表层土壤盐分空间变异性及合理采样数与信息估计

本文以气候寒冷干燥，具有土壤盐碱化问题的中国河套灌区为背景，将地质统计学和经典统计学理论结合评价实验场土壤表层盐分的空间分布特征及其变异性。用经典统计学理论确定敢土壤盐分田间监测的合理采样数目与空间采样法则。     

不同季节渭干河-库车河典型三角洲绿洲土壤盐分离子空间变异特征研究

[目的]对渭干河-库车河典型绿洲范围内的土壤盐分离子空间变异进行研究,以期了解该三角洲土壤离子的空间相关性,揭示季节变化对土壤8大离子分布的影响。[方法]针对目前存在的土壤盐渍化问题,以渭干河-库车和典型三角洲绿洲为研究区,运用经典统计学和地统计学相结合的方法研究了表层土壤8大离子含量的时空变异特征,绘制了土壤盐分离子的随机性和结构性的空间分布图。[结果]在研究区中所有盐分离子含量数据经K-S检验均符合正态分布,不同季节的盐分离子含量变异性不同,10月的变异性高于4月,这可能是是由于10月降雨量小于4月,盐分离子随着强蒸发被带到土壤表面,盐分离子含量高;半方差分析得出盐分离子均表现为高强度的空间自相关性,但程度有所差异;空间分布特征表明,大部分盐分离子的空间结构性都较好,但2010年4月采集土样的Ca2+和Mg2+以及2010年10月份采集土样的Mg2+均适合线性模型,所以空间结构性较差,同时也表现出研究区特有的土壤盐分分布特征,这与研究区盐渍化主要是氯化物-硫酸盐型相一致。[结论]该研究结果为渭干河-库车河三角洲盐渍化土壤的分区、改良和利用提供了理论基础。     

不同季节渭干河-库车河典型三角洲绿洲土壤盐分离子空间变异特征研究(英文)

[目的]对渭干河-库车河典型绿洲范围内的土壤盐分离子空间变异进行研究,以期了解该三角洲土壤离子的空间相关性,揭示季节变化对土壤8大离子分布的影响。[方法]针对目前存在的土壤盐渍化问题,以渭干河-库车和典型三角洲绿洲为研究区,运用经典统计学和地统计学相结合的方法研究了表层土壤8大离子含量的时空变异特征,绘制了土壤盐分离子的随机性和结构性的空间分布图。[结果]在研究区中所有盐分离子含量数据经K-S检验均符合正态分布,不同季节的盐分离子含量变异性不同,10月的变异性高于4月,这可能是是由于10月降雨量小于4月,盐分离子随着强蒸发被带到土壤表面,盐分离子含量高;半方差分析得出盐分离子均表现为高强度的空间自相关性,但程度有所差异;空间分布特征表明,大部分盐分离子的空间结构性都较好,但2010年4月采集土样的Ca2+和Mg2+以及2010年10月份采集土样的Mg2+均适合线性模型,所以空间结构性较差,同时也表现出研究区特有的土壤盐分分布特征,这与研究区盐渍化主要是氯化物-硫酸盐型相一致。[结论]该研究结果为渭干河-库车河三角洲盐渍化土壤的分区、改良和利用提供了理论基础。     

宁夏平罗县耕地土壤盐分空间变异及格局分析

以宁夏平罗县为研究对象,探讨土壤盐分空间变异特征.设103个采样点,进行试验分析及盐分数据的处理,采用地统计学的方法对研究区土壤盐分进行空间特征变异分析,并采用克里格插值法制作出平罗县的土壤盐分空间数宇地图.结果表明:研究区各层土壤盐分变异系数值都介于0.1-1之间,属于中等强度的变异;对土壤盐分进行半方差函数计算分析,发现拟合的模型为球状、指数、高斯模型,各层土壤盐分表现出较强的空间相关性;土壤盐渍化程度在水平方向的分布与地形、地貌、气候以及人为农业活动影响的关系密切,在垂直方向则表现出强烈的表聚性趋势,该研究结果为宁夏平罗县盐渍土的改良和利用提供了理论基础.     

