四川盆地耕地土壤pH空间变异特征及影响因素

基于四川盆地4362个耕地表层土壤（0~20cm）采样点数据，采用地统计学法、方差分析和回归分析法分析了该区域耕地表层土壤pH的空间分布特征及其不同影响因素对土壤pH空间变异的影响程度。结果表明：研究区土壤pH值在3.53~8.76之间，平均为6.54，以微酸性至中性为主；变异系数为18.89%，属于中等程度的空间变异。半方差分析表明，指数模型为该区域土壤pH变异的最佳拟合模型，块金效应为49.97%，属于中等程度的空间自相关性，受结构性因素和随机性因素共同影响。空间分布上，整体呈现北高南低、西高东低、中间高四周低的空间分布格局。回归分析结果表明，土壤pH的空间变异主要受到土壤类型、降雨量、地形和耕地利用方式的影响。其中，土壤类型和降雨量分别能独立解释14.6%和11.6%的土壤pH空间变异，是该区域土壤pH空间变异的主控因素。     

绿洲土壤表层含盐量空间变异分析的插值方法研究

为了比较土壤表层含盐量空间变异性研究的各种空间插值方法的优劣,以渭库绿洲为例,运用基于ArcGIS的4种空间插值方法（反距离加权、样条函数、克里格、协同克里格空间插值方法）,分析了土壤表层含盐量的空间变异性。并通过分析各个交叉检验统计量来验证评估数据的误差,从而选取最优的空间插值方法。结果表明:4种插值方法的插值结果基本能反映含盐量的空间分布特征,简单克里格法更适合绿洲表层土壤含盐量的空间插值;通过空间插值可以发现表层土壤含盐量呈现出东南高、西北低的态势。对渭库绿洲土壤盐分空间分布特征及空间变异进行了解,有利于土壤盐渍化的快速诊断,是盐渍化土壤治理和改良的重要基础。     

安徽省六安地区土壤pH空间变异特征及其影响因素

本文对安徽省六安—霍山地区土地质量地球化学调查项目取得的1295个土壤表层样品(0～20cm)的pH值进行了统计分析,深入探讨了其空间变异特征及其影响因素.结果表明,研究区表层(0～20cm)土壤pH变化幅度为3.97～8.09,平均值为5.38.90.57％的土壤样品pH值在研究区5.0～6.5范围内,呈酸性,局部地...     

不同尺度下土壤盐分空间变异的指示克里格评价

针对目前黄淮海平原盐渍土改良区存在的土壤盐渍障碍问题,以该区域典型县域禹城市为研究对象,综合运用GIS和非参数地质统计学的指示克立格法,对县级和镇级两个采样尺度下0～20 cm耕层土壤盐分的空间变异性进行了分析,并给出了土壤盐分满足一定条件的概率分布图.结果表明,两个采样尺度下土壤盐分均不符合正态分布且都存在特异值,但...     

柴达木盆地干旱区灌溉枸杞田土壤砷空间变异及评价

研究灌溉农业对土壤砷的影响因素及影响程度,可以为土壤砷含量、分布变化趋势提供认识依据,继而为地区农产品安全、环境污染风险评估奠定工作基础。选择柴达木盆地一块新开垦枸杞种植田,土地平整后引河水灌溉,种植枸杞。在枸杞种植前及后1~3 a内,定点检测土壤表层(0~20 cm)砷含量,研究其含量及分布变化,并对变化原因和结果进行分析评价。结果表明,原生地土壤砷质量分数为0~26.40 mg/kg,变异系数为0.47,有45.5%的样点超过绿色标准(≤20 mg/kg)。种植1~3 a后与原生地比较,表层土壤砷含量最低值增加,最高值降低,平均质量分数为15.50~15.88 mg/kg,随种植年限增加趋于稳定,样点超过绿色标准率呈下降趋势。GIS空间分布图显示,原生地土壤砷含量高点出现在研究区西北端,低点出现在东南端,整体分布有多层次落差。随着种植年限的增加,原生地的最高和最低分布区域逐渐消失,空间分布层次落差范围逐渐缩小,但仍然保留着原生土壤西北端高、东南端低的固有分布特征。调查统计枸杞种植期间每年有约250 g/hm2土壤砷净输入,然而其实际测定的平均值并没有增加,说明存在其他路径的输出如砷的向下迁移。     

