砒砂岩区小流域土壤有机质的空间分布及其环境影响因素研究

砒砂岩区是黄河中游粗泥沙集中来源区之一。研究砒砂岩区小流域土壤有机质特征及其与环境因子的关系，对于科学指导植被建设，减少入黄泥沙有重要意义。本文以砒砂岩区典型小流域为研究对象，于流域内布设150个样点，按照0~20cm、20~40cm、40~60cm划分土层深度采集土壤样品，运用通径分析和冗余分析方法进行分析，研究结果表明：砒砂岩区小流域不同土地利用方式土壤有机质呈乔木林>灌木林>天然草地>耕地>裸地趋势，不同地形土壤有机质呈沟底>坡面>山脊的规律；冗余分析的结果显示，复合地形指数、土地利用方式、坡位以及土层厚度对砒砂岩区土壤有机质空间变异规律的解释量最大；通径分析的结果显示，环境因子与土壤有机质的关系可以用多元线性方程"Y=1.054+0.099" "X" _"1" "+2.722" "X" _"2" "+0.776" "X" _"3" "-0.001" "X" _"4" 来表示，其中坡位和土地利用方式是影响砒砂岩区小流域土壤有机质空间变异的主导因素，土层厚度与土壤有机质垂向变异的密切相关。     

砒砂岩区典型小流域表土有机质含量空间自相关格局及影响因素

以砒砂岩区鲍家沟小流域为研究对象,运用地统计学和灰色关联度相结合的方法,研究砒砂岩区小流域表土有机质的空间自相关特征及影响因素.结果表明:①砒砂岩区小流域表土有机质空间变异的半方差函数拟合模型为指数模型,块金效应值为60.66％,属中等程度的空间相关性,流域表土有机质整体呈沟底＞坡面＞山脊的规律.②全局空间自相关分析显...     

砒砂岩区典型坡面土壤颗粒组成空间分布特征研究

为揭示土壤颗粒组成在垂直和水平方向上的分布规律,采集砒砂岩区典型坡面0—100 cm剖面的土壤,运用经典统计学测定其颗粒组成。结果表明：坡面0—100 cm土壤质地主要为砂壤土(59.21%)和壤砂土(36.40%)。随土层深度增加,砂粒含量增加,粉粒和黏粒含量减少,土壤逐渐呈现粗粒化的趋势;坡面尺度上,表层0—10 cm砂粒为弱变异,其余各层各粒级均为中等程度变异,且随土层深度增加变异性增强,不同粒级的变异系数表现为砂粒<粉粒<黏粒。沿坡面等高线方向,样带B粗粒化程度最弱,10 cm土层以下,样带B粗粒化程度最强。沿垂直坡面等高线方向,坡中砂粒含量(73.60%)相比于坡上和坡下分别增加6.90%(p<0.05)和11.66%(p<0.05),坡下粉粒(31.85%)和黏粒(3.10%)含量相比于坡上和坡中分别增加13.13%(p<0.05),23.59%(p<0.05)和4.36%,51.70%(p<0.05),坡中粗粒化程度最强,坡下是细颗粒堆积的主要区域。研究结果可加强对砒砂岩区坡面土壤颗粒空间分布规律的认识。     

裸露砒砂岩区小流域土壤侵蚀空间自相关特征及影响因素

[目的]研究裸露砒砂岩区小流域土壤侵蚀空间自相关特征及影响因素,为科学指导植被建设,减轻入黄泥沙提供理论指导.[方法]以裸露砒砂岩区鲍家沟小流域为研究对象,运用地统计学和灰色关联理论相结合的方法,研究裸露砒砂岩区小流域土壤侵蚀空间自相关特征及影响因素.[结果]①研究流域土壤侵蚀模数具有显著的空间自相关性(Z值为136....     

