模糊c-均值算法在区域土壤预测制图中的应用

基于模糊c-均值算法和地统计学空间插值,在面积约为1km2的研究区内进行区域土壤预测制图。研究结果表明:根据研究区123个剖面和土钻样点,通过分析它们在形态学上的特征和定量属性,建立了9类诊断特征土层。通过FCM算法模型,获得4类最佳分类数,模糊指数为1.7。类别数目与研究区受地形、母质和土地利用方式影响的主要成土过程决定的土纲下土壤类型数目一致。将经过对称对数比转换的隶属度成分数据进行单一模糊类别隶属度土壤预测制图,4种类别土壤在空间上具有明显的渐变过渡特征,制图结果较理想。在单一类别隶属度土壤图的基础上生成最大隶属度土壤图,与常规土壤调查土壤图具有共同参比的基础。     

黄土高原不同地貌区农田土壤有机质预测方法研究

[目的]开展黄土高原不同地貌区农田土壤有机质(SOM)预测方法研究,探讨不同预测方法在不同区域的适用性及不确定性,以便更准确地估算农田SOM空间分布特征,对土壤资源高效利用和农田精细化管理具有重要意义.[方法]在黄土高原3种典型地貌区进行试验,包括丘陵沟壑区(庄浪县)、高塬区(宁县)和平原区(武功县),分别布设样点37...     

应用激光粒度仪分析土壤机械组成的实验研究

土壤机械组成是最基本的土壤参数之一。探讨了应用激光粒度仪分析土壤机械组成的实验条件、检测结果与精度,并与传统的吸管法加以比较。对9个土壤样品分别用激光粒度分析和吸管法作对比测试实验,结果显示:两种方法原理的不同产生了在颗粒含量上激光粒度分析得到的粘粒含量显著低于吸管法,但是两种方法在质地分类上的结果是基本一致的。总之,运用激光粒度分析土壤机械组成是可行的。     

不同方法预测苏南农田土壤有机质空间分布对比研究

准确把握土壤有机质(SOM)的空间分布规律对于土壤资源的高效持续利用具有重要意义。以江苏南部为研究区,以辅助因子与SOM的相关性强弱及辅助因子的可获取性为切入点,运用普通克里格(OK)、回归克里格(RK)和随机森林(RF)方法,结合地形、气候、土壤类型、土壤理化性质和施肥、碳投入等辅助数据预测了苏南地区农田SOM含量(0~20 cm)的空间分布。结果表明,三种方法预测的SOM空间分布总体趋势相似,表现为东高西低,但局部分异还存在差异;OK预测的精度最低,100次预测的均方根误差(RMSE)均值为6.97 g·kg~(-1)。RK和RF的预测精度则均高于OK方法,表现为整合与SOM相关性最强的辅助因子全氮(TN)时,RK和RF预测的RMSE分别降低至5.25 g·kg~(-1)和4.97 g·kg~(-1),而移除相关性最强的辅助因子TN后,RK和RF预测的RMSE亦较OK方法低,分别为6.21 g·kg~(-1)和6.29 g·kg~(-1);移除TN后,RK的预测精度稍高于RF,表明在其他辅助数据与SOM相关性相对较弱的条件下,RK方法有助于提高本研究区SOM预测精度;同时,尽管RK和RF的预测精度依然较OK高,但RK和RF对SOM方差的解释度则分别由51%和55%降低至了29%和28%。这表明,目前容易获取且相对廉价的辅助数据,对本研究区的SOM空间预测方面,还面临着数据质量低、预测精度不足等问题。     

砒砂岩区小流域林地土壤机械组成与分形维数关系

为了探究砒砂岩区不同林地土壤机械组成的差异,于鄂尔多斯市准格尔旗西部暖水乡境内的鲍家沟小流域选取立地类型一致的油松、侧柏、沙棘、柠条4种典型林地为研究对象,以天然草地为对照,每种林地设置样地3个,每个样地随机选取3个取样点,采集0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm土层土样,采用激光粒度分析仪测定土壤机械组成,分析各林地各径级土壤颗粒含量和分形维数之间关系。结果表明:油松林土壤颗粒最细,平均粒径φ值为3.591,其后依次是侧柏林(φ值2.280)、羊草草地(φ值1.416),表明油松、侧柏林对于土壤细颗粒的保护能力相对较强;不同林地土壤细砂含量差异较大,分形维数与土壤机械组成综合指数的第一主成分呈线性关系(y=0.0129x+2.108,y为分形维数,x为机械组成综合指数,P 0.05),与第二主成分呈二次项关系(y=0.036x~2+0.001x+2.27,y为分形维数,x为机械组成综合指数,P 0.05)。     