滨海湿地生态修复区土壤盐分时空变异性研究

[目的]探讨土壤含盐量变化对生态修复工程的响应。[方法]以渤海综合治理攻坚战山东省潍坊市滨海湿地生态修复区典型地块为例，基于传统统计学和地统计学相结合的方法，研究了生态修复工程实施前、中、后期滨海湿地表层土壤盐分的空间变化特征，绘制了不同时期的土壤盐分空间分布图。[结果]研究区不同时期滨海湿地表层土壤含盐量均很高，土壤含盐量表现为前期>中期>后期；土壤pH均超过8.5,具有强碱性；土壤含盐量与电导率间存在很好的线性关系。不同时期土壤各属性的空间分布均符合高斯模型，块基比均<25%,表现出很强的空间相关性。不同时期的土壤含盐量呈条带状分布，东南部明显高于西北部，尤其以南部土壤含盐量最高。[结论]研究结果对优化滨海湿地生态修复技术措施及滨海湿地管理具有重要的指导意义。     

干湿季节下基于遥感和电磁感应技术的塔里木盆地北缘绿洲土壤盐分的空间变异性

土壤盐渍化问题是制约干旱半干旱区植被生长最主要的生态环境地质问题,也是影响绿洲农业生产的障碍性问题。而将遥感与近感技术相结合,是当前评价、监测及预报土壤盐渍化程度的先进方法。以新疆塔里木盆地北缘的渭干河-库车河三角洲绿洲为例,以遥感数据和解译后的电磁感应数据为基础数据源,利用解译后的数据结合GIS和地统计学知识以及野外实测所得到的土壤电导率和盐分资料,分别采用泛克里格(Universal Kriging)、光谱指数回归(Spectral Index Regression)和回归残差泛克里格(Regression-Universal Kriging)3种方法研究了该地区两个关键季节(干季和湿季)土壤盐分的空间变异特征。研究结果表明:研究区的土壤浸提液电导率EC_1:5和土壤盐分呈现显著相关,可以用EC_1:5来代替土壤的全盐量进行分析;电磁感应仪(EM38)所测各季节土壤表观电导率与EC_1:5的相关系数均达到1%显著水平,以表观电导率垂直读数(EM_V) 和水平读数(EM_H)为自变量的多元回归模型拟合效果较好;研究区各季节的表层土壤电导率的空间分布均表现为强相关性,说明土壤采样点间的内部结构性良好,采用能够充分考虑到干旱区表层土壤电导率空间变异的尺度依赖性的球状套合模型,能够更好的拟合土壤表观电导率的空间结构;经过精度比较,回归残差泛克里格法为最优预测方法,这表明将遥感和电磁感应技术相结合,能够有效的提高预测与评估土壤盐分空间分布的精度,为精确地进行土壤盐分预测以及土壤次生盐渍化的防控提供了一定的依据。     

潍北地区表层土壤盐分空间分布特征分析

以潍坊北部海水入侵区域为研究区,通过实地采样获得研究区表层土壤盐分数据,利用统计分析与空间插值的方法对潍坊北部表层土壤盐分空间分布特征进行分析。结果表明:该区域土壤盐分主要离子为Na~+、Cl~-等,土壤全盐量、K~+、Na~+、Mg~(2+)、Cl~-、SO_4~(2-)呈强变异强度,Ca~(2+)和HCO_3~-属于中等变异强度。潍坊北部地区表层土壤盐分的空间分布为土壤全盐量、Na~+、K~+、Mg~(2+)、Cl~-以及SO_4~(2-)都是东北部沿海地区土壤盐分含量较高,从东北向西南呈现逐渐递减的趋势。     