砒砂岩覆土区典型小流域土壤可蚀性K值空间变异特征

[目的]研究砒砂岩覆土区典型小流域土壤可蚀性的空间变异特征,为砒砂岩覆土区土壤侵蚀机理深入探究和土壤侵蚀有效防治提供科学依据。[方法]以内蒙古准格尔旗砒砂岩覆土区二老虎沟小流域为研究对象,采集0—10 cm和10—20 cm土层共144份土壤样品,基于EPIC模型估算土壤可蚀性K值,并利用GIS和地统计学方法分析土壤可蚀性K值空间变异特征。[结果](1)二老虎沟小流域土壤砂粒、粉粒、黏粒和有机碳均呈中等变异程度,除黏粒和有机碳为中等空间自相关性外,其他土壤属性均呈弱空间自相关性。(2)小流域土壤可蚀性K值介于0.018 7～0.047 6 t·hm²·h/(hm ²·MJ·mm),0—10 cm和10—20 cm土层K值变异系数分别为15.5%和20.3%,属中等变异强度;0—10 cm土层K值主要受随机性因素影响,呈弱空间自相关性,而10—20 cm土层受随机性因素和结构性因素共同影响,为中等空间自相关性。(3) 3种克里格插值方法结果表明：小流域土壤可蚀性K值空间变异受海拔和坡度影响明显,其总体分布趋势为西部和东南部较高、中部及偏东部较低...     

西北地区有机质空间分布及其影响因素研究

为了探讨中国西北地区土壤有机质现状及影响因素,运用ArcGIS和地统计学结合的方法,研究西北地区土壤有机质的空间分布规律及其影响因素。结果表明:(1)研究区土壤有机质含量处于较低水平,3级及以下占68.94%,有机质变化范围为1.10~107.50 g/kg,均值为20.13 g/kg;通过半方差函数模型分析得到有机质的最适理论模型为球状模型。(2)通过绘制整个西北地区土壤有机质的空间分布图可知,研究区东部区域从宁夏、陕北至甘南、陕南,有机质含量呈现出梯级增加的趋势;研究区西部有机质含量呈现出由新疆塔里木盆地中心区域向边界递增的同心圆分布。有机质高值区分布在研究区青海东部、新疆的天山一带;低值区分布在宁夏、陕西北部和新疆的塔里木盆地。分布趋势与西北地区大地形区有一定的相似性。(3)土壤有机质含量与海拔、降水存在正相关关系。(4)有机质与土壤类型和土地利用方式之间存在显著相关关系,草地、林地土壤有机质含量显著高于耕地和未利用土地,但草地与林地之间没有显著性差异。海拔和降水是影响有机质的主要因素,能解释49%的土壤有机质变化。该研究结果不仅有助于定性定量认识西北地区有机质空间分布,而且为该地区的生态农业建设以及生态环境保护提供参考。     

渭河干流沿岸土壤有机质空间分布特征及其影响因素

通过野外实地调查,系统采集了渭河干流区域土壤表层及深层样品,利用方差分析、缓冲区分析等分析方法,研究了土地利用类型、海拔、坡度、坡向以及距离河岸的距离因素对土壤有机质空间分布的影响。结果表明,渭河流域沿岸区域土壤有机质含量总体偏低,分布不均,变异性较大,随着土层深度增加有机质含量逐渐降低。土地利用类型、海拔、坡度、坡向以及距离河流的距离因素只在20 cm以上土层具有显著影响。不同用地类型有机质含量的顺序是:农田> 林地> 果园> 荒滩草地。随着海拔升高,有机质含量逐渐增加。阴坡和半阴坡的有机质含量明显高于阳坡。离河岸越远有机质含量越高,随深度增加这种趋势逐渐减弱。     

砒砂岩区不同退耕还林措施土壤颗粒及交换性能分布特征

为研究砒砂岩区退耕还林还草措施下林地和草地的土壤结构及土壤交换性能对其措施的响应,选取柠条林、油松林、小叶杨林和本氏针茅草地为研究对象,并以荞麦坡耕地为对照,通过野外取样与室内试验相结合的方式,采用分形理论探究土壤粒径分布(PSD)、阳离子交换量(CEC)和交换性盐基总量(ECEC)及其组成(Na~+、K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+))的分布特征,并分析其相关性关系。结果表明:(1)实施退耕还林措施后,草地和林地的PSD分布范围、非均一性、离散程度均高于坡耕地,且柠条林的土壤粉粒含量、PSD分布范围的增幅效果最显著(P0.05);土壤剖面垂直层次上,草地有利于增加表层土壤的细粒组分和粒径的分布范围,而林地更有利于对深层土壤粒径的改良与细化;(2)研究区交换性盐基组成主要以碱土金属为主(Ca~(2+)、Mg~(2+)),不同措施的土壤ECEC和CEC值由大到小依次为柠条林油松林小叶杨林草地坡耕地。草地表层土壤交换性能优于底层土壤,而林地与之相反;(3)黏、粉粒和细砂是决定研究区土壤交换性能的细粒土壤和粗粒土壤,粉粒是CEC、ECEC的主要贡献因子,多重分形维数可较好地描述土壤交换性能与土壤颗粒间的关系。不同措施以柠条林对土壤颗粒组成和土壤交换性能的改良效果最优。     

