新疆焉耆盆地土壤盐分空间变异特征分析研究

以新疆焉耆盆地土壤盐分为研究对象,探讨流域尺度下土壤盐分空间变异特征。在焉耆盆地大规模的土壤取样、试验分析盐分数据的基础上,采用地统计学的方法对研究区的土壤盐分进行了空间特征变异分析,并采用普通克里格插值法制作出焉耆盆地的土壤盐分空间数字地图,结果表明:研究区各层土壤盐分变异系数均大于100%,具有强空间变异性;对土壤盐分进行半方差函数计算分析,发现拟合的理论模型均为球状模型,各层土壤盐分表现出强烈的空间相关性;土壤盐渍化程度在水平方向的分布与地形地势的关系密切,在垂直方向则表现出强烈的表聚特性。制作的土壤盐分空间数字地图可以为焉耆盆地的盐碱土改良与农业生产提供可靠的数字土壤信息。     

土壤盐分空间异质性的指示克里格阈值研究

阈值的合理选择是应用指示克里格法(Indicator Kriging,简写IK)进行风险评价的关键。以禹城市0～20 cm耕层土壤盐分空间变异性为例,利用GIS和GS+探讨了不同土壤盐分阈值下,盐分的空间结构、预测精度(均方根误差,RMSE)和预测风险的变化规律。结果表明,①随着阈值的增加,盐分的空间异质性受随机因素的...     

基于回归克里格法的土壤盐分采样点布局优化

为提高土壤盐分分布图绘制精度或降低野外采样和室内分析成本,优化土壤采样点布局,本文以回归克里格法估计方差（RKV）最小和普通克里格估计方差（OKV）最小为目标函数,运用空间模拟退火（SSA）算法对土壤盐分采样点布局进行优化,其中回归克里格法（RK）中的协变量选择与土壤盐分分布关系密切且容易获取的环境变量;通过最邻近距离分布函数（G函数）、间隔距离分布函数（F函数）和K-S检验对优化结果进行评价。结果表明：荒地分布在大尺度上（400m×400m）与盐分相关性强,而在小尺度上（50m×50m）与盐分相关性弱;以荒地分布（与荒地最短距离）作为协变量,利用RK法优化采样点布局（采样数为55）后得到的研究区平均RKV为0.0807,相较平均OKV（0.1143）缩小了29.39%;优化后采样点布局的G函数曲线和F函数曲线全部落在95%置信区间内,即F函数和G函数均与其理论值无显著差异,采样点布局良好覆盖了地理空间;K-S检验表明,优化后采样点上与荒地最短距离的分布与其总体分布服从同一概率分布,即采样点布局良好覆盖了属性空间。本研究可为河套灌区土壤盐渍化监测点布局提供参考。     

基于电磁感应的典型干旱区土壤盐分空间异质性

为研究干旱区土壤盐分空间异质性，指导农业生产实践，运用大地电导率仪（EM38、EM31）对研究区域进行移动式磁感调查，获取表观电导率（ECa）。同时，通过27个校准点的采样和ECa测量，建立土壤盐分的电磁感应解译模型。干旱区土壤盐分质量分数与EM38、EM31水平模式读数（H38、H31）显示出良好的相关性（R=0.935），可以利用ECa结合GIS和地统计学知识研究土壤盐分的空间分布。采用两种方法进行研究：一种是先利用解译模型获取磁感调查点的土壤盐分质量分数，然后进行地统计分析研究其空间分布；另一种是先利用地统计分析研究H38和H31的空间分布，然后利用解译模型通过栅格运算计算盐分质量分数，精度检验显示前者预测值与实测值之间的相关性更好（R2， 0.888＞0.873）；标准差较低（std. 0.414＜0.426），具有更高的预测精度。研究结果表明，基于电磁感应研究干旱区土壤盐分空间异质性是切实可行的，这对于土壤盐渍化的快速诊断，指导农业生产和促进精准农业的发展具有重要的意义。     

土壤墒情空间变异性研究

在R语言环境中以半方差函数和克里格插值为基础,对山东半湿润区现代农业节水试验基地土壤含水率进行了空间变异性研究,并绘制了空间分布图,对于区域土壤墒情预测预报具有一定的理论和实践意义.     

