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。     

Spatial variability of soil water content and mechanical resistance of Brazilian ferralsol

The spatial variability of mechanical resistance to penetration (PR) and gravimetric moisture (GM) was studied at a depth of 0–0.40 m, in a ferralsol cropped with corn, and under conventional tillage in Ilha Solteira, Brazil (latitude 20°17′S, and longitude 52°25′W). The purpose of this study was to analyse and to try explaining the spatial variability of the mentioned soil physical properties using geostatistics. Soil data was collected at points arranged on the nodes of a mesh with 97 points. Geostatistics was used to analyse the spatial variability of PR and GM at four depths: 0–0.1, 0.1–0.2, 0.2–0.3 and 0.3–0.4 m. PR showed a higher variability of data, with coefficients of variation of 52.39, 30.54, 16.91, and 15.18%, from the surface layers to the deepest layers. The values of the coefficients of variation for GM were lower: 9.99, 5.13, 5.59, and 5.69%. Correlation between GM and PR for the same soil layers was low. Penetration resistance showed spatial structure only in the 0.30–0.40 m layer, while gravimetric moisture showed spatial structure at all depths except for 0–0.10 m. All the models of fitted semivariograms were spherical and exponential, with ranges of 10–80 m. Data for the variable ‘GM’ in the 0.20–0.30 and 0.30–0.40 m layers revealed a trend in data attributed to the occurrence of subsurface water flow.     

大别山区江子河流域土壤有机质的空间变异

土壤有机质(Soil organic matter,SOM)是土壤的重要组成部分,是反映土壤肥力的重要指标,是全球碳循环的重要源和汇,目前已成为土壤学和环境学的研究热点之一[1]。土壤空间异质性是系统的某种属性在空间上的复杂性和变异性,是土壤重     

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     

20年来东北典型黑土地区土壤肥力质量变化

通过大量样品分析和数据收集,研究了最近20年来东北典型黑土地区土壤肥力质量主要指标——pH、有机质、速效磷、速效钾和黏粒的变化情况,并在地理信息系统和地统计分析的辅助下,研究了该5项肥力指标以及综合肥力指数的时空变异规律。结果表明:20年中该地区土壤pH、有机质和速效钾平均含量明显降低,速效磷平均含量有较大增加;速效磷的变异系数变化最大,pH变化最小;20世纪80年代该地区土壤肥力综合指数以一、二级为主(80%以上),但21世纪初土壤肥力质量几乎被二、三级地所占据(98%以上)。该地区土壤肥力质量明显降低可能与长期以来重种轻养有关。     

保护地不同灌溉方法表层土壤pH小尺度的空间变异

基于保护地定位灌溉试验,采用经典统计学和地统计学的方法,以网格取样方式采集不同灌溉方法(沟灌、滴灌、渗灌)表层土壤,研究微尺度下土壤pH值的空间变异特征及空间分布。结果表明:经6年灌溉,沟灌处理pH显著降低,沟灌和滴灌0～5cm土层土壤pH表现为中等空间自相关,而其5～10cm和渗灌0～5cm和5~10cm的土壤pH表现为弱空间相关,水分的供给方式和数量影响土壤pH的空间变异。     

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。     

农田土壤速效钾含量的空间变异研究

论文以高产潮土区2007年104个土壤采样点耕层速效钾含量为基础,基于地统计学原理,结合GIS空间分析技术,探讨了土壤速效钾含量的空间变异特征,建立了土壤速效钾含量的空间变异模型,形成了土壤速效钾含量的空间分布图,阐明了影响高产农田土壤速效钾含量分布不均衡的原因。研究结果表明,高产潮土区土壤速效钾含量平均为287．476gkg^-1,最高为483．433gkg^-1,最低为119．435gkg^-1,球状模型是土壤速效钾连续性空间分布的最佳模型,其块金值,基台值为0．399,说明土壤速效钾在变程为57．691米的范围内具有中等强度的空间变异性,含量高低的区域分布比较明显,在地块东南部和中部为其含量较高的区域,含量较低的两个突出区域呈典型的圈层分布,由内向外含量递增,具有较强的渐变性分布规律。总的来看,土壤速效钾约有60．1％的空间变异来自于土壤母质、地形地貌、气候等非人为的结构性因素,39．9％的变异来自于随机性因素如施肥、灌溉、管理水平等因素的影响。     

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％.     

海涂围垦区土壤盐分空间变异模拟的比较研究

以苏北海涂围垦区为例,利用人工神经网络(ANN)、普通克里格(OK)插值和序贯高斯模拟(SGS)对典型地块土壤盐分空间分布进行了模拟、插值与预测,获取了各方法的优化结构与参数,并就各方法对土壤盐分分布特征与空间结构的预测能力进行了比较分析。结果表明:ANN、OK和SGS法均较好地模拟和预测了土壤盐分的空间分布,达到了较高模拟、插值与预测精度;ANN获得的土壤盐分空间分布最为连续,SGS法整体分布相对离散;ANN能较好地预测盐分较低的样点,但ANN对高盐分样点的预测结果不如SGS和OK;SGS预测结果最符合实测值的波动特点,ANN预测结果波动范围最窄,SGS较ANN和OK更能反应数据随机变量的结构性和波动性,在整体上要优于ANN和OK法。该结果为滨海地区盐渍土壤的精准评估与高效改良提供了参考依据。     