砒砂岩区典型坡面土壤水分空间分布特征

土壤水分是水文循环的重要组成部分,是干旱半干旱地区植被重建和生态环境修复的重要影响因素.探明坡面土壤水分的空间分布特征,对于植被重建具有指导意义.采用经典统计学和地统计学相结合的方式,分析坡面土壤水分的分布规律、变异特征和空间结构.结果表明:1)坡面0～200 cm 土壤平均含水量介于9.93％～13.88％之间,随土...     

紫色土区小流域土壤保持服务功能的空间分布特征

[目的]分析不同坡度、土壤类型、土地利用下的土壤保持服务功能分布,为减少土壤流失和改进土地利用规划提供科学依据。[方法]结合修正通用土壤流失方程(RUSLE)和GIS技术,以曲水河小流域为典型研究区,基于DEM、土壤、土地利用等基础数据,分析了研究区土壤保持服务功能的分布现状及影响因素。[结果](1)该流域土壤保持总量为1.10×107 t/a,单位面积土壤保持量为384.74t/(hm2·a),具有较高的生态系统服务功能重要性;(2)土壤保持服务功能总体呈现从河谷阶地逐渐向周边丘陵坡地递增的空间分布特征;(3)强烈及以上侵蚀强度区、8°~25°的坡度区、耕地、钙质紫泥田区和红棕紫泥土区应为土壤保持工作的热点区域。[结论]不同坡度、土壤类型、土地利用类型下土壤保持服务功能差异显著,可以通过改良土壤、提高植被覆盖和采取土壤侵蚀防治措施提高土壤保持服务功能水平。     

土壤硒富集空间分布特征及影响因素研究

以揭阳市土壤为对象,系统采集了表层土壤样(0～20 cm)1 330个和深层土壤样(150～200 cm)331个,并利用相关性分析、回归分析、方差分析及GIS空间分析技术等方法对土壤硒的含量分布、富集特征及影响因素进行了系统的分析。结果表明,揭阳市表层土壤Se含量处于0.02～2.01 mg/kg之间,几何平均值为0.48 mg/kg,是中国土壤Se平均含量的1.66倍。揭阳市土壤总体呈足硒及富硒特征,不存在硒过剩,极少区域土壤呈硒缺乏特征,表层与深层土壤表现基本一致,富硒土壤主要分布于普宁市、惠来县及北部边缘。表层土壤中Se富集面积达到52.03%,但在空间上分布零散,这可能与母质、土壤类型等因素有关。强富集区域集中分布于花岗岩与粉砂岩为母质的土壤区,而大部分由第四纪冲积物形成的土壤无富集。方差分析表明:不同母质、土壤类型及土地利用方式对土壤Se的含量及富集水平均造成不同程度的影响,其中影响揭阳市表层土壤Se含量的主要因素为成土母质。除此之外,土壤理化性质及海拔也是影响揭阳市表层土壤Se富集的重要因素。回归分析表明表层土壤Se与pH值呈极显著的负相关,并且分别与有机碳、Fe_2O_3及Al_2O_3呈极显著线性正相关。     

县域农田土壤有机质空间变异及其影响因素分析

研究县域农田空间变异特征可以为培肥地力,增加作物产量提供指导。本文运用地统计学和 GIS相结合的方法,研究了四川省双流县土壤有机质的空间变异特征及其影响因素。结果表明： ①研究区域土壤有机质含量处于中等偏高水平,平均值为 29.72 g/kg,变异系数为 30.11%,属中等变异强度。②有机质变异函数的理论最佳模型为球状模型,块金值与基台值之比为12.67%,表明有机质含量具有强烈的空间相关性,空间相关距离为 91.10 km,普通Kriging插值表明土壤有机质含量呈现北部向东南部减少的趋势。③影响有机质空间变异的主要因素为土壤类型、地貌类型等结构性因子,而土地利用方式、施肥等随机性因子也对有机质空间变异产生重要影响,其中秸秆还田是有机质含量普遍升高的原因。     

鲁中南山区马蹄峪小流域土壤有机质和全氮空间分布特征

以鲁中南山区马蹄峪小流域土壤为对象,综合考虑土地利用和采样点的代表性及可操作性,采集表层(0～20 cm)土壤样品97个,利用回归克里格方法和“3S”技术,分析小流域土壤有机质和全氮的空间分布特征.结果表明:1)马蹄峪小流域表层土壤有机质和全氮质量分数平均值分别为20.45和1.18 g/kg,变异系数分别为27.68...     