盐渍化灌区节水改造后土壤盐分时空变化规律研究

为探明沈乌灌域节水改造后因地下水水位变化造成的土壤盐分重分布规律,采用区域土壤信息定点监测,并结合经典统计学、空间插值、缓冲区分析和空间自相关分析方法,研究节水改造前后沈乌灌域土壤盐分空间变异、时空分布规律及不同改造年限区域土壤盐分变化差异。结果表明:节水改造后,秋浇前土壤整体含盐量平均降幅7. 30%,秋浇水量减少,秋浇后土壤盐分淋洗效果减弱9. 26%;空间上,土壤盐分高值区(大于6 g/kg)多位于地下水埋深较浅的东北和南部区域,低值区(小于2 g/kg)位于西南和东部沙区。节水改造后,秋浇前土壤盐分全局Moran’s I指数平均增幅为5%,空间相关性增强;秋浇水量减少,全局Moran’s I指数变化不显著,秋浇作用对土壤盐分空间自相关影响度减弱。由LISA集聚分析可知,改造后、秋浇前南部高-高显著区向不显著和高-低区转变,秋浇后南部集聚特征仍十分显著,存在盐渍化风险,改造后仍是盐渍化防治重点区域。针对中度耐盐作物,沈乌灌域耕层作物生长安全区和深层非盐渍土面积比例分别为49. 66%和71. 57%;改造后,秋浇前耕层作物生长安全区和深层非盐渍土分别增加4. 82、1. 85个百分点,秋浇后,耕层作物生长安全区面积增幅下降5. 02个百分点,深层变化不显著。不同距离缓冲区对平均土壤含盐量的解释能力较强,长期改造区和短期改造区受渠道影响半径分别为1. 5 km和0. 7 km,长期改造区缓冲区内平均土壤含盐量下降速率高于短期改造区,均一化程度较高。综上所述,节水改造工程实施后,土壤盐渍化程度减轻,作物生长安全区面积增加,表聚作用弱化,秋浇水量减少,土壤盐分淋洗效果减弱,土壤环境有所改善。     

灌区种植结构反演优化与土壤盐分空间分布协同解析

种植结构与土壤盐分的协同程度与发展关系关乎灌区水土生态质量与农业可持续发展,联动灌区种植结构提取与土壤盐分空间分析对于灌区生态环境评价与治理、保障耕地和粮食安全等具有重要意义。本文以内蒙古河套灌区永济灌域为研究区,利用2021—2022年生育期Landsat 8 OLI遥感数据与地面种植结构调查数据,分别构建决策树、支持向量机、随机森林分类模型,通过对比分析遴选出灌域适用的最优模型,准确获取灌域种植结构分布结果,同时进一步结合灌域土壤盐分实测数据及其空间异质特征,对种植结构与土壤盐分的协同关系进行深入探讨与分析。结果表明,3种模型的分类精度由大到小为随机森林、决策树、支持向量机,2021、2022年随机森林分类模型的总体精度、Kappa系数分别为92.81%、0.91,91.64%、0.89,为3种模型中精度最高,故选定随机森林模型作为最优模型;灌域内土壤盐分呈现“北部重,中、南部轻”的空间分布特征,2021、2022年土壤盐分的半方差函数适用于Gaussian模型,土壤盐分空间自相关在“中—强”等级变化;受土壤盐分制约,葵花以北部地带种植为主,玉米、小麦、小麦套种玉米(套种)和瓜菜等...     

