土壤含水率与坚实度空间变异与相关性分

利用土壤水分/圆锥指数复合测量装置,应用精细农作技术体系网格定点测量与GPS定位,在一块面积约1.27 hm2的草地上获取了土壤含水率与坚实度空间分布基础数据,并针对采样过程中出现的数据缺失,用偏最小二乘法对数据进行修补.然后运用克里格插值法进行数字化成图,并在此基础上分别对含水率与坚实度的空间变异性及两者的相关性做了分析.     

省域尺度土壤水气热参数空间变异特征及主控因子分析

为了研究土壤物理基本参数、水气热参数在省域尺度上的空间分布特征,以实地调研测量的数据为基础,结合GIS技术与统计学原理对陕西省13处采样点的土壤物理基本参数进行空间变异特征分析.运用方差分析和回归分析将土壤质地、土壤类型和土地利用方式对土壤水气热参数的影响作出评价.结果表明:反距离加权插值法(IDW)构建的空间变异分布图显示陕西省自北向南土壤中砂粒含量逐渐减少,黏粒含量逐渐升高;土壤饱和导水率、导气率和热导率随砂粒含量的减少而减小;土壤质地、土壤类型和土地利用方式均与土壤水气热参数空间分布有着较强的关联性;土壤类型对土壤水气热参数空间分异的解释能力大于土地利用方式且小于土壤质地;建议在省域尺度上对土壤水气热参数进行空间分布预测时,应将土壤质地、土壤类型和土地利用方式3因子结合分析,从而提高对土壤水气热参数空间分异的预测准确性.     

半干旱草地土壤特性空间变异性与分形特征

为定量化土壤变量空间变异复杂程度,以半干旱区草地土壤为研究对象,应用分形与地质统计学理论,分析2个试验区(600 m×800 m、280 m×200 m)内的土壤含水量、电导率EC、有机质的空间变异性及其分形维数.结果显示,土壤变量的均值、标准差、变异系数,C0/(C0+C)值只能在一定程度上反映总体的变异.     

基于权重分析的土壤综合肥力评价方法

为了解决传统土壤肥力评价方法赋权不完善的问题,通过权重分析,引入经验权重与统计权重的概念,提出了综合权重法,并以湖北省孝昌县高岗村土壤分析为例,将综合权重法与2种传统土壤肥力评价方法(层次分析法、内梅罗指数法)作比较。结果表明,综合权重法与层次分析法、内梅罗指数法的土壤肥力指数(SFI)变异系数相差较小(分别为22.1%、23.0%和22.5%),且三者的SFI呈现极显著的正相关关系(p=00.001);综合权重法与内梅罗指数法相比SFI整体偏大,且其权重向量与层次分析法的相关关系不显著(p=0.1030.05)。表明了综合权重法与传统方法的相对一致性和差异性。基于综合权重法,高岗村耕地肥力整体良好,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等级土地约占总耕地面积的95%。     

渭北台塬区耕地土壤有机质与全氮空间特征

以渭北台塬农业县——蒲城县为研究区,采用2011年耕地地力调查与质量评价项目数据,运用经典统计学、地统计学结合GIS技术,探讨以有机质为辅助变量的协同克里格法在区域土壤全氮及碳氮比估值中的适用性,研究耕地土壤有机质和全氮的空间变异特征、影响因素及其与碳氮比的分布特征。结果表明,当前蒲城县耕地土壤有机质质量比平均值为13.58 g/kg,全氮质量比为0.81 g/kg,均处于偏低水平,空间上整体随地貌自北向南递增;土壤碳氮比平均值为9.84,整体呈南北高中间低格局。土壤有机质与全氮是相关性密切的本征协同区域化变量,均具有极显著性的空间自相关性,表现出中等强度的空间变异性;其空间变异性是地形地貌、土壤性质等自然因素和种植模式、施肥、灌溉等人为因素交互作用的结果,其中人为耕作管理的地理区位导向作用愈发明显。相同采样数量下,以有机质为辅助变量的全氮协同克里格法插值精度优于普通克里格法,适于当下蒲城县土壤全氮的估值研究,能够提供更多局部细节信息,但其不适于进行主辅变量的栅格比值运算来构建土壤碳氮比值图。     

