干旱荒漠区污水灌溉山地园林土壤养分的空间变异特征

以乌鲁木齐市雅玛里克山污水灌溉区为例,采用地统计学方法研究了干旱荒漠区山地园林污灌区土壤中的6种土壤养分指标全N、全P、全K、速效N、速效P、速效K的空间变异特征。结果表明,6种土壤养分指标的变异系数在8.34%～39.68%之间,全N、全P、速效P服从正态分布,全K、速效N、速效K服从对数正态分布。所有养分的块金值与基台值之比都在25%以下,说明结构性因素控制这些养分的含量分布,导致样点之间的空间自相关作用强。土壤养分的相关距变化范围为19.1～116.7 m。因为灌溉污水的影响,强矿化作用使得全N、速效N在质地粗轻的山坡含量较高,而氨挥发则造成全N、速效N在质地细重的谷地含量较低,偏弱碱性的污水加剧了P的固定,使研究区内全P、速效P含量整体偏低,但同时偏弱碱性的污水促进了K的释放,使速效K含量明显提高。污灌能促进速效养分的释放,使养分之间具有一定相关关系。     

Interpolation type and data computation of crop yield maps is important for precision crop production

Technological advances in precision agriculture in the last two decades have made yield monitoring and mapping an economically feasible option or practice for farmers. Differentially corrected Global Positioning System (GPS)-equipped yield monitoring system on a combine allows collection of georeferenced yield data which when coupled with a geographic information system (GIS) can generate yield maps via several interpolation techniques. Scientists and practitioners have reported to use multiple different types of interpolation techniques to process yield data. However, one of the aspects that still need to be elucidated is the influence of the different interpolation methods on the quality of the resulting thematic yield maps. The objective of this study was to investigate the influence of three interpolation methods (i.e., inverse of distance, inverse of square distance, and ordinary kriging) commonly used in developing yield maps. An index for the comparison of errors (ICE) was proposed to provide an objective criterion for selecting an experimental variogram model to use with the kriging. Results indicate that inverse distance squared performed slightly better in predicting yields than either inverse distance or ordinary kriging. With a mean absolute difference varying from 0.04 to 0.32 t ha^?1 corresponding to a relative deviation from 1.20 to 7.53%, the management decisions can differ in some cases based on the type of interpolation implemented.     

基于ArcGIS空间插值的河套灌区土壤水盐运移规律与地下水动态研究

为探明河套灌区盐渍化半封闭小型灌域作物生育期土壤盐分和地下水变异规律,选取巴彦淖尔市五原县盐渍化土壤典型区域作为研究区.采用区域土壤—地下水信息定点监测法,选取149个采样点,30口地下水观测井,获得各项指标数据,并结合经典统计学、空间插值、相关性回归分析等方法,研究了土壤盐分及地下水动态空间变异性、不同深度土壤空间变...     

农田土壤养分的空间变异性特征

对一块面积为１ｈｍ^２麦田内的９８个观测点取样分析,测定了代表不同土壤含水率水平下的两个时期土壤表层和底层的ＮＨ_４-Ｎ、ＮＯ₃-Ｎ、Ｏｌｓｅｎ-Ｐ、表层有机质和全氮等养分。应用地统计学的方法对所取的数据进行了分析,结果表明底层土壤的ＮＨ_４-Ｎ、表层土壤的有机质服从正态分布;其余养分基本上服从对数正态分布;按一定的精度和置信水平确定了合理的取样数目。通过半方差函数分析,发现这些养分在一定范围内存在空间相关性;采用Ｋｒｉｇｉｎｇ方法对未测点进行了估值,绘制了等值线图,并对两个时期的养分动态的空间变异进行了初步分析。该成果可用于提高氮肥利用率和精确农业（施肥）的研究和实践。     

