胜利矿区土壤养分空间变异特征与影响因素

研究矿区土壤养分空间变异特征对矿区土地复垦与生态保护具有重要意义。选取胜利矿区土壤作为研究对象，基于地统计学和GIS技术分析土壤养分的空间变异性，并探讨地形因子和土地利用类型对其影响。结果表明：研究区土壤pH、有机质、速效氮、速效磷、速效钾平均含量分别为8.073、21.588g/kg、82.914mg/kg、8.210 mg/kg、257.341 mg/kg。除pH属于弱变异外，其他养分均属于中等强度变异。各项养分指标均具有一定的趋势效应。pH的最适模型是球面模型，有机质、速效钾的最适模型是线性有基台模型，速效氮、速效磷的最佳拟合模型是指数模型。pH、有机质、速效氮表现为中等空间相关性；速效磷、速效钾呈弱空间自相关。pH值由中部向四周逐渐降低；有机质、速效氮高值区集中在西部高程较大的位置，低值区分布在受人类扰动较强的中东部；速效磷、速效钾没有呈现一定的分布规律。坡度、坡向、高程、地形湿度指数是造成土壤养分格局差异的主要地形因子；从土地利用方式看，采矿扰动是养分含量较低的重要原因，矿业用地养分含量显著低于耕地和草地。     

基于决策树模型的土壤有机质制图

Based on a case study of Longyou County, Zhejiang Province, the decision tree, a data mining method, was used to analyze the relationships between soil organic matter (SOM) and other environmental and satellite sensing spatial data.The decision tree associated SOM content with some extensive easily observable landscape attributes, such as landform,geology, land use, and remote sensing images, thus transforming the SOM-related information into a clear, quantitative,landscape factor-associated regular system. This system could be used to predict continuous SOM spatial distribution.By analyzing factors such as elevation, geological unit, soil type, land use, remotely sensed data, upslope contributing area, slope, aspect, planform curvature, and profile curvature, the decision tree could predict distribution of soil organic matter levels. Among these factors, elevation, land use, aspect, soil type, the first principle component of bitemporal Landsat TM, and upslope contributing area were considered the most important variables for predicting SOM. Results of the prediction between SOM content and landscape types sorted by the decision tree showed a close relationship with an accuracy of 81.1%.     

黑土区田块尺度土壤有机质含量遥感反演模型

为了对田块尺度土壤有机质进行空间反演并提高模型精度和稳定性,该文以黑龙江省黑土带41.3 hm~2田块为例,获取2016年5月中下旬两期(受限于拍摄周期和天气原因而选择不同卫星影像,2016年5月17日Landsat 8影像和5月25日Sentinel-2A影像)裸土时期遥感影像和4 m分辨率DEM数据;分析单期影像与土壤有机质(soil organic matter,SOM)的关系,两期影像所包含的土壤含水量变化信息与地形因素对SOM预测模型精度的影响,建立基于BP神经网络的SOM遥感反演模型。结果表明:该田块内SOM含量差异较大;利用单期影像预测SOM时,基于红波段和785~899 nm波段建立的预测模型精度(建模均方根误差RMSE 1.033,检验RMSE 1.079)和稳定性(建模决定系数R2 0.677,检验R20.644)较高;两期影像时,基于红波段和1 570~1 650 nm波段建立的预测模型精度(建模RMSE 0.855,检验RMSE 0.898)和稳定性(建模R2 0.792,检验R2 0.797)显著提高;在两期影像模型基础上,加入地形因子作为输入量,模型精度(建模RMSE 0.492,检验RMSE 0.499)和稳定性(建模R2 0.917,检验R2 0.928)进一步提高。研究成果可为土壤碳库估算和农田精准施肥提供理论与技术支持。     