莫索湾灌区土壤剖面盐分空间分布特征

以新疆莫索湾灌区为研究区域,运用经典统计学和地统计学的分析方法,研究不同土层(0~20、20~40、40~60、60~80、80~100 cm)土壤盐分含量的空间变异特征,并绘制了土壤剖面盐分含量分布图。结果表明,研究区土壤剖面盐分含量随着土层深度增加逐渐增大,具有一定的低聚特征,表层土壤平均含盐量最低,60~100 cm的土层含盐量最高;各土层土壤盐分均符合对数正态分布,但整个研究区土壤盐分含量最大值出现在表层,0~40 cm的土层盐分属于强变异性,40~100 cm的土层盐分是中等变异性;研究区各层土壤盐分均属于中等空间自相关,0~20、20~40 cm土层的块金系数分别为0.698和0.653,空间相关性低于底层;克里格插值分析表明,各土层含盐量均呈斑状、块状分布,研究区的土壤盐分南部高于北部,东部高于西部。     

不同深度土壤盐分和有机质含量的空间变异特征

以新疆阜康市为研究区,选取55个采样点,获得各层土壤样本,综合运用经典统计学和地统计学方法,研究不同深度土壤盐分和有机质的空间变异特征。结果表明:(1)随深度的增加,土壤盐分含量先增大后减小,极大值在40～60 cm深度,为42.38 g/kg,有机质含量逐渐减小,且各层土壤盐分和有机质含量均属于中等变异。(2)在土壤深度为0～20、20～40 cm处,土壤盐分含量和有机质含量呈显著负相关,而在40～60、60～80、80～100 cm处呈显著正相关。(3)不同深度土壤盐分含量块基比为1.23%～23.42%,均具有强烈的自相关性,表层和亚表层有机质含量属于中等程度自相关,后3层空间相关性强。研究结果为干旱地区盐渍化土壤的水盐运移提供了初步论证,同时为该区土地合理分区与改良提供了技术支持。     

基于GIS的地统计学方法在土壤科学中的应用

地统计学应用于土壤科学中,并结合GIS(Geographic Information System,GIS)技术探索其空间分布特征及其变异规律已为越来越多的学者所推崇。半方差函数提供了一个定量工具,可以将土壤某一性质的变异与成土因子和成土过程联系起来,使人们加深对土壤的作用后果的理解,而克立格可以对未采样区的区域化变量的取值进行无偏最优估计。通过介绍基于GIS的地统计学方法在土壤水盐空间变异、养分空间分布特征、重金属污染调查等方面的研究,进一步说明了地统计学在未来土壤科学发展中广阔的应用前景。     

基于地统计学的河北省降雨侵蚀力空间格局研究

【目的】研究降雨侵蚀力的空间分布格局。【方法】搜集河北省气象台站降雨数据应用SPSS和ARCGIS地统计软件对其进行分析与模拟。【结果】建立适宜于河北省的降雨侵蚀力的简易模型，并计算各台站的多年平均降雨侵蚀力；应用不同的插值方法进行估值，综合比较各种内插方法的预测误差、统计特征值及插值结果分布图；在2阶趋势条件下，半方差模型采用高斯模型、插值方法为析取克里格方法拟合结果优于采用球状模型与指数模型的其它插值方法。【结论】应用地统计学研究降雨侵蚀力空间分布格局，将有助于精确、定量化地估算土壤侵蚀风险，为科学制定区域水土保持规划和管理策略提供数字地图支持。     

克拉玛依农业开发区地下水埋深与土壤积盐空间异质性分析

[目的]分析克拉玛依农业开发区地下水作用条件下土壤的积盐规律,为研究其土壤盐渍化的成因以及制定合理改良对策提供依据.[方法]运用GIS和地统计学的原理与方法,结合地下水埋深的空间分布,对土壤盐分分布规律进行定量分析.[结果]地下水埋深、耕层土壤含盐量均属于中等变异强度,中、底层土壤含盐量属强等变异性;受结构性因素和随机性因素的共同作用,地下水埋深、底层土壤含盐量呈强空间自相关性,耕层、中层土壤含盐量具有明显的空间自相关性;对空间尺度上的地下水埋深与土壤含盐量定量分析表明,耕层、底层土壤含盐量与地下水埋深呈负相关性,中层土壤含盐量与地下水埋深相关性不明显.[结论]加强排水,制定合理灌溉定额并严格实施,从而控制并降低地下水位是当前盐碱改良主要措施.     