陕西省水蚀土壤因子指标插值方法比较研究

基于地统计学原理和半变异理论,采用地理信息系统技术定量研究了陕西省水蚀土壤因子指标的空间变异特征.分析比较了反距离权重法、样条函数法与普通克吕格法对陕西省土壤因子指标空间插值的精度.结果表明,研究区土壤抗冲系数具有中等强度的空间相关性,块金系数为32.29%,而稳渗速率、崩解速率、抗剪强度均表现为强烈的空间相关性,块金系数分别为13.19%,11.61%和12.98%.综合考虑平均相对误差、均方差及插值效果,认为普通克吕格法最好,更能反映土壤参数的空间特征并符合区域水土流失模型对数据的要求.对于普通克吕格法,稳渗速率的Lag步长为30 000 m,半方差理论模型为指数模型;抗冲系数、崩解速率、抗剪强度的Lag步长为55 000,半方差理论模型均为高斯模型.在空间分布上,各指标随土壤类型由北到南呈现明显的地带性规律.     

新疆盐渍化区土壤盐分离子的空间变异特征

土壤中盐分含量与空间分布是了解多孔介质中水盐运移规律并进而因地制宜提出盐渍土改良措施的关键。利用地统计学,结合地理信息系统（GIS）,在面积约为2 000 km2的新疆典型盐渍化区渭干河流域布设了土壤取样点43个,测定了土壤表层（0～30 cm）盐分及其组成（Ca^2＋、Mg^2＋、K^＋、Na^＋、SO4^2-、Cl^-、HCO3^-）的空间变异性规律。结果表明：Ca^2＋、HCO3^-为正态分布,其余盐分离子符合对数正态分布;半方差分析得出总盐分符合球状模型,Mg^2＋、K^＋、Na^＋、Cl^-、SO4^2-符合指数模型,Ca^2＋符合高斯模型,而HCO3-则是纯块金效应;盐分离子的变程在14.3 km～64.1 km之间;盐分离子均表现为中等强度的空间自相关,但程度有所差异。用Kriging插值法对未测点的盐分离子进行最优估计,绘制含量分布图,从而可以更直观的反映研究区土壤盐分离子的空间变异特征。     

伊犁新垦区土壤有机质的克里金插值和条件模拟多尺度分析

克里金插值和条件模拟作为两种常用的空间变异近似和逼近方法,能否真实刻画要素的多尺度结构关系到相应结论的正确性.本文采用尺度方差分析方法,结合经典的半方差函数和Moran's I,以伊犁新垦区土壤有机质为例,对普通克里金插值(OK)和序贯高斯模拟(SGS)的结果进行多尺度分析.结果显示新垦区土壤有机质具有比较强的空间自相关性,10km、35 km和60 km左右为土壤有机质的特征尺度.在小尺度上,SGS对真实的空间数据尺度结构刻画都出现一定的偏差.在大尺度上,两者能够比较真实地反映数据的多尺度结构,可有效刻画35 km和60 km的特征尺度.     

锡林河流域土壤有机碳空间变异分析

为了探索锡林河流域土壤有机碳的空间变异规律,基于半方差函数理论和普通克里格插值研究了0-10 cm,20-30 cm,40-50 cm土壤有机碳变异特征及分布格局。结果表明,（1）0-10 cm,20-30 cm,40-50 cm层土壤有机碳的最优拟合模型依次是高斯模型、高斯模型、指数模型。（2）随着土层深度的增加,土壤有机碳空间分布相关性增强,0-10 cm层土壤有机碳存在中等空间分布相关性,20-30 cm与40-50 cm层土壤有机碳具有强烈的空间分布相关性,自相关距离分别为25.81 km,20.26 km,45.00 km。（3）各向异性分析表明:各方向土壤有机碳变异程度随着土层深度增加而减弱,同层不同方向半方差变化明显,各向异性显著,不同层西南-东北45°方向以及东南-西北135°方向半方差变化最为明显,而各层45°方向变异程度却表现出相似性。（4）各层土壤有机碳分布具有一致性,流域南部边缘到东部以及东北部为土壤有机碳含量较高区域,北部、西北部以及上游的中南部是全流域土壤有机碳含量最低的区域,西部以及西南部土壤有机碳含量处于相对中等水平,流域地形与植被分布特征决定了土壤有机碳这种分布特点。     

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.     