湘赣边界山区林地土壤养分分异规律

[目的]对湘赣边界山区林地在不同海拔高度及植被类型影响下的土壤养分特征和空间分异规律进行研究,为林地土壤的合理利用及培肥提供依据。[方法]采集林地表层土壤,测得各养分指标含量,运用修正的内梅罗综合指数法和变异系数法,对该区土壤综合肥力和空间变异性进行评价。[结果](1)试验区土壤整体呈酸性,有机质和全氮养分含量较高,但普遍缺乏速效养分(磷、钾)。(2)随着从丘陵、低山到中山海拔等级的升高,土壤有机质、全氮、速效磷含量及综合肥力系数不断增加;pH值、有机质、全氮的空间变异性不断减小。(3)不同林地生态系统覆被下土壤综合肥力表现为:灌木林>针阔混交林>毛竹林>阔叶林>针叶林;空间变异性规律为:灌木林>针叶林>毛竹林>阔叶林>针阔混交林。(4)人工林的土壤有机质、全氮、速效钾、pH值及土壤综合肥力都低于天然林。[结论]中山海拔等级林地、针阔混交林、天然林对维持良好的土壤养分状况具有更大潜力。     

茶陵县烟稻复种区土壤养分时空变异特征

采用传统统计学、地统计学的分析方法,使用2009年、2014年和2018年茶陵县烟稻复种区土壤养分含量数据,对该区土壤养分的时空变异特征及其与地形因子的相关性进行了研究.结果 表明:2009年土壤有机质、速效钾含量偏低,pH适中,全氮含量适宜,全磷含量极低;2009年至2014年间土壤pH降低,氮、磷、钾养分含量升高;...     

艾比湖流域土壤有机质垂直空间变异特征

利用沿土壤深度方向的垂直滞后空间相关系数和经验正交函数分解方法研究了新疆艾比湖流域土壤有机质含量的垂直空间分布结构。结果表明:垂直滞后空间相关系数和经验正交函数分解方法能够有效分析空间区域土壤有机质垂直分布的相关性和空间异质性;垂直滞后空间正相关或负相关的集聚区域指示了相似或相反的有机质垂直分布模式,并且土壤有机质含量相关性随土层深度间隔增大而衰减;流域不同区域土壤有机质沿土层深度的垂直分布呈现分异特征,流域东部和西部地区有机质含量随土层深度增加而升高,但中部区域有机质含量随土层加深而降低,而且土壤有机质含量沿垂直方向递增或递减的速率在流域内亦表现出空间异质性。     

水土保持措施对坡耕地土壤养分时空变异影响

以水保林地、水平梯田及地埂植物带组成的水土保持措施体系和无水保措施布置坡耕地为研究对象,结合传统统计分析和ArcGIS地统计分析方法,研究不同深度土壤养分随时间及空间(垂直和水平)变化特征。结果表明,(1)所选研究区内土壤有机质、全氮、全磷和有效磷含量均随着土层深度的增加而降低,同一坡位高度,有水土保持措施坡耕地土壤养分含量比无措施坡耕地高,且土壤养分在垂直方向上相对均匀分布。(2)从各水土保持措施对不同深度土壤养分含量的影响来看,在水土保持体系内,0~15 cm和15~30 cm土壤有机质含量依次为:水保林地>水平梯田>地埂植物带,全氮、全磷和有效磷含量依次为:地埂植物带>水平梯田>水保林地。在无措施对照区,土壤有机质、全氮和有效磷含量两层次均顺坡逐渐增高,而全磷两层次分布均呈:中坡位无措施区>下坡位无措施区>上坡位无措施区。不同深度土壤有机质、全氮、全磷和有效磷含量均随月份变化先增加后损失,但其变化程度因水土保持措施不同而不同。(3)经统计分析表明,水土保持措施区0~15 cm土壤有机质和全氮变异系数大于无措施对照区,但土壤全磷和有效磷变异系数正好相反;无措施对照区15~30 cm土壤有机质、全氮、全磷和有效磷变异系数大于水土保持措施区。水土保持措施与不同深度土壤养分之间均呈极显著正相关关系,0~15 cm和15~30 cm土壤全氮和有效磷之间均呈显著正相关,而0~15 cm和15~30 cm其他各指标关系间均呈极显著正相关关系。     