样点规模与采样方法对表层土壤pH空间预测精度的影响

土壤空间预测与数字化制图的精度受土壤样点规模、采样策略、预测模型选择、目标区域地貌与成土环境复杂程度、协变量数据质量等多种因素共同制约。选择河南省为研究区,基于9种土壤样点规模、5种采样方法,应用5种最具代表性的机器学习(Machinelearning,ML)算法对耕地表层土壤pH实施空间预测与数字化制图,用以对比分析不同样点规模与采样方法对ML模型的性能表现及土壤pH预测精度的影响。结果表明：(1)当研究区土壤样点规模从200个经由400个、800个、1 200个、1 600上升至2 000个时,无论使用何种采样方法,所有ML模型的性能表现与预测精度均呈快速上升的总体趋势;当样点规模达到并超过2 000个时,大多数ML性能表现及预测精度趋于稳定,表明2 000个土壤样点可能是这些ML模型预测研究区耕地表层土壤pH的样点规模阈值。(2)5种ML模型性能表现及其土壤pH预测精度存在明显差距,基于树结构的随机森林(Random forests,RF)和Cubist表现最好,无论使用哪种采样方法,这两种模型预测结果的决定系数(R²)均可稳定在0.75～0.80之间、RM...     

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。     

鄂尔多斯不同地形下土壤养分的空间变异

通过野外调查采样与室内土壤理化分析相结合，对鄂尔多斯荒漠区不同地貌类型下的土壤养分分布特征进行了初步分析。研究表明：鄂尔多斯沙地土壤养分含量普遍较低，两断面表层有效钾的均值在64.73-70,95mg/kg之间，有机质含量在0.493%-0.508%之间。pH值在8．0左右。在地形部位较高的硬梁，丘顶处土壤养分含量最低，软梁次之，而在地势较低滩地，丘间地土壤养分含量较高。硬梁，软梁，滩地表层土壤有机质和有效钾含量分别为0．18％，0．50％，1．16％和35．29mg/kg.60\67mg/kg,98.32mg/kg，丘顶，丘间，农田表层土壤有机质和有效钾的含量分别为0．09％，1．09％，0．84％和23．91mg/kg，60．34mg/kg，77．42mg/kg。在多数土壤剖面上，土壤养分从上到下递减。通过对两地形断面上土壤有机质和有效钾的一维半方差函数均表现出明显的空间结构性，并且各种养分的独立较大，在艾碱壕断面上土壤有效钾和有机质的独立间距为70．89m和69．15m，在深海沟断面上土壤有效钾和有机质的独立间距为12．48m和35．98m，说明在调查区域内土壤养分存在一定的相关关系。     

云南省呈贡县蔬菜地表层土壤Pb Cu和Zn的小尺度空间分布特征

应用地统计学对云南省呈贡县蔬菜生产基地2个典型区域（湖滨区和平坝区）3种微量元素（Pb、Cu和Zn）含量和土壤理化参数（CEC、〈0.01 mm粘粒和有机质含量）进行了空间结构分析。结果表明：（1）Pb、Cu和Zn含量在湖滨区低于平坝区, 湖滨区Pb含量的变异系数较大, 达到88.7%;（2）Pb、Cu和Zn含量在不同方向上呈带状各向异性,方向都为WS-NE和SE-NW;（3）Pb、Cu和Zn含量表现出强烈的空间变异,空间相关度介于25%和75%之间。在湖滨区Pb的变异强度高,Cu和Zn在平坝区的变异强度大于湖滨区;（4）CEC在湖滨区受到随机因素引起的变异强度大于平坝区,而粘粒含量和有机质含量的空间相关度均介于25%和75%之间。Pb、Cu和Zn含量与CEC之间呈显著的负相关性;（5）5个相邻的温室大棚湖滨区Pb含量高度变异,Cu和Zn的变异系数小。平坝区各指标的变异系数接近。呈贡县蔬菜生产基地表层土壤Pb、Cu和Zn含量在小于1 km^2的尺度上表现出明显的空间变异性,空间变异与土壤结构、灌溉、耕作活动、管理水平、施肥水平、大棚蔬菜生产年限、地下水位、农田道路网络和城市排污沟渠的分布等有关。     

分形方法在土壤特性空间变异研究中的应用

土壤特性空间变异研究对土壤制图、精准施肥、农业可持续发展等方面具有重要意义。分形几何学是一种探索复杂性的事物的新科学方法和理论,在研究土壤特性空间变异中将有大有可为。本文主要综述了 2000 年以后分形理论在土壤物理特性、化学特性、水分特征及状态参数的空间变异研究中的应用进展,最后对分形理论在土壤特性空间变异研究中的发展方向进行了展望。     

玛纳斯河流域表层土壤盐分空间变异特征研究

<正>玛纳斯河流域作为新疆开垦面积最大的人工绿洲,是自治区重要的粮、棉糖生产基地。该流域受区域母质、气候、地形、水文等因素影响,分布着不同类型的盐渍土[1],加之不完善的农业基础设施以及传统的灌溉方式使各灌区地下水位日益升高,造成土壤严重次生盐渍化,严重影响着该区农业的     

Soil penetrometer resistance spatial variability in a Ferralsol at several soil moisture conditions