焦作市城区土壤重金属空间变异特征及污染评价

为揭示人类活动对土壤环境质量的影响,在河南省焦作市3个城区采集了44个表层土壤样品。利用单因子指数法和内梅罗综合指数法评价了土壤表层重金属的污染程度。并采用地统计学方法对表层土壤样品Cr,Cu,Cd,Pb共4种重金属的空间变异结构和分布格局进行了分析。结果表明,Cr,Cu,Cd,Pb的超标率分别为47.73%,0%,22.73%,0%,土壤Cr,Cd污染较为严重。3个城区Cr和Cd的分布特征总趋势为:山阳区中站区解放区,Pb和Cu的分布特征总趋势为:解放区山阳区中站区。土壤Cr,Cd和Pb之间以及Cu和Pb之间呈显著相关。空间变异结构分析表明,Cd具有极强的变异性,Cr具有较强的变异性,Cu和Pb是中等变异强度。半方差函数模型拟合结果显示Cr具有较强的空间自相关性,Pb具有中等程度的空间自相关性,Cd和Cu具有较弱的空间自相关性。在此基础上,元素Pb呈环状,Cu呈岛状,Cr和Cd呈带状分布。     

基于大尺度低密度样点的东北土壤全氮空间插值方法比较

基于全国第二次土壤普查东北地区土壤数据,以ArcGIS和GS⁺软件为支撑,对比分析了反距离加权法(IDW)、径向基函数(RBF)、普通克里金(OK)和回归克里金(RK)4种地统计空间插值方法在7个不同样本容量下土壤全氮含量(STNC)的空间插值效果。结果表明,由普查数据得到的东北地区STNC在0.08~21.48 g/kg之间,数据变异性较大;STNC空间结构表现出中强度空间自相关性,空间自相关范围大于同区域的小尺度采样研究;样本容量<171时,STNC空间变异性发生变化,空间结构特征和精度检验水平难以确信。4种空间插值方法对STNC空间趋势表达均呈现从东北向西南方向递减规律,空间趋势预测效果为:RK >OK >RBF >IDW。RK方法通过线性回归分析添加了阳离子交换容量(CEC)、年均温(MAT)、土层厚度(d)和pH值等辅助信息,比IDW,RBF和OK方法的插值精度分别提高了19.40%,18.50%和16.15%;在不同样本容量下RK方法的插值精度较为稳定且对无样点区STNC的空间趋势预测也体现出了更多细节信息,因此对于大尺度低密度采样的土壤属性空间插值可重点考虑RK方法。     

普通克里格评估土壤污染物空间分布精度控制研究

从数据的统计特征分析、异常值筛选及处理、实验半变异函数计算及拟合等方面对普通克里格计算过程中的精度控制问题进行了初步研究,并以天津市东南郊区土壤砷（As）空间分布评估为例,分析了在多步骤精度控制下普通克里格法估计土壤污染物空间分布的可靠性。结果表明,研究区土壤As表现出了明显的累积特征,且监测值为正态分布,异常值较少且为局部异常值,实验半变异函数表现出明显的各向异性。在较严格的精度控制下,普通克里格估值的最优无偏特性可以得到较好的体现,其对土壤As的空间分布的估计精度可以达到较高的水平。     

江门市新会区耕地土壤有效性Si,Ca,Mg的空间变异特征

运用地统计学,结合GIS技术研究了江门市新会区土壤有效性Si、有效性Ca和有效性Mg3种元素含量的空间分布特征。结果表明,各变量经对数转换后符合正态分布。半方差分析的结果显示,除了有效性Ca具有强空间相关外,其余的都具有中等空间相关性。从Kriging插值结果可知,有效性硅含量在115 2 30mg/kg的面积占研究区域耕地面积的34.9% ,主要分布于研究区域的中部和东北部地区;有效性Ca的含量在>10 0 0mg/kg的面积占研究区域耕地面积的71.6 % ,主要分布在研究区域的东北、中部和西北、南部的部分地区;有效性Mg的含量在>30 0mg/kg的面积占研究区域耕地面积的2 9.8% ,主要分布于研究区域的东北部地区     