基于典范对应分析的甘肃引黄灌区土壤盐渍化特征研究

【目的】研究甘肃引黄灌区耕地土壤全盐量（TS）、pH和盐分离子组成的空间分布特征及数量关系,并探讨它们之间的相互关系、影响程度以及对盐碱地类型、分布的影响。【方法】以兴电和景电两个典型灌区为研究取样区,样点布局既涵盖了上游新垦盐碱荒地、中游轻度盐渍化耕地、下游中重度盐渍化耕地和弃耕盐碱荒地,又兼顾了耕地土壤盐渍化类型（硫酸盐型、氯化物-硫酸盐型、硫酸盐-氯化物型）和程度（轻度、中度、重度）的差异。运用常规统计学方法研究了土壤TS、pH、盐分离子的剖面分布特征,运用典范对应分析方法（CCA）研究了土壤TS、pH与盐分离子含量之间的数量关系及各土层TS、pH、盐分离子与研究对象前2个CCA排序轴的相关系数、特征值和解释方差。【结果】甘肃引黄灌区耕地土壤为轻度至重度盐化,0-40 cm土层含盐量随土层深度的增加而降低,40-80 cm土层含盐量随土层深度的增加而增加。剖面中的阳离子以Na+为主,阴离子以SO42-为主,土壤pH介于7.93-9.98之间。不同土层内,K+与HCO3-、Ca2+与Mg2+始终有较好的关联性,Na+与Cl-之间的关联性越往下层越强,SO42-与Na+之间主要是负相关,K+与Na+以及SO42-、Cl-、HCO3-之间的关联性不强。在0-100 cm全剖面上,pH的空间分布受HCO3-的影响较大,TS受Na+、Cl-、SO42-的影响较大。分层与全剖面的情况有所不同,0-20 cm土层内TS和pH的空间分布主要受控于SO42-含量,20-40cm土层内主要受控于Cl-和Na+含量,40-60 cm土层内受Ca2+、Mg2+、SO42-和HCO3-的共同影响,60-80 cm土层内Mg2+是主要影响因素,80-100 cm土层内主要受控于Mg2+和Cl-。CCA第1排序轴反映了TS的变化情况,第2轴反映了pH的变化情况,第1轴特征值在0.53-0.70,解释方差在38.7%-57.7%;第2轴特征值在0.36-0.64,解释方差在30.6%-44.7%。【结论】甘肃引黄灌区的盐渍化耕地中同时存在盐分表聚和底聚两个过程,上游新垦盐碱荒地和中游轻度盐渍化耕地以底聚为主,下游中重度盐渍化耕地和弃耕盐碱荒地以表聚为主。60-80 cm的泥质胶结砂层含盐量高达93.7 g•kg-1,对水盐运移和盐分离子分布产生了重要影响,是造成灌区发生土壤次生盐渍化的主要原因之一。盐渍化耕地的钠质化现象只在重度次生盐渍化区发生,TS、Na+和SO42-是决定项目区盐碱地类型和分布的主要因素。典范对应分析通过箭头连线的长短、所处的象限、箭头之间的夹角以及与角符号间距离的远近等,在CCA二维排序图上可以直观地给出各盐分离子之间以及土壤TS、pH值与盐分离子之间的关系,并通过各土层TS、pH、盐分离子与研究对象前2个CCA排序轴的相关系数、特征值和解释方差等,来确定不同土层的主控因子和影响甘肃引黄灌区盐碱地类型和分布的主要因素,是一种更加科学的区域盐碱地特征及改良利用情况评价方法。     