日本北海道地区森林、牧场、草原和玉米田温室气体排放及模型研究

Information on the most influential factors determining gas flux from soils is needed in predictive models for greenhouse gases emissions.We conducted an intensive soil and air sampling along a 2 000 m transect extending from a forest,pasture,grassland and corn field in Shizunai,Hokkaido (Japan),measured CO 2 ,CH 4 ,N 2 O and NO fluxes and calculated soil bulk density (ρ b ),air-filled porosity (f a ) and total porosity (Φ).Using diffusivity models based on either f a alone or on a combination of f a and Φ,we predicted two pore space indices: the relative gas diffusion coefficient (D s /D o ) and the pore tortuosity factor (τ).The relationships between pore space indices (D s /D o and τ) and CO 2 ,CH 4 ,N 2 O and NO fluxes were also studied.Results showed that the grassland had the highest ρ b while f a and Φ were the highest in the forest.CO 2 ,CH 4 ,N 2 O and NO fluxes were the highest in the grassland while N 2 O dominated in the corn field.Few correlations existed between f a ,Φ,ρ b and gases fluxes while all models predicted that D s /D o and τ significantly correlated with CO 2 and CH 4 with correlation coefficient (r) ranging from 0.20 to 0.80.Overall,diffusivity models based on f a alone gave higher D s /D o ,lower τ,and higher R 2 and better explained the relationship between pore space indices (D s /D o and τ) and gases fluxes.Inclusion of D s /D o and τ in predictive models will improve our understanding of the dynamics of greenhouse gas fluxes from soils.D s /D o and τ can be easily obtained by measurements of soil air and water and existing diffusivity models.     

砒砂岩区小流域土壤有机质空间分布特征及其影响因素

为了探究砒砂岩区小流域土壤有机质空间分布特征,该文以砒砂岩区典型流域鲍家沟小流域为研究对象。采用网格法布设取样点,2018年7月取样,按照0～20、20～40、40～60 cm划分取样层次。采用重铬酸钾外加热法测定土壤有机质,采用激光粒度测定仪测定土壤粒度,采用样方拍照法计算植被覆盖度。运用地统计学和约束性排序相结合的方法,研究环境因子影响下砒砂岩区土壤有机质的空间变异特征。结果表明:砒砂岩区小流域土壤有机质质量分数在0.98～15.45 g/kg之间,不同地形土壤有机质含量呈沟底坡面山脊的规律;研究区土壤有机质的空间分布规律可以用半方差函数的指数模型进行良好的模拟,块金效应在55.1%～57.5%范围内,属中等程度变异。小流域土壤有机质呈中间高边缘低的规律;冗余分析的结果显示,第1轴的特征值为0.58,解释量为58%,第1轴对响应变量的累积解释量为96.1%,前两轴对响应变量的累计解释量达到了99.3%。各环境因子与第1排序轴的相关系数大小顺序为植被覆盖度土壤侵蚀程度土壤颗粒平均粒径坡位高程坡度,第1排序轴可以定义为植被-土壤侵蚀因子,坡度因子与第2排序轴的相关系数高于其他环境因子,第2排序轴可以定义为坡度因子。植被覆盖度是影响砒砂岩区小流域土壤有机质空间变异的主导因素,土壤侵蚀程度是决定土壤有机质垂向变异的关键因素。砒砂岩区的土层浅薄且贫瘠的地带,不宜开展大面积的整地和造林工作,而土层深厚且水肥条件良好的区域可以营造合理密度的灌木林、乔木林以及经济林。     

江淮丘陵地区土壤养分空间变异特征——以安徽省定远县为例

以安徽省江淮丘陵地区的定远县为例,利用测土配方施肥获取的1 401个农田表层样点数据,运用地统计学方法和GIS技术研究了土壤有机质(SOM)、全氮(TN)、速效磷(AP)和速效钾(AK)含量的空间变异特征及其影响因素。结果表明,定远县SOM含量为17.74 g/kg,TN含量为1.04 g/kg,AP含量为13.45 mg/kg,AK含量为115.00 mg/kg,属中等水平。变异系数介于28.85%~73.38%,属中等变异强度。地统计分析表明,定远县土壤养分的变异函数符合指数模型,具有中等强度的空间自相关性,SOM和TN的空间自相关性稍强。土壤养分在空间上呈块状分布,SOM、TN和AK的空间分布总体上东南高、西北低;AP总体上西高东低。土壤养分空间变异主要受地形和土壤类型影响。     