基于协同克里格插值和地理加权回归模型的土壤属性空间预测比较

选取宜昌市红花套镇作为研究区域,研究土壤pH、有机质、有效磷、速效钾、碱解氮与土壤属性指标变量之间的关系,选择与预测变量之间具有较高相关性的变量作为辅助变量用以提高预测精度,本文试图将地理加权回归模型应用于土壤属性空间模拟中,以此与协同克里格插值的预测结果进行对照,从而比较它们的预测精度以提出更适合土壤属性预测的模型。结果表明:协同克里格插值和地理加权回归模型对土壤属性的空间模拟均有较高的预测精度,在辅助变量较多的情况下地理加权回归模型具有比协同克里格插值更为简单的算法,并且比较预测值相对误差的范围跨度和标准差以及均方根误差等方面,地理加权回归模型在土壤属性指标预测方面具有更高的预测精度,也具有更大的优势。     

基于协同克里格插值和地理加权回归模型的土壤属性空间预测比较

选取宜昌市红花套镇作为研究区域,研究土壤pH、有机质、有效磷、速效钾、碱解氮与土壤属性指标变量之间的关系,选择与预测变量之间具有较高相关性的变量作为辅助变量用以提高预测精度,本文试图将地理加权回归模型应用于土壤属性空间模拟中,以此与协同克里格插值的预测结果进行对照,从而比较它们的预测精度以提出更适合土壤属性预测的模型。结果表明：协同克里格插值和地理加权回归模型对土壤属性的空间模拟都有较高的预测精度,在辅助变量较多的情况下地理加权回归模型具有比协同克里格插值更为简单的算法,并且比较预测值相对误差的范围跨度和标准差以及均方根误差等方面,地理加权回归模型在土壤属性指标预测方面具有更高的预测精度,也具有更大的优势。     

西南典型岩溶区土壤硒空间分布预测

土壤硒精准预测和制图是富硒土壤资源开发利用和环境规划管理的基础。该文以西南典型岩溶区桂林永福百寿河流域为例,在分析影响土壤硒化学行为因子的基础上,通过野外样品采集和室内化学分析以及Arc GIS空间分析,获取了研究区相关地理环境因子和土壤属性因子数据。利用逐步回归方法选择土壤硒空间分布预测的辅助变量,使用协同克里格模型对非连续分布的辅助变量进行插值。在此基础上利用地理加权回归模型对土壤硒空间分布进行预测,同时以普通克里格插值结果作为参照。研究结果表明:使用地理环境因子和影响土壤硒化学行为的土壤属性因子可以提高土壤硒预测精度;协同克里格插值解决了辅助变量数据连续分布的问题;土壤硒的空间分布与地形和影响土壤硒化学行为的因子有关。     

激光粒度仪与吸管法测定土壤机械组成的比较研究——以不同退化程度栗钙土为例

激光粒度仪法作为测量土壤机械组成的新型方法,具有操作简单、速度快的优势,但其适用性与可靠性尚未达成广泛共识。为探究激光粒度仪测定土壤机械组成的准确性与适用性,采集7种退化程度共21份栗钙土土样,使用激光粒度仪与吸管法测定土样机械组成并对比分析。结果显示:激光法测定结果黏粒偏小,而砂粒、粉粒偏大,且随粒径减小误差增大。将两种测定结果进行回归分析,发现砂粒与粉粒转换模型拟合效果理想,黏粒拟合效果差。建立质地三角图发现两种方法得到的质地差异较大,采用转换后数据分析质地,发现质地接近、正确率高,转换效果好。通过扫描电镜对土粒形态观察,发现标准流程不同分散方法下土粒形状与数量均有差异,推测分散方法会影响土壤机械组成的测定结果。激光粒度仪的适用性据测定对象的不同而有差异,对黏粒精度要求高的情况下不宜使用该法,而其他情况下需要对测定结果进行数据转换。     