不同因子对玛纳斯河流域农田土壤盐分的影响

选取玛纳斯河流域内玛纳斯灌区和莫索湾灌区为研究区．利用遥感影像和GPS定位技术布设土壤盐分采样点,研究分析土壤质地、作物类型及地形因子对农田土壤盐分的影响。结果表明,研究区农田表层土壤（0～20cm层、20～40cm层）的盐分含量大小为：粘壤土〉粉壤土〉砂壤土;不同作物种植条件下农田土壤盐分状况表现为：棉花地〉葡萄地〉玉米地;不同地形部位农田土壤盐分含量表现为：冲积洪积扇下部〉冲积洪积扇中部〉沙漠边缘〉冲积洪积扇上部,各地形部位农田土壤盐渍化程度均表现为轻度盐渍化;不同海拔农田土壤盐分状况表现为：400500m〉500～700m〉400m以下,土壤盐分含量随着海拔的升高呈先增加后降低的趋势。     

Combined use of hyperspectral VNIR reflectance spectroscopy and kriging to predict soil variables spatially

Hyperspectral visible near infrared reflectance spectroscopy (VNIRRS) and geostatistical methods are considered for precision soil mapping. This study evaluated whether VNIR or geostatistics, or their combined use, could provide efficient approaches for assessing the soil spatially and associated reductions in sample size using soil samples from a 32 ha area (800 × 400 m) in northern Turkey. Soil variables considered were CaCO₃, organic matter, clay, sand and silt contents, pH, electrical conductivity, cation exchange capacity (CEC) and exchangeable cations (Ca, Mg, Na and K). Cross-validation was used to compare the two approaches using all grid data (n = 512), systematic selections of 13, 25 and 50% of the data and random selections of 13 and 25% for calibration; the remaining data were used for validation. Partial least squares regression (PLSR) analysis was used for calibrating soil properties from first derivative VNIR reflectance spectra (VNIRRS), whereas ordinary-, co- and regression-kriging were used for spatial prediction. The VNIRRS-PLSR method provided better prediction results than ordinary kriging for soil organic matter, clay and sand contents, (R ² values of 0.56–0.73, 0.79–0.85, 0.65–0.79, respectively) and smaller root mean squared errors of prediction (values of 2.7–4.1, 37.4–43, 46.9–61, respectively). The EC, pH, Na, K and silt content were predicted poorly by both approaches because either the variables showed little variation or the data were not spatially correlated. Overall, the prediction accuracy of VNIRRS-PLSR was not affected by sample size as much as it was for ordinary kriging. Cokriging (COK) and regression kriging (RK) were applied to a combination of values predicted by VNIR reflectance spectroscopy and measured in the laboratory to improve the accuracy of prediction of the soil properties. The results showed that both COK and RK with VNIRRS estimates improved the predictions of soil variables compared to VNIRRS and OK. The combined use of VNIRRS and multivariate geostatistics results in better spatial prediction of soil properties and enables a reduction in sampling and laboratory analyses.     

落叶松林地表死可燃物含水率的空间异质性和取样方法

为了研究林下可燃物含水率的空间异质性状况,在东北林业大学老爷岭生态站附近对落叶松林下地表可燃物按试验地的坡位分3个方向进行取样。其中:沿坡上至坡下定为垂直方向,与之垂直的方向定为水平方向,垂直方向和水平方向的夹角平分线方向定为斜向。对每个方向凋落物层和腐殖质层分层取样,并计算含水率,利用常规统计和地统计学中的半方差分析处理数据。研究结果表明,可燃物含水率相对变异较大的是斜向样带,变异系数为0.46。除水平方向的凋落物层可燃物外,其他样带可燃物含水率都有明显的空间相关性,斜向凋落物层基台值最大(1.632),总体上看,凋落物层可燃物含水率的异质性程度比腐殖质层高。可燃物含水率在3个方向半方差与距离相关性高,具有明显的各向异性。其中,凋落物层各向异性十分明显,腐殖质层各向异性变异复杂近不明显。通过模拟取样估测样地总体含水率,结果表明:控制取样间隔距离可以提高取样精度,在取样间隔距离为2～8 m、取样强度在7个以上时,标准误差已经减少至10%以下;随机取样需要更大的取样强度且误差较大,不具优越性。     