The penetrometer resistance (PR) spatial variability in a Ferralsol under different soil moisture conditions was characterized through statistical and geostatistical methods. PR measurements were made in a 10-row, 10-columns, 3-m spacing grid at 20–30 cm depth using a hand-pushing penetrometer. Measurements were made for dry soil conditions (before irrigation) as well as 2 and 24 h after irrigation. The soil bulk density (BD) and the relative topographical altitudes (RT) were measured at the same locations. The PR spatial variability is normally distributed for dry soil conditions and after irrigation-water redistribution. A normal distribution fits also to the BD spatial variability. PR mean and coefficients of variations are lower for wet soil conditions and vary notably according to the soil moisture condition. The PR semivariance values are much higher for dry soil conditions than those found for wet soil conditions. However, the semivariogram of PR before irrigation shows almost a pure nugget effect. Irrigation yields a spatial structure in PR measurements. Despite the differences in the shown spatial structure, the range of the PR semivariograms before and 24 h after irrigation is about 8–10 m, which is very similar to the range of the BD semivariogram. The correlation coefficients between PR and the other measured variables are very small before and after irrigation, which could lead to the conclusion that those variables are not related at all. However, according to the co-dispersion coefficients plotted as a function of the separation lag, the correlation between those variables changes according to the separation distance. Particularly, PR and the RT show correlation 24 h after irrigation only for lags between 5 and 12 m. The results pointed out that PR spatial variability depends on soil moisture condition, soil BD and on several local features as microtopography.     

两种取样尺度下土壤重金属空间变异特征研究

通过在两种取样尺度下采集重庆地区土壤样品,测定土壤重金属As、Hg、Cd、Pb、Cr含量,研究不同取样尺度下地统计学方法对土壤重金属空间分析的实用性和空间插值质量。研究结果表明,除小尺度中As、Cd、Cr呈正态分布,小尺度中的Pb、Hg和大尺度中As、Hg、Cd、Pb、Cr均呈偏态分布。各重金属变异系数存在明显空间变异(CV介于23.2%~24.1%),小尺度下空间变异较小,大尺度下空间变异大。在两种取样尺度下,土壤重金属均存在典型的半方差结构,表明采用地统计学方法进行重金属空间变异分析是可行的。在小尺度下,各重金属块金系数介于0.112~0.736之间,表明具有强或中等空间自相关;在大尺度下,块金系数介于0.301~0.570之间,表明具有中等空间自相关。空间插值和交互检验结果表明,As、Cr、Hg、Cd在小尺度下的空间估测结果能准确地反映变量的空间变异,在大尺度下估值有偏差,Pb在两种尺度下的估测结果均有偏差。     

单次污水灌溉后长期污灌土壤镉的垂向分布特征

以河南省新乡市娘娘庙污灌区一块约328 m2的田块为研究区,采用均值、变异系数、半方差函数及分维数等相结合的方法,分析一次污水灌溉前后10 d内东西向剖面A、B、C和D(南北向每相距10.5 m设置1个剖面,由北至南依次编号为A、B、C和D)的土壤有效镉的垂向空间变异及其分布特征,为田块土壤中有效态镉分布与土壤植物修复相结合的研究思路提供基础性探讨。结果表明:灌水后,土壤有效镉含量在剖面A、B、C和D的均值分别减少0.06 mg?kg?1、0.11 mg?kg?1、0.14 mg?kg?1和0.23 mg?kg?1,呈现中等离散程度;在0.393~1.308 m变程范围内,块基比C0/(C0+C)25%,土壤有效镉剖面总体表现出由随机性引发的变异较小,空间相关性较强;剖面A、C和D土壤有效态镉的分维数降低,空间变异程度减弱。Kriging插值结果表明该区有效镉呈条带状分布格局,且在0~15 cm土层呈现累积现象;沿灌水方向,土壤有效镉含量剖面等值线分布由密集到稀疏。相关分析表明,土壤有效镉含量与土壤有机质含量呈正相关,与土壤含水率呈中等程度相关,与p H呈现强负相关,表现为土壤有机质含量越高土壤有效镉含量越大,p H越高土壤有效镉含量越小;污水灌溉对土壤有效镉、土壤含水率、土壤p H和土壤有机质的影响显著,同时会削弱有效镉与各影响因子间的相关关系。伴随着污水灌溉动态的有效镉分布和变异特征可以为应用植物吸附进行土壤重金属污染修复方面的研究提供基础数据。     