In situ respiration determination as tool for classifying soils according to soil organic matter content

Abstract

Soil respiration is indicative of biological status of the soil and high respiration is correlated to high contents of available carbon (C) in soil and/or organic matter content. Because of soil respiration's relationship to soil organic matter status and content, soil respiration is considered one measurement that could aid in determining the quality of soil. In the global scale, the cycling of C in soil is important because the rise in CO₂ in the atmosphere is linked to global climate change. In situ measurement of CO₂ using instruments that are portable and perform analyses quickly are important to obtain sufficient number of measurements in the field to overcome spatial variability. Soil respiration tests were conducted in plots amended with fertilizer or organic amendments of agricultural or municipal residues since 1994. Besides CO₂, moisture and temperature were measured over a period where the moisture varied from near saturation to below wilting point. It was found that flux was curvilinearly related to moisture from 5 to 40% (v/v). Maximum flux occurred for all plots between 30 and 40% saturation. The ratio of flux normalized by temperature to the volumetric soil moisture divided soils into two categories, those with soil organic matter (SOM) content above or below 4.5%. The determinations of CO₂ flux, moisture and temperature uses equipment that is portable so that several sites in a field can be analyzed to reduce spatial variation. The only limitation is that the determinations must be performed on soils with less than 40% saturation or 25% moisture (v/v) because the normalized function is no longer linear above this moisture content. More than two SOM categories might be found if studies are expanded to soils with a wider range of SOM content.     

高密市农田土壤养分空间变异特征研究

以高密市为例,利用GIS和地统计学方法在县域的尺度上分析土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾、有效锰、有效铜、有效锌、有效硼9种养分的空间变异情况,利用克里格插值分析土壤养分的空间分布格局。结果表明,有效磷变异系数最大为48.80%,有机质变异系数最小为21.76%,变异系数由大到小依次为有效磷>有效锌>速效钾>有效铜>有效硼>有效锰>碱解氮>全氮>有机质。各土壤养分都具有良好的半方差结构,除了有效锰符合线性模型以外,其他养分均符合指数模型。速效钾、有效铜、有效锌具有强烈的空间自相关性;有机质、全氮、碱解氮、有效磷、有效锰、有效硼具有中等强度的空间自相关性,自相关程度速效钾>有效铜>有效锌>有效硼>全氮>碱解氮>有机质>有效磷>有效锰。在空间自相关范围上,有效硼最大为28716 m,有效铜最小为1410 m。微量元素锰、硼在空间分布上呈现出明显的规律性,锰呈现出从北到南逐渐增加的趋势,而硼含量则是从北到南逐渐减小;有机质、全氮、碱解氮三种元素呈现出相似的空间分布格局;有效铜、有效锌没有明显的规律性;有效磷、速效钾高值区呈块状零星分布。该研究揭示了高密市土壤养分的空间分布规律,对于实施精准农业和耕地的可持续利用具有积极意义。     

Spatial variability of selected soil properties and its impact on the grain yield of oats (Avena sativa L.) in small fields

Abstract

To investigate spatial variability in topsoil (0–20?cm) pH, available phosphorus (P), potassium (K), total nitrogen (N), and soil organic matter (SOM) of small fields (～2?ha), and to determine the impact of soil heterogeneity on the spatial variability of crop yield two fields were cropped with spring oats and one with winter wheat under humid-temperate conditions. In the two oat fields, some of the measured soil properties (P, K) and the grain yield varied considerably, and strong spatial trends were recorded for most of the soil traits. In the third field, soil properties showed only a moderate spatial variation, and no spatial trends were found. The spatial distribution of SOM and total N in the topsoil had some influence on the spatial pattern of the oat grain yield in the field of Gränichen; however, spatial relationships between soil chemical properties and grain yield were rather weak in our study.     