新疆岳普湖县土壤盐分空间变异及其分布特征研究

基于区域变量理论,采用GPS定位技术,于2005年7-8月,对岳普湖县土壤进行定点取样,土壤取样层次为0-30cm、30-60cm、60-100cm和100-200cm,共取样点118个。在GIS技术支持下,通过地统计学半变异函数和Kriging空间插值,定量分析岳普湖县不同层次土壤盐分的空间异质性。结果表明:岳普湖县各层土壤含盐量普遍较高,均值分别为17.44,11.67,9.10,8.14g/kg,且变异性大、变异系数为0.877～0.959,接近于强变异性。0-30cm、30-60cm和60-100cm土壤盐分的理论分布模型属于指数模型,100-200cm属于球状模型。各层土壤盐分空间相关性均属于中等程度。不同土层之间的空间自相关范围具有明显的差异,由表层至深层,土壤盐分的自相关范围逐渐增大。在空间格局上,岳普湖县土壤盐渍化极其严重,0-30cm土层,强度盐渍化面积占总面积的40.42%,盐土47.87%。水平方向上,土壤盐分的高值区主要分布在岳普湖镇、岳普湖乡、色也克乡、阿其克乡和铁热木乡。研究成果可为岳普湖县防治土壤次生盐碱化及其合理利用水土资源方面提供决策依据。     

广东省典型赤红壤区耕层土壤养分的空间变异

[目的]探讨我国典型赤红壤区——广州市增城区耕层土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量的空间变异规律,为赤红壤区耕层种植的平衡施肥、水土保持和环境保护提供依据。[方法]利用地统计学方法和地理信息系统技术。[结果]研究区耕层土壤有效磷的含量较高,速效钾的变异系数最大(107.78%),有机质的变异系数最小(32.51%),变异系数由大到小依次为:速效钾有效磷全氮有机质;有机质、全氮具有强烈的各向同性空间自相关性,有效磷与速效钾有着较明显的各向异性空间自相关性;有机质、全氮有着相似的空间分布规律,含量呈东南部高西北低的趋势,有效磷含量处于中上偏高水平,空间分布从北向南呈逐步增多趋势,速效钾空间分布相对比较复杂,各个养分级别都有一定量的分布,总体由北到南逐渐增多。[结论]在一定空间范围内,耕层土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾具有不同强度的空间相关性,且选取合适的方向性半方差函数模型能更好地拟合其空间变异情况。     

科尔沁沙地沙质草场土壤水分对干旱和降雨响应的空间变异性

采用地统计学的方法,研究了科尔沁沙地沙质草场土壤含水量对干旱和降雨响应的空间变异规律。结果表明,干旱时沙质草场表层(0～20cm)、亚表层(20～40cm)土壤含水量可很好地拟合成球状模型和指数模型,在1～2．26m,1～6．63m的中等尺度范围内表现出很高的空间自相关性,空间自相关度分别为0．92,0．87．分维数均表现出较弱的空间依赖性．分别为1．99,1．94,两层土壤含水量变异特征差异小,土壤水分的空间变异性强,破碎化程度高。降雨后沙质草场土壤表层、亚表层土壤含水量可很好地拟合成指数模型和球状模型,也具有空间结构特征,空间自相关度分别为0．62,0．98,变程分别为181．80m,4．55m,分维数为1．91,1．99,再有土壤水分空间格局图分析,表层土壤含水量空间变异性小,亚表层空间变异性大,两层土壤含水量变异特征存在明显差异。干旱时与降雨后沙质草场表层土壤水分统计特征、变异函数模型和参数、分维数和土壤水分空间格局分布图存在显著的差异,而亚表层差异较小。一定强度的降雨在短期内只能削弱处于干旱时沙质草场表层土壤水分的空间变异性,使其表层土壤水分破碎化程度、空间变异性减弱,而对土壤深层的水分补充和影响有限。     