考虑灌溉参数空间变异的区域畦灌模拟与验证

精确评估区域畦田灌水质量有助于提高农田灌水管理水平,而具有空间变异性的灌溉参数如何有效表征是影响区域畦田灌水质量精确模拟评价的关键因素。为此,该研究的目的在于借助Monte-Carlo抽样,建立考虑畦灌参数空间变异性的区域畦灌模拟方法。采用Monte-Carlo抽样将具有空间变异性的区域灌溉参数(如入畦单宽流量、土壤砂粒含量、黏粒含量、土壤容重等)离散表征为若干个灌溉参数样本,依次输入田块尺度畦灌地表水流-土壤水动力学耦合模型,以模拟评价区域畦灌过程。基于3次区域畦灌试验的实测数据和1个对比的确定性畦灌模拟方法,验证建立的模型的模拟效果。结果表明,所建模拟方法与确定性模拟方法模拟计算的灌水效率和灌水均匀具一定差异,所建模型的模拟值与实测值间的灌溉定额和田间水利用系数相对误差分别为9.95%~12.23%和8.39%~10.21%,而基于现有模型的相对误差则分别为14.15%~16.78%和13.87%~15.88%,畦田平均土壤含水率实测值与所建模型模拟值的累积分布趋势表现出良好的一致性。上述指标表明所建模拟方法有效缩小了区域灌溉参数空间均化处理所带来的模拟误差范围较大等问题,为区域畦田灌溉优化设计和管理提供了技术支撑。     

Seasonal changes in multi-scale spatial structure of soil pH and related parameters along a tropical dry evergreen forest slope

Seasonal changes in multi-scale spatial variation in soil chemical properties, which may be controlled simultaneously by biotic and abiotic factors, have not been studied in tropical dry forests. We evaluated the spatial variation of physico-chemical soil properties, plant litter and terrain attributes at multiple scales in a tropical dry evergreen forest using multivariate geostatistics. Soil samples were collected at different depths using nested interval sampling during 1- and 10-m intervals in both the wet and dry seasons. We measured pH, exchangeable cations (Ex-K⁺ and Ex-Ca²⁺), acidity (Ex-H⁺ and Ex-Al³⁺), particle size (clay and sand contents), and forest floor mass (O_i and O_a). Pronounced spatial variation in pH was observed in surface soil (0-5 cm) but not in deeper soil (5-55 cm). Multi-scale spatial structures with short (20 m) and long (86 m) ranges were observed in the auto- and cross-variograms of soil, litter and slope gradient. Pronounced multi-scale structures were observed simultaneously in pH and Ex-Ca²⁺ both in the wet and dry seasons. Only a short-range structure was observed in Ex-K⁺ and O_a, whereas a long-range structure was pronounced in sand contents and slope gradients. Although the variograms had similar shapes between wet and dry seasons for almost all variables, the short-range structure of the cross-variogram between O_a with pH and base cations was more pronouncedly developed in the wet season than in the dry season. Scale-dependent correlation coefficients suggest that a small-scale spatial variation in pH was connected to heterogeneous litter accumulation via base-cation input, whereas long-range spatial variation was simultaneously linked to particle size and slope gradient. This multivariate geostatistical approach applied within a stand detected biotic and abiotic factors controlling spatial variation in soil properties at both short and long distances.     

海河低平原盐渍区土壤养分空间变异性研究

应用地统计学方法分析研究海河低平原盐渍涝洼地2700m×2100m尺度土壤6个主要养分属性和全盐量的空间变异结构结果表明,在轮荒、撩荒半自然状态下土壤全N 、速效氮、速效磷、速效钾及有机质等含量的空间变异性存在着良好的半方差结构,而全P 半方差结构尚难理想的确定.半方差曲线图遵从指数和球函数等理论模型,最大相关距离分别在340～1173m,结构方差在基台值中所占比例均较大,达40%以上.     

不同阈值下土壤盐分的空间变异特征研究

指示克里格法(Indicator Kriging,IK)应用的关键是阈值的合理选择。本文以黄淮海平原盐渍土改良区典型县域禹城市为研究区域,在1.0 g kg-1、2.0 g kg-1、3.0 g kg-1等3个盐分阈值下,对0～20 cm耕地土壤盐分的变异函数、预测概率、预测概率空间分布的变化规律进行了研究。结果表明,(1)不同阈值下土壤盐分含量均具有中等强度的自相关性,随着阈值的减小,土壤盐分的空间结构性增强,变异函数的模型精度增大,因此从指示变异函数模型精度考虑,1.0 g kg-1盐分含量为研究区域盐渍化风险评价的最佳阈值;(2)土壤盐分的预测概率最大值和预测概率均值随盐分阈值的减小而增大,可为不同土壤盐渍化风险评价目标下的阈值选择提供参考;(3)不同阈值下土壤盐分的概率预测分布存在空间上的规律性与相似性,高概率区域主要集中在研究区域的西部,低概率区域主要集中在研究区域的东部。研究区域土壤盐分含量的概率分布与地形地貌特征和河流的分布状况有着密切的关系。