江苏省土壤有机质含量时空变异特征及驱动力研究

土壤有机质(SOM)含量是估算土壤碳储量、评价土壤肥力的重要指标,研究SOM时空演变对评估区域土壤固碳潜力,实现土壤可持续利用具有重要意义。以江苏省为例,利用全国第二次土壤普查资料和2006年采样数据,基于地统计学方法和GIS技术,对比研究了1980 - 2006年全省范围内表层(0 ~ 20 cm)SOM含量的时空变异特征及其驱动因子。结果表明：1980年和2006年江苏省SOM平均含量分别为16.55 ± 8.50 g kg^-1和18.31 ± 8.32 g kg^-1,变异系数分别为51.36%和45.44%。两个时期SOM的变异函数均符合指数模型,块金系数由51.85%增加为56.52%,变程由71.55 km减少至37.83 km,SOM含量的空间自相关性减弱,自相关距离减小。1980-2006年,SOM含量空间分布呈现出北增南减,沿江平原增,宁镇丘陵减,滨海平原基本持平的空间格局,增加幅度由北向南逐渐减小。SOM含量的初始值影响其空间格局的演变,总体上呈现初始SOM含量的高值降低、低值增加的趋势。肥料的大量使用在提高粮食产量的同时也增加了作物残茬和根系的生物量;秸秆还田的大力推行,使得大量的有机物质进入土壤,促进了SOM的累积。不同的土地利用变化对SOM含量变化的作用不同,土地利用方式转变成水田、旱地和林地促进了SOM的增加,而转变成荒地后导致SOM含量下降。     

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。     

东北地区旱地土壤全氮空间变异性对幅度拓展的响应

土壤氮素不仅是作物必需的营养元素,还是重要的生态元素。不同幅度上土壤全氮含量空间变异的研究是正确评价土壤质量和精确估算土壤氮库的基础。基于中国东北地区第二次土壤普查的1 041个旱地剖面数据,设定三种类型的幅度,即行政区幅度(县、市、省和大区)、土壤分类幅度(土属、亚类、土类和土纲)和土壤类型(地带性土壤和非地带性土壤)-行政区幅度,研究了该区旱地土壤表层(0～20 cm)和剖面(0～100 cm)全氮含量的变异性及其对幅度拓展的响应。结果表明,三种类型幅度上,表层和剖面的平均土壤全氮含量变异性均随着幅度的拓展而增大。在行政区幅度,旱地面积或行政区面积与平均土壤全氮含量变异系数具有较强的对数关系。在土壤分类幅度上,不同土纲的平均土壤全氮含量的变异随幅度变化的趋势、变幅等均存在差异。在土壤类型—行政区幅度,地带性土壤与非地带性土壤的全氮含量随幅度的变化趋势一致,但变化速率有差别,旱地面积与平均非地带性土壤全氮含量变异系数有较强的对数关系。该结果可为东北地区不同幅度下基于土壤类型聚类的旱地土壤氮库估算、土壤资源调查时采样数目的确定提供理论指导。     

Geostatistical analysis of sorptivity for a soil under tilled and no-tilled conditions

The properties of soils, even in short distances differ from point to point. These spatial variabilities may be described by geostatistics. This method determines the spatial structure of a specified variable. In this study, we measured the sorptivity of soil in field under tilled and no-tilled conditions with different sampling distances by using a simple method and performed the geostatistical analysis on the obtained data. The measurements were done on the corners of a regular network having dimensions of 5 m × 5 m in a tilled and no-tilled soil, and 0.5 m × 0.5 m in the same tilled soil. The results revealed that sorptivity had spatial structure in a tilled soil with 0.5 m × 0.5 m grid distances and no spatial structure occured in 5 m × 5 m distances, so it was believed that sorptivity is a structural variable only for short distance. The range of variogram was between 3.09 and 3.42 m for the sorptivity with 0.5 m × 0.5 m grids. The spherical model was the best-fitted theoretical variogram. In addition to the simple method for sorptivity measurement, we measured the sorptivity using double rings, which is known as Talsma method. Statistical tests showed a significant and non-significant difference between the two methods in 5 m × 5 m and 0.5 m × 0.5 m grids, respectively. In the simple method for sorptivity measurement, a ring with 10 cm height, 10 cm diameter, and about 2 cm depth of water was applied, but the rings used in the Talsma method were about three to four times larger. Therefore, it is concluded that for short distances, the sorptivity of simple method is in accordance with that obtained in Talsma method. The kriging method was used to estimate the presumed unknown values of sorptivity in some locations in the 0.5 m × 0.5 m grid distances. Results revealed that kriging method is capable enough to estimate the sorptivity if the variable has a spatial structure.     

四川省仁寿县土壤有机碳空间分布特征及其主控因素

准确地获取区域尺度内土壤有机碳含量信息对土壤碳调控及全球环境变化具有重要意义。本研究基于野外实地采集的555个表层(0~20 cm)土样,探讨四川省仁寿县土壤有机碳空间分布特征及其主控因素。运用方差分析和回归分析对比了成土母质、土壤类型和土地利用方式对仁寿县土壤有机碳空间分布的影响。结果表明:研究区表层土壤有机碳含量为3.36~37.10 g·kg-1,平均13.46 g·kg-1,变异系数为48.87%,属中等强度的空间变异性。块金效应C0/(C0+C)为66.7%,空间分布受结构性因素和随机性因素的共同影响,总体呈现北高南低的趋势。土地利用方式和土壤类型对土壤有机碳的影响极显著(P0.01),而成土母质的影响不明显(P=0.256)。土类能够独立解释23.7%的土壤有机碳空间变异;亚类和土类的解释能力接近,分别为27.0%和27.1%,土壤亚类可作为探讨该区域土壤有机碳空间变化的最小土壤分级单元。土地利用方式能独立解释53.0%的土壤有机碳空间变异,远大于土壤类型,是研究区土壤有机碳空间分布的主控因素。     

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.