黑土区施加生物炭对土壤综合肥力与大豆生长的影响

为探明黑土区施加生物炭对土壤持水性能、土壤养分以及大豆生长的影响,以东北黑土区3°坡耕地田间径流小区为研究对象,进行为期4年的观测。按照生物炭施加量,2015年共设置C0(0 t/hm~2)、C25(25 t/hm~2)、C50(50 t/hm~2)、C75(75 t/hm~2)、C100(100 t/hm~2) 5个处理,2016—2018年分别连续施加等量的生物炭。结果表明:连续4年,0～60 cm土层土壤储水量随施炭量的增加呈先增大、后减小的趋势,而对60～100 cm土层土壤储水量影响不显著;连续4年,饱和含水率随施炭量的增加呈逐渐增大的趋势; 2015年田间持水率、凋萎系数随施炭量的增加呈逐渐增大趋势,2016—2018年呈先增加、后减小趋势;连续4年,施加生物炭提高了大豆各生育阶段的株高和叶面积,同期相对较优处理分别为C75、C50、C50、C25;连续4年,大豆冠层覆盖度与施炭量呈抛物线变化(R~2均在0. 89以上,P 0. 01),连续施加2年的C50处理各生育期提高量最大,与C0相比提高了81. 4%、36. 7%、31. 5%和39. 6%;连续4年,土壤pH值和有机质、速效钾含量随施炭量的增加呈逐渐升高趋势,碱解氮、有效磷含量呈先升高、后降低趋势,相对较优处理为C50、C50、C25、C25。采用改进的内梅罗指数模型计算的土壤综合肥力指数与产量呈正相关(R~2=0. 861 5,P=0. 001 2,RMSE为0. 75),土壤综合肥力水平最高的生物炭施用模式为连续2年施加50 t/hm~2的生物炭。     

流域尺度土壤导气率空间分布特征与影响因素分析

采用地理信息系统和地统计学相结合的方法,以泾惠渠灌区麦田土壤导气率空间分布特征为基础进行相关研究。结果表明:地统计学方法较好地模拟了土壤导气率空间变异特征,反映出该地区土壤气体动力学参数具有较强的空间变异特征;容重、饱和含水率、饱和度与土壤导气率的空间自相关(C/(C0+C))均在0.9以上,说明由自相关部分引起的空间异质性占总空间异质性的程度较大;推荐土壤导气率的采样间距参考值大约为7.5 km;土壤导气率与容重的Pearson相关系数绝对值为0.595,两者显著相关;土壤导气率与饱和度的Pearson相关系数绝对值达0.959,两者高度相关;交互相关关系说明容重、饱和度是影响土壤导气率的主成因素,在95%的置信水平上,容重、饱和度对土壤导气率的影响范围均为-20~20 km。     

模糊综合评价方法在棉花稀植栽培施肥技术中的应用

在大田2．4万株／hm^2的稀植栽培条件下,对采用相同的氮磷钾配比、4个不同水平氮磷钾施用量组合处理的冀棉25,应用多因素模糊综合评价方法,从铃数、棉铃质量、衣分、子指、衣指及子棉经济系数等6个产量性状分析了不同施肥处理对棉花成铃时空分布（时间上分为：伏前桃、伏桃、早秋桃、秋桃;空间上分为：下内、下外、中内、中外、上内、上外）的影响,明确了一组最优的施肥措施。结果表明：模糊综合评价方法评价施肥措施,能全面地反映出各种方式的优劣,将其用于评价棉花农艺措施优劣上是切实可行的。     

太原市农田土壤重金属污染评价与空间分布特征

【目的】揭示太原市农田土壤重金属污染现状、污染来源及其空间分布格局情况,为区域土壤污染防控和农业生产提供依据。【方法】采集太原市农田土样214个,测定土壤中Cr、Cd、Pb、Hg和As 5种重金属量,采用单因子指数法和内梅罗综合指数法对土壤重金属进行污染评价,运用ArcGIS 10.3绘制太原市农田土壤重金属空间分布图,利用SPSS 16.0对数据进行相关分析,进一步了解土壤重金属的污染来源。【结果】①太原市农田土壤中重金属量分布差别较大,Cr、Cd、As、Hg和Pb均值分别为68.38、0.121、8.59、0.08、24.23 mg/kg,均未超过《绿色食品产地环境质量》(NY/T 391—2013)中的规定,但其平均值均显著高于太原市土壤背景值。②单项污染指数值由大到小顺序为Hg(2.36)>Pb(1.76)>Cd(1.57)>Cr(1.19)>As(1.12)。其中,Hg、Pb和Cd主要受工业生产、污水灌溉、燃煤、农药化肥施用和交通运输等人为因素的影响,As和Cr主要受成土母质和农业活动的影响。③太原市农田土壤内梅罗综合指数为2.14,呈中度污染。7个县区农田土壤内梅罗综合指数由大到小依次是晋源区(4.17)>小店区(2.98)>尖草坪区(2.13)>清徐县(2.07)>阳曲县(1.71)>娄烦县(1.67)>古交市(1.57)。重金属空间分布图可以直观看出土壤重金属空间分布和污染情况,在工业发达和人口密集的城郊晋源区、小店区、尖草坪区和清徐县,农田土壤为重度污染和中度污染,远离太原市市区的阳曲县、古交市和娄烦县农田土壤为轻度污染。【结论】太原市农田土壤总体呈中度污染,Hg和Pb单项污染指数最高,重金属污染较严重的区域集中在太原市城郊晋源区、小店区、尖草坪区和清徐县,今后工作中应加强对太原市城郊污染较重区域农田土壤重金属重点监测,尤其是Hg和Pb,以确保土壤健康和可持续利用。