基于线性混合模型的滨海盐碱土盐分空间变异性研究

准确的土壤盐分空间变异信息是防治土壤盐碱化和制定科学种植规划的重要依据。本文根据电磁型近地传感器EM38测定的土壤表征电导率(EC_a),研究有限最大似然法(REML)在地统计建模趋势去除中的应用,基于线性混合模型将趋势与残差分离,然后利用泛克立格开展海涂围垦区水稻田土壤盐分的空间变异性研究。结果表明,本研究区土壤盐分存在强烈的空间变异性且呈一定的空间分布趋势;REML方法拟合的二次多项式模型可较好的表征土壤盐分的空间分布趋势,在去除趋势的同时,选用指数模型对残差的半方差函数进行拟合;基于泛克立格插值的交叉检验结果可见,该方法可得到较小的预测误差,且标准离差比平均值参数接近理想值,REML方法大大提高了模型的精度;就地统计空间插值结果可看出,土壤盐分呈出从西北角向东北角、从周边向中心渐变的空间分布特征,且与土壤排水条件表现出较好的耦合性。     

黑龙江省肇源县土壤汞的空间分异研究

研究土壤汞的空间分异,可以探明影响汞分布的因素,从而有助于解决汞污染等重大生态环境问题。以肇源县的表层和深层土壤为研究对象,利用统计指标、GS⁺软件中的半方差函数模型和ArcGIS软件支持下的克里格插值法,对258个深层土壤样品和1 030个表层土壤样品进行分析,探讨了研究区重金属汞的积累特征。结果表明:样本点之间具有一定的空间相关性。表层土壤汞分布较深层更为不均匀,表层差异更大主要是受人为因素影响,与灌溉、施肥、工农业活动密切相关。深层土壤汞分布状况主要受自然因素影响。     

豫中植烟区土壤速效养分的空间变异分析

利用地统计学和GIS相结合的方法,探讨了豫中烤烟种植区土壤速效氮、磷、钾含量空间变异特征。结果表明:研究区速效氮含量属于偏低水平,而速效钾和速效磷为偏高水平。以速效氮的变异系数为最小,速效磷的变异系数为最大。土壤 pH与速效氮和速效磷都成呈显著的正相关关系,土壤有机质与速效氮、速效磷和速效钾都达到极显著的正相关关系。研究区3种土壤速效养分中,除了速效氮为线性模型外,速效钾和速效磷都是球状模型。速效磷和速效钾属于中等强度的空间变异性,而速效氮属于弱的空间相关性。本烤烟种植区土壤速效养分的等值线图可更准确和直观地了解研究区土壤养分的空间分布,从而为精确施肥提供依据。     

盐碱地土壤养分的空间变异及合理取样密度研究

本研究以东营市河口区新户土地开发项目二期为研究区,运用经典统计法和地统计分析相结合的方法,对土壤有机质、速效磷、速效钾、碱解氮等养分以及土壤全盐的空间变异性质进行研究,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,以确定盐碱地有机质的合理取样密度。结果表明,研究区速效钾的变异系数为18.4%,属于低等程度的变异;有机质、碱解氮、速效磷、土壤全盐的变异系数在57.4%~76.9%之间,属中等程度变异。研究区的各种土壤属性均具有较好的空间结构,表现出一定的空间自相关性。有机质和速效钾的空间变异性主要影响因素与成土母质、土壤类型、气候条件等有关,而碱解氮、速效磷、土壤全盐的空间变异性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,适当减小样点密度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,确定研究区土壤有机质合理取样数为111个,合理取样单元为48 hm~2,合理取样间距为692 m。