基于土壤变异解释力的几种土壤制图方法的对比研究——以南阳市1m土体土壤有机碳密度制图为例

为克服方法的复杂性和数据的详细性解释土壤制图效果的不足,基于土壤变异解释力对多种方法进行对比研究。收集南阳1∶5万土壤类型图、30 m分辨率数字高程模型和TM影像,计算出高程、坡度、坡向、归一化植被指数(NDVI)、穗帽变换的湿度(TCW)参数等,以439个土壤剖面为训练数据,分别按土壤类型连接法(SCLM)、加权最小二乘法(WLS)回归、地理权重(GWR)回归、随机森林(RF)、普通克里格(OK)、回归克里格(RK)进行1m土体土壤有机碳密度(SOCD)制图,其余49个土壤剖面作为验证集。结果表明:(1)对SOCD变异的解释力是影响制图效果的本质因素。土壤类型、土壤表层有机质(OM)是主要预测变量,SCLM、WLS和GWR均只能利用其中一种主要变量,土壤图的详细化和回归模型的复杂化均不能明显改善SOCD制图效果。基于土属和OM变量,RF对SOCD变异的解释力最强,预测效果最优;地统计学空间变异函数对SOCD变异的解释力大于回归模型,小于RF,而与土壤类型相当,其相对制图效果亦如此。(2)预测变量建模和空间相关是两类不同的土壤变异解释机制,RK未必能使它们产生最佳组合:只有WLS回归、GWR回归和缺乏土壤类型信息的RF(OM+TCW)适合RK算法,在原始模型中它们对训练数据的拟合效果依次升高,但其RK结果的优劣排序则相反;所有RK的结果均未达到土属和OM参与下RF制图的精度。     

冲积平原区土壤颗粒组成的趋势效应与异向性特征

运用基于ArcGIS的地统计学组件分析了河北省曲周县124个耕层土壤颗粒组成的空间特征.结果表明,区域土壤砂粒含量和粘粒含量在东西方向和南北方向的趋势分别为二阶趋势和一阶趋势;粉粒含量在东西方向呈二阶趋势,南北方向呈零阶趋势.在趋势参数为零阶、一阶和二阶条件下,砂粒含量的异向性分析结果为长轴方向变程接近,短轴方向分别为 17.83 km、16.12 km和21.16 km,但它们都比各向同性且趋势参数为一阶时的变程长.从误差分析和反映区域与局部趋势的结果两方面看,土壤砂粒含量在不同趋势参数或不同异向性参数条件下内插的等值线图以一阶趋势的内插结果最好.     

基于人工神经网络的土壤颗粒组成制图

以浙江西苕溪流域为研究区,综合考虑地形和土壤类型等信息,采集典型土壤样本,测定土壤颗粒组成,并基于土壤颗粒组成与景观位置和特征之间的关系,利用径向基函数(RBF)神经网络建立了高程、坡度、平面曲率、剖面曲率、径流强度系数和地形湿度指数6个地形因子与土壤颗粒组成之间的非线性映射关系,预测土壤颗粒组成的空间分布。验证结果表明,RBF神经网络方法能够挖掘出地形因子信息与土壤颗粒组成之间的非线性映射关系,其预测精度较高,模型稳定性较好,是一种低成本、高效率的制图方法。     

黄土高原典型土壤剖面土壤颗粒组成分形特征

采集从北向南依次分布的干润砂质新成土（神木）、黄土正常新成土（延安）和土垫旱耕人为土（杨陵）等典型土壤剖面0～200 cm土层土样,通过测定土样颗粒体积分形维数及基本性质,以期阐明黄土高原典型土壤颗粒体积分形特征及其与土壤基本性质间的相关性。结果表明,从南到北,土壤颗粒体积分形维数呈下降趋势,而不同土层土壤颗粒体积分形维数差异不显著。土垫旱耕人为土、黄土正常新成土和干润砂质新成土表层（0～10 cm）颗粒体积分形维数分别为2.723±0.024、2.609±0.077和2.589±0.025,表层以下（10～200 cm）颗粒平均体积分形维数分别为2.729±0.034、2.584±0.054和2.558±0.034;颗粒体积分形维数与＜0.01 mm的物理性黏粒及＜0.002 mm的黏粒体积百分含量呈极显著正相关关系,与0.002～0.05 mm的粉粒和＞0.05 mm的砂粒体积百分含量呈极显著负相关关系,与粉粒的显著性较小,而土壤中物理性黏粒体积百分含量与土壤全氮、有机碳及矿物固定态铵均达到极显著正相关关系,而砂粒体积百分含量与上述土壤基本性质均呈极显著负相关关系。     

Impact of the rhizosphere on soil microarthropods in agroecosystems on the Georgia piedmont

We pulse-labeled corn (Zea mays) and weed plants with photosynthetically fixed Carbon-14 to investigate the importance of the rhizosphere as a food source for soil microarthropod food webs. In field samples, we followed the movement of ¹⁴C from plant shoots to roots to microarthropods. In conventionally tilled (CT) agroecosystems, the soil microarthropods accumulated radioactive tracer and reached concentrations as high as those in roots. In no-tillage (NT) agroecosystems, radioisotope concentrations in microarthropods were not as high. The CT systems lack surface organic litter, an alternate food base for microarthropods. Results suggest that feeding in the rhizosphere is more important in CT systems. Weeds transferred higher concentrations of tracer into the rhizosphere than did crop plants, suggesting that weeds in CT systems may be important in fueling food webs.     