喀斯特小流域土壤含水率空间异质性及其影响因素

该文基于网格取样(80 m×80 m),利用地统计学和经典统计学方法,研究了典型喀斯特小流域旱季表层(0~10 cm)土壤含水率(soil moisture content,SMC)的空间变异特征,并分析了其与容重(bulk density,BD)、毛管孔隙度(capillary porosity,CP)、非毛管孔隙度(non-capillary porosity,NCP)、土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)、碎石含量(rock fragment content,RC)等土壤理化性质以及坡度(slope gradient,SG)、坡向(slope aspect,SA)、裸岩率(bare rock,BR)等地形因子的关系。结果显示,SMC半方差函数的最优拟合模型为指数模型,变程为381.00 m,块基比为0.382,属于中等程度的空间相关性。普通克里格插值结果显示,SMC呈现出随海拔升高而降低的分布规律。Pearson相关分析表明,除SOC外,其他土壤理化指标均对SMC有显著影响(p0.05);各地形因子中仅SG对SMC有显著影响。协方差分析表明,RC、CP和NCP对SMC的方差解释达到显著水平(p0.05),地形部位(上坡、中坡、下坡、洼地)、土地利用类型(乔木林、灌木林、灌草丛、耕地)及二者的交互作用均未达到显著水平。这说明土壤理化性质是影响SMC的直接因素,地形部位和土地利用类型均通过改变土壤理化性质来影响SMC。该结果有利于辨别喀斯特小流域旱季SMC的主要影响因素,从而为该地区土壤水源涵养功能的提高及流域水文过程研究提供科学依据。     

南方花岗岩红壤典型区土壤有机质的空间变异特征

 通过野外实地调查与室内试验,以长汀县为研究区,在GIS的支持下,运用地统计学方法分析南方花岗岩红壤典型区表层土壤有机质的空间变异特征。结果表明:研究区土壤有机质质量分数总体水平中等并具有中等的空间相关性,平均为2.73%;变异系数为72.73%,属中等变异;由空间自相关部分引起的空间变异性程度较大,C0/(C0+C)值为47.13%,变程为21.48km;在空间分布上呈现四周高中间低的分布特征,在中部地区形成连片的低值区,西部有机质质量分数整体较高,存在最高值。研究成果可为南方花岗岩红壤侵蚀退化地的生态恢复与重建提供参考。     

徐淮黄泛平原土壤有机质空间变异特征及主控因素分析

土壤有机质含量是估算土壤碳储量、评价土壤肥力和质量的重要指标,精确估算土壤有机质含量具有重要意义.本研究在徐淮黄泛冲积平原西北部选取了一个24 km×24 km方形区域为研究区,按照套合采样方法,采集了168个耕作层土样,测定分析土壤有机质含量和机械组成,运用地统计学方法和GIS技术研究了徐淮黄泛平原区表层土壤有机质含量的空间变异特征,利用方差分析和回归分析定量分析了区域内土壤有机质空间变异的影响因素.统计结果表明,研究区土壤有机质含量为21.80-7.43 gkg-1,属中等水平,变异系数为34.08％,属中等变异强度;地统计分析表明,研究区具有强烈的空间自相关性,结构变异占主导作用,各向异性显著,在45°方向上变异程度最剧烈,土壤有机质呈条带状分布,自东北向西南呈递减趋势;方差分析和逐步回归分析表明,土壤机械组成是研究区土壤有机质空间变异的主控因素,能够独立解释空间变异的64.9％,其次是土地利用、成土母质、土壤类型,四个因子对土壤有机质空间变异的综合解释为74.6％.     