土壤养分空间变异性的随机模拟及其应用

把随机模拟技术引入土壤养分的空间变异性研究中,对土壤养分空间分布的不确定性进行描述。将随机模拟值与克里格插值及实测值进行对比分析。利用一系列随机模拟值计算出空间某点处土壤养分特性值不超过（或者超过）某个临界值的概率,可以对依据插值结果作出的施肥决策给予评价。     

基于距离反比法的土壤盐分三维空间插值研究

以新疆兵团一块面积约70 hm2的盐碱地为研究对象,采用EM38与土钻取样相结合的方法得到了126个点不同土层(0~200 cm)的1 386个土壤盐分数据,应用三维距离反比法(3D-IDW)对土壤盐分进行了空间插值,探讨了垂向坐标扩大倍数和搜索点数对插值结果精度的影响。结果表明,研究区0~140 cm土层盐分平均含量较高,为1.84~2.11 g/kg,盐分变异较大,而140~200 cm土层盐分平均含量较低,为1.74~1.79 g/kg。所有土层盐分含量的统计特征值(平均值、标准差和变异系数等)均随土层加深而呈现递减的趋势。土壤盐分实测值和估计值的均方根误差随垂向坐标扩大倍数的增大而减小,随搜索点数的增加而增大,其值在0.1~0.4 g/kg范围内变化,当垂向坐标扩大300倍、搜索点数为6个时,插值效果较优。采用确定的参数对研究区的土壤盐分进行了三维空间插值,结果表明土壤盐分空间分布特征与实测值比较吻合,大部分区域土壤盐分含量小于2.5 g/kg,靠近北部和南部边界区土壤含盐量较低,属于非盐化土区,而大于4 g/kg盐化土主要分布在中间和南部局部区域。研究区80%土壤为非盐化土和轻度盐化土,20%为中度和重度盐化土。影响该区盐化土分布的主要因素有灌溉、局部地形、粘土层位置、地下水埋深和矿化度。当不同方向的取样间距相差很大时,选取合适的垂向坐标扩大倍数和搜索点数对保障3D-IDW法的插值结果精度至关重要。     

基于多维分形法的土壤养分空间预测

采用多维分形克里格插值法(Multifractal Krige,Mkrige)对土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾4种土壤养分进行空间预测,并以普通克里格法为参照对比,从传统统计学参数、积累曲线、多维分形图像、多维分形参数和特异值等方面深入分析Mkrige法空间预测的效果。结果表明:无论何种分形程度的土壤养分,Mkrige法预测值的积累曲线、多维分形参数和多维分形图像都与实测值最接近;Mkrige法较好地保持了原始样本数据的特异值区,真实反映土壤养分空间分布的混沌状态,空间预测效果较优。土壤有效磷、有机质、全氮和速效钾分形程度依次降低;分形程度越高,Mkrige法空间预测效果越优。     

喷灌大田土壤水分不同空间插值方法对比分析

利用冬小麦大田喷灌土壤水分测定数据,对大田喷灌的土壤水分进行了统计分析,揭示了土壤水分属于中等变异,且土壤水分不属于正态分布。然后分别使用克里格法、反距离加权法、径向基函数法和多项式回归法对大田喷灌低水分处理的土壤水分进行插值分析,结果表明克里格插值方法优于径向基函数法,径向基函数法优于反距离加权法,反距离加权法优于多项式回归法。最后利用高水分处理的土壤水分数据进行验证,得出此结论成立,并绘制了高、低水分处理的等值线图。     

黄河三角洲地区土壤容重空间变异性分析

以黄河三角洲地区典型区域作为研究对象,运用传统统计学和地统计学相结合的方法研究了不同土层土壤容重的空间变异特征。结果表明:研究区各层土壤表现出一定的紧实趋势,土壤容重均属于弱变异强度。受结构性与随机性因素的共同作用,土壤容重均表现为中等的空间相关性。分维数分析表明,各层土壤容重的空间依赖性小,含黏层厚度与分布的不均一性是引起其空间异质性的关键原因。Kriging插值结果表明,土壤容重的空间分布与土壤质地密切相关,不同层次土壤容重在一定范围内表现出相似的空间分布规律。进一步的相关性分析表明各层土壤容重间存在极显著的正相关关系。通过研究不同层次土壤容重的空间变异性,获取区域土壤容重空间分布图,为该地区中、低产地及障碍土壤的分区管理和治理改良提供一定的参考依据。     