苹果主产区土壤养分空间分布特征及其影响因素——以陕西省礼泉县为例

客观、定量化分析土壤养分空间异质性及其影响因素,可为作物精准施肥提供科学依据。本研究以陕西省礼泉县苹果产区为研究区,基于“S”形的样点布设法采集果园0~40 cm土层的土壤样品,运用地统计学和GIS研究了土壤有机质、碱解氮、速效钾和有效磷4种养分的预测精度,并通过交叉验证和相对预测误差确定最优预测模型,绘制果园土壤养分空间分布图,综合分析土壤养分空间分布特征,及结合相关性分析和多元线性回归分析,探讨土壤养分的影响因素及其权重。结果表明:1在最佳变异函数理论模型下,普通克里格法对果区土壤碱解氮的预测精度高,协同克里格对其他3种养分的预测精度高。2土壤有机质的空间分布格局是由骏马-阡东和建陵-昭陵一带向中部递减;赵镇至史德镇的东部为碱解氮的高值区,分别向东、北和西南递减;速效钾的高值区主要分布在研究区南部,北部大多数地区钾含量偏低;有效磷的高值区分布在烽火和骏马镇、石潭-昭陵镇一线。3有机质与地形因子具有显著相关性,碱解氮受NDVI、土壤类型和地形因子的影响,速效钾与当地坡度、坡向具有显著相关性,但有效磷与三大类因子的相关性不显著。     

Spatio‐temporal change of soil organic matter content of Jiangsu Province,China, based on digital soil maps

Estimation of spatio‐temporal change of soil is needed for various purposes. Commonly used methods for the estimation have some shortcomings. To estimate spatio‐temporal change of soil organic matter (SOM) in Jiangsu province, China, this study explored benefits of digital soil maps (DSM) by handling mapping uncertainty using stochastic simulation. First, SOM maps on different dates, the 1980s and 2006–2007, were constructed using robust geostatistical methods. Then, sequential Gaussian simulation (SGS) was used to generate 500 realizations of SOM in the area for the two dates. Finally, E‐type (i.e. conditional mean) temporal change of SOM and its associated uncertainty, probability and confidence interval were computed. Results showed that SOM increased in 70% of Jiangsu province and decreased in the remaining 30% during the past decades. As a whole, SOM increased by 0.22% on average. Spatial variance of SOM diminished, but the major spatial pattern was retained. The maps of probability and confidence intervals for SOM change gave more detailed information and credibility about this change. Comparatively, variance of spatio‐temporal change of SOM derived using SGS was much smaller than sum of separate kriging variances for the two dates, because of lower mapping variances derived using SGS. This suggests an advantage of the method based on digital soil maps with uncertainty dealt with using SGS for deriving spatio‐temporal change in soil.     

基于土壤-地形关系的合理样点对土壤有机质空间预测的影响

针对土壤精细化管理体系中合理样点数及空间预测优化问题,本文将基于土壤-地形关系,探讨了不同采样方式下以局部样点数量为代表提供最优数据的可能性.以地统计学、土壤-地形关系、地理加权回归克里格(GWRK)模型为基础,经系统格网、地形单元分区和地形起伏度最佳统计单元等三种采样方式分析合理样点集的空间分布对土壤有机质空间预测精...     

渭河两岸缓冲带的土壤有机质含量分布特征及其影响因子

选取陕西省内渭河沿岸南北3 000 m缓冲区为研究区,利用野外调研、室内实验处理并应用GIS、ENVI、SPSS等软件,分析了土壤有机质的空间分布特征及影响因子,为渭河沿岸生态环境治理与修复提供理论依据。结果表明:渭河沿岸土壤有机质平均含量范围6.3~22.5 g/kg,有机质含量较低。渭河沿岸缓冲带区内南北两岸土壤有机质含量在1 000 m范围内随着距离的增加而增加,1 000 m范围外随距离增加而减少或基本不变;渭河沿岸的土壤有机质平均含量上游最高,下游次之,中游最低。土壤有机质的影响因子有地形因子(高程、坡度)、植被覆盖度和土壤质地。其中土壤有机质与高程、植被覆盖度(NDVI)和土壤颗粒中粉砂百分含量呈正相关,特别是高程因子与土壤有机质表现为显著相关;而土壤有机质与坡度、土壤颗粒中砂粒百分含量呈负相关。     