区域土壤有机碳空间分布特征与尺度效应

结合当前土壤属性空间分布特征及其尺度效应研究进展和不足,综合采用变异函数理论、空间自相关理论、多重分形理论等方法从土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)空间变异性、相关性和结构性等不同层面深入揭示不同尺度下SOC空间分布特征及其尺度效应。研究结果表明:除了15 km尺度外,基于变异函数分析的其他尺度块基比均小于50%,结构性因素占主导,结构性因素主要包括土壤亚类、土地质地、土地类型等,随机部分带来的空间变异性随着尺度的增加呈现减少趋势;不同尺度下的莫兰指数随着分离距离的增加由完全正值逐渐变小,过渡到正负交替出现的格局,最后完全变为负值,标准化统计量均大于1.96,每个尺度均具有良好的空间结构;不论是瑞利谱图,还是多重分形谱,随着尺度的增加,图谱越来越接近,研究区不同尺度下的SOC在空间上的分布是典型的分维数体;无论何种尺度,基于多重分形克里格法的实测值与预测值特异值空间吻合程度较高,特异值覆盖比率均在85%以上。联合了变异函数、空间自相关、多重分形和多重分形克里格等方法能够从空间变异性、空间相关性、空间结构性等更加深入全面地揭示研究区SOC空间分布特征。研究成果可为相对平坦农业区域土壤有机碳空间分布特征研究提供方法支撑。     

基于各向异性的区域土壤有机碳三维模拟与空间特征分析

为探索更加科学的土壤属性三维空间模拟方法,以各项同性三维普通克里格法为对比方法,采用均方根误差（root mean squared errors,RMSE）和标准化克里格方差（mean squared deviation ratio,MSDR）以及空间模拟方差图等,评价比较了各项同性和顾及各项异性的三维模拟方法的模拟效果。结果显示：三种方法模拟的土壤有机碳三维空间分布格局基本一致。随着土壤深度的不断增加,土壤有机碳含量较高的斑块逐渐减少,垂直方向上总体呈现出土体上部高下部低的格局。顾及各向异性能在一定程度上克服普通克里格法常出现的牛眼和趋中效应等缺陷问题。顾及各向异性基于Markov 的同位置协同格里格法模拟效果最佳。该法的 RMSE 值最小（1.6215）,相比于各项同性三维普通克里格法 RMSE提高将近50%,特异值覆盖比率最大（76.15%）,模拟精度最高,能够更好地突出波动性,体现特异值;该方法的 MSDR最接近1（1.4409）,且模拟的土壤有机碳质量分数总体方差均值最小（2.08）。研究成果将为区域土壤属性三维空间有效模拟提供方法参考。     

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。     

基于两点机器学习方法的土壤有机质空间分布预测

准确预测土壤有机质（Soil Organic Matter,SOM）空间分布对精细农业、耕地质量建设、生态环境保护以及固碳减排等均具有重要的意义。该研究探讨了基于两点机器学习方法（Two-point Machine Learning,TPML）提高SOM空间分布预测的可行性。以黑龙江省海伦市为研究区,以气候、地形地貌、社会经济和空间位置信息等因素作为辅助变量,充分利用空间位置信息和属性相似关系,有效处理SOM空间分布异质性及其与辅助变量间关系异质性,以提高TPML方法进行SOM空间分布预测的精度。采用随机森林、基于随机森林的回归克里格、反距离权重法和普通克里格（Ordinary Kriging,OK）方法作为对比,以平均绝对误差（Mean Absolute Error,MAE）、均方根误差（Root Mean Square Error,RMSE）、预测值与真实值相关系数（r）和决定系数（R2）作为评价指标,进行不同样本量下的多组对比试验,评价不同方法的预测精度。结果表明：1）研究区SOM含量在1.775～7.188 g/kg之间,平均值为3.179 g/kg,空间分布不均匀,呈东高西低的分布趋势。2）在不同样本量条件下,与其他模型相比,TPML的预测精度均最高,其MAE（0.088～0.097 g/kg）和RMSE（0.116～0.139 g/kg）均为最小,r（0.992～0.996）和R2（0.971～0.985）均为最高。3）预测值的误差标准差（理论误差）与实际误差具有相似的空间模式,说明TPML可以为预测结果提供合理的不确定性估计。综上,TPML模型可以通过同时利用空间自相关性和属性相似性来提高预测精度,该模型适用于预测具有一定空间自相关性且具有可用辅助数据的资源环境变量。