南疆干旱地区土壤盐分空间变异特征研究——以库尔勒三十一团为例

【目的】探明南疆干旱区土壤盐分空间分布特征和变异特征以及产生土壤盐分空间变异特征的原因。【方法】以库尔勒地区三十一团为例,采集该地区代表性的土壤样品,测试、分析了土壤样品不同土层的含盐量指标。【结果】①5个土层土壤含盐量均小于3 g/kg,均属于非盐化土;②5个土层土壤盐分的变异系数均属于中等变异性,其中0～20、40～60和80～100 cm接近于强变异性;③0～20 cm土层土壤盐分的半变异函数符合球状模型,20～40 cm土层土壤盐分的半变异函数符合指数模型,40～60、60～80和80～100 cm土层土壤盐分的半变异函数符合高斯模型;④研究区域土壤含盐量主要集中在1～3 g/kg之间,并且含盐量在2～3 g/kg土壤面积最大。【结论】研究区域土壤含盐量空间分布差异较大,各层土壤存在不同程度的盐渍化现象;土层的高盐分区主要集中分布在南北方向靠近沙漠、远离水库和地势较为低洼区域;垂直方向上,各层土壤含盐量差异不大。     

新疆玛纳斯河流域灌溉水质对滴灌农田土壤盐分影响研究

通过测定玛纳斯河流域灌溉水矿化度,盐分离子含量以及灌区膜下滴灌棉田土壤盐分离子类型,研究灌溉水质对膜下滴灌农田土壤盐分积累的影响。结果表明流域灌溉用水均为弱矿化水,其中渠水矿化度低于井水。灌溉后,农田土壤中除HCO3-积累外,其余盐分离子含量均降低,且井水灌溉农田土壤HCO3-积累量,总盐含量均大于渠水灌溉农田,灌后灌区土壤主要盐分变为Na2SO4,盐分毒害作用降低。因此,玛纳斯河流域渠水更适于灌溉,其洗盐效果更佳,井水灌溉农田可能发生土壤碱化。     

疏勒河灌区地下水埋深空间插值方法比较

利用反距离加权(Inverse Distance Weighting,IDW)和普通克里格(Ordinary Kriging,OK)插值方法,对疏勒河灌区近6a3月份地下水埋深平均值数据进行插值运算,根据交叉验证结果和等值面图综合评定,OK为最适合疏勒河灌区地下水埋深数据的插值方法.对地下水埋深数据进行探索性空间数据分析,结果显示,埋深数据具有离散性大、存在极大和极小值、呈正偏分布等特点.而数据转化能大大减小数据的离散性和不对称性,有效消除插值结果图中各类插值噪音.交叉验证显示,对数转化能提高OK的插值精度.     

基于多元指示克立格方法的土壤盐分空间分布评价

以内蒙古河套灌区农田为例,分别运用单元指示克立格和多元指示克立格对河套灌区中游约0.8万hm2农田0~20 cm、20~40 cm深度内的土壤盐分的空间变异性进行了评价,并绘制了基于设定阈值土壤电导率概率分布图。结果表明:各层土壤盐分均不符合正态分布且存在特异值,但采用指示克立格方法可以获得较为稳健的变异函数;受结构性因素影响,各层土壤盐分的指示半方差均表现为强空间自相关性。依据综合概率分布图对土地资源利用的风险性进行了评价,对评价区域土地资源质量的决策管理提供了指导。     

基于SALTMOD模型的灌溉水矿化度对土壤盐分的影响

以河套灌区沙壕渠灌域为例,运用SALTMOD模型探讨了区域尺度灌溉水矿化度对根层土壤盐分的影响。结果表明,根层土壤盐分随灌溉水矿化度的增大而增加,加大排水沟深度和提高渠道衬砌水平可缓解高矿化度灌溉水对土壤积盐的影响;采用地下微咸水和黄河水混合灌溉可有效控制盐渍化的发展,混合比在1∶1范围内时,根层土壤处于脱盐状态,最高脱盐率为23%,脱盐率高于引用黄河水灌溉的脱盐率(4%)。因此,适度利用地下微咸水灌溉,可有效的控制地下水位,节约淡水资源。