有机质对土壤光谱特性的影响研究

为了探明土壤有机质的光谱特征及其影响作用,从而为有机质土壤铁氧化物的定量反演提供理论依据。利用去有机质前后土壤的光谱数据,研究了有机质对土壤反射率、土壤线参数、土壤铁氧化物定量反演的影响。研究结果表明,去除有机质后,能明显提高土壤反射率,变化最明显的为可见光橙黄光波段,即570～630 nm。相关性分析也显示橙黄光波段反射率的相对变化量或差值与有机质去除量之间的相关系数要比其他波段高,相关系数最大值在600 nm。因此,建议采用570～630 nm的光谱数据进行有机质的反演;土壤线斜率在去有机质后明显降低,截距显著增大,二者变化量与有机质去除量呈极显著相关关系,可用土壤线参数预测有机质含量。有机质对铁氧化物的反演具有明显影响,特别是有机质大于20 g kg-1的土壤,在进行反演时应考虑有机质对反演精度的影响,需采取有效地技术手段消减其影响作用,才能达到较好的效果。     

小尺度下茶园土壤有效态微量元素空间变异特征及其影响因素分析

  【目的】  开展小尺度下茶园土壤有效态微量元素空间变异及影响因素研究,以指导茶园养分管理和土壤培肥。  【方法】  于2020年,在四川雅安名山区中峰镇面积约2 km2的生态茶园,采用随机布点法布设94个采样点,每个采样点取 0—30 cm 表层土壤,分析土壤pH、有机质以及有效铁、有效锰、有效铜和有效锌4种微量元素含量,用阈值法(平均值±3倍标准差)对分析数据进行异常值处理。采用地统计学与GIS空间分析技术相结合的方法,探讨了小尺度下茶园土壤有效铁、有效锰、有效铜和有效锌4种有效态微量元素的空间异质性,并运用相关性分析和回归分析方法探究其影响因素。  【结果】  研究区土壤有效铁、有效锰、有效铜和有效锌平均含量分别为56.0、28.0、1.2和1.8 mg/kg,变异系数分别为52.59%、89.95%、38.81%和32.90%,属于中等程度变异。有效铁、有效铜和有效锌含量均服从正态分布,而有效锰含量服从对数正态分布。土壤有效铜呈纯块金效应,全局Moran’s I指数为负值;有效铁、有效锰以指数模型为最优拟合模型,有效锌以球面模型为最佳,块基比在36.57%～61.85%,均呈中等空间相关性,全局Moran’s I指数均为正值,且有效铁含量具有极显著空间自相关性。4种土壤有效态微量元素空间分布格局差异较大,有效铁含量呈现南高北低的趋势,有效锰含量随地面坡度的增加呈现降低趋势,有效铜含量斑块状分布明显,有效锌含量则呈现出从研究区两端向中部递减的分布特征。有效铁含量与有机质、pH显著正相关,有效锌含量则与有机质呈极显著正相关,有效锰含量与坡度之间存在显著相关性,有效铜含量则与各因子均无显著相关性。  【结论】  中锋生态茶园土壤有效铁、有效锰、有效铜和有效锌含量总体上均较丰富,均属中等变异强度。土壤有效铜存在空间孤立现象,有效铁、有效锰和有效锌表现为空间聚集特征。茶园土壤有效铁和有效锌含量主要受土壤有机质含量的影响,有效锰含量则主要受坡度的影响。     

博、精河下游河岸带土壤速效养分空间异质性分析

以新疆博尔塔拉河、精河下游河岸带土壤为研究对象,针对土壤中的有机质、碱解氮、速效磷、速效钾等指标进行定量测定,运用地统计学方法分别对博尔塔拉河、精河流域土壤养分空间分布特征进行了分析.结果表明:博尔塔拉河下游河岸带土壤有机质、碱解氮变异程度大于精河下游河岸带,土壤速效磷、速效钾变异程度相近;两河土壤速效养分垂直分异规律为:土壤有机质、碱解氮含量均随土层深度的增加而递减;水平分异规律为:距离艾比湖入湖口越远,土壤中速效养分平均含量越小.总体而言,博尔塔拉河下游河岸带土壤速效养分高于精河下游河岸带土壤速效养分,精河土壤养分空间异质性较小.