主成分分析法在膜下滴灌不同年限棉田土壤表层盐渍化评价中的应用

利用主成分分析法和SPSS软件对膜下滴灌不同年限棉田土壤表层盐渍化程度进行了评价和分析.结果表明:利用主成分分析法可以有效地识别影响土壤表层盐渍化的主要成分,揭示土壤盐渍化影响离子的相互关系;以石河子121团实验地化验结果为依据,利用主成分分析法进行了分析,最后得出了该地块以氯化物-硫酸盐为主,为土壤盐渍化评价的定量化研究提供了依据,从而说明主成成分分析法在土壤盐渍化的评价中是切实可行的.     

塔里木河上游荒漠河岸林土壤水盐分布规律研究

对塔里木河上游荒漠河岸林不同覆盖度下土壤水盐分布规律的研究,为土壤盐渍化防治,干旱地区生态环境重建提供重要依据。通过对研究区不同植被覆盖度条件下（0~0.2,0.2~0.5与0.5以上）的盐渍化土壤进行分层取样,测定其盐分和水分含量,分析在水平方向和垂直方向上的水盐变化规律。结果表明:相同深度土壤盐分随覆盖度的增大呈现减少的趋势,相同土层以5月份盐分含量最高,4月最低;而土壤水分随覆盖度的增大呈增高的趋势,相同土层含水量随时间上没有明显的差异,含水量4月份稍高,6月稍低。在相同覆盖度条件下随着土层由浅到深盐分积累逐渐减少,表层0~60 cm 3个土层随时间推移盐分含量变化明显,其他土壤层次变化不大;而土壤水分与土层深度的关系不明显,随时间变化为4月份土壤含水量相对较多,6月份较低。在不同覆盖度不同土层盐分随水分含量变化规律为4月份覆盖度在0~0.2时,土壤盐分与含水量呈显著负相关,覆盖度在0.5以上时,土壤盐分与含水量呈极显著正相关,其他月份相关性不显著;因此,塔里木上游荒漠河岸林土壤水分、盐分的变化与覆盖度、季节有很大关系。     

陕西渭北农田土壤盐碱化空间分布及影响因素

为明确陕西省渭北地区农田土壤的盐碱化空间分布和主要影响因素,为区域耕地资源合理利用和低产田改良提供理论支持,以渭河以北、渭北低山及两侧的黄土高原和台塬为研究中心,通过区域调查、田间采样及室内分析,获得渭北0~60cm土层的盐碱化数据及相对应的空间、土壤性质、地下水、作物产量数据,对土壤盐渍化程度的分布状况进行定量评价,结合GIS软件绘制不同土壤层次的盐碱化分布图,结果表明:渭北0~60cm农田土壤盐碱化主要以轻度盐土和非碱化土为主,分别占农田总面积的93.5%和95.4%,各土层盐碱量从上到下逐渐增加,40~60cm土层含盐量达2.06g/kg,含碱量达4.93g/kg。土壤含盐量和碱化度较高区域分布在临渭区、富平县和蒲城县交界区域(卤泊滩周边)及黄河、渭河、洛河交汇的大荔县部分区域(盐池洼周边),韩城市黄河沿岸区域含盐量也较高。渭北农田0~20cm土层含盐量受地下水因素的影响最为明显,贡献率为43.55%,其次为空间因素和土壤因素。20~40cm土层受土壤因素影响最为显著,贡献率达44.14%,空间、地下水、管理因素次之。40~60cm土层较20~40cm土层受土壤因素影响更为显著,贡献率为68.34%,管理、空间、地下水因素次之。     

塔里木河中下游地区土壤有机质空间变异性研究

本文以新疆生产建设兵团农二师33团为研究区．根据植被的变化选取土壤样点，运用地统计学方法对土壤有机质的空间变异性进行定量分析，结果表明：土壤有机质含量呈正态分布，空间变异范围是0—1660m，变异函数的最优模型为球状模型。