冻融过程中土壤颗粒组成的重建：研究综述

Studies conducted over several decades have shown that the freeze-thaw cycles are a process of energy input and output in soil, which help drive the formation of soil structure, through water expansion by crystallization and the movement of water and salts by thermal gradients. However, most of these studies are published in Russian or Chinese and are less accessible to international researchers. This review brought together a wide range of studies on the effects of freezing and thawing on soil structure. The following findings are summarized: i) soil structure after freeze-thaw cycles changes considerably and the changes are due to the mechanical fragmentation of soil coarse mineral particles and the aggregation of soil fine particles; ii) the particle size of soil becomes homogeneous and the variation in soil structure weakens as the number of freeze-thaw cycles increases; iii) in the freezing process of soil, an important principle in the variation of soil particle bonding is presented as: condensation → aggregation → crystallization; iv) the freeze-thaw cycling process has a strong effect on soil structure by changing the granulometric composition of mineral particles and structures within the soil. The freeze-thaw cycling process strengthens particle bonding, which causes an overall increase in aggregate stability of soil, showing a process from destruction to reconstruction.     

天然降雨条件下3种土壤坡面的侵蚀过程及颗粒组成

选取南方红壤侵蚀区3种典型的侵蚀土壤坡面和3场具有代表性的天然降雨,在同等试验条件下对其产流产沙规律及降雨前后坡面土壤颗粒组成进行对比。结果表明：在相同的侵蚀条件下,3种土壤的径流量表现为紫色土〉花岗岩红壤〉第四纪红黏土;产沙量表现为花岗岩红壤〉紫色土〉第四纪红黏土;通过降雨前后3种土壤表面的颗粒组成比较发现,3种土壤表面颗粒均有粗化的趋势。大量细颗粒的流失,是造成土壤退化乃至生态恶化的重要原因。     

The isotopic composition of soil organic carbon on a north–south transect in western Canada

The minor isotopes of carbon (¹³C and ¹⁴C) are widely used as tracers in studies of the global carbon cycle. We present carbon‐isotope data for the 0–5 cm layer of soil on a transect from 49.6°N to 68°N, from mature forest and tundra ecosystems in the boreal‐arctic zone of interior western Canada. Soil organic carbon in the < 2000 μm fraction of the soil decreases from 3.14 kg m^?2 in the south to 1.31 kg m^?2 in the north. The ¹⁴C activity of the organic carbon decreases as latitude increases from 118.9 to 100.7 per cent modern carbon (pMC). In addition, the ¹⁴C activities of organic carbon in the particle‐size fractions of each sample decrease as particle size decreases. These results suggest that organic carbon in the 0–5 cm layer of these soils transfers from standing biomass into the coarsest size fractions of the soil and is then degraded over time, with the residue progressively transferred into the more resistant finer particle sizes. We calculate residence times for the coarsest size fractions of 21 years in the south to 71 years in the north. Residence times for the fine size fractions (< 63 μm) are considerably longer, ranging from 90 years in the south to 960 years in the north. The δ¹³C of the organic carbon decreases from ?26.8 ± 0.3‰ in soil under forest in the south to ?26.2 ± 0.1‰ for tundra sites in the north. At all sites there is an increase in δ¹³C with decreasing particle size of 0.7–1.6‰. These changes in δ¹³C are due to the presence of ‘old’ carbon in equilibrium with an atmosphere richer in ¹³C, and to the effects of microbial degradation.     

Relationship between mineral composition or soil texture and available silicon in alluvial paddy soils on the Shounai Plain,Japan

Abstract

To evaluate the relationship between the amount of available Silicon (Si) in paddy soils and their mineral properties on the Shounai Plain in Japan, which is formed from several parent materials, we evaluated the amount of available Si, the particle size distribution, the oxide composition of crystalline minerals and the amount of oxalate-extractable Si (Si_o), iron (Fe_o) and aluminum (Al_o) in the soil. The amount of available Si in the soil and the oxide content of the crystalline minerals differed among four soil groups that were distinguished by their clay mineral composition. There was no difference in the particle size distribution among the soil groups. The amount of available Si was positively related to the SiO₂/Al₂O₃ ratio of clay, the CaO concentration of silt and fine sand, and the amounts of Si_o, Fe_o and Al_o in the soil. The amount of available Si in the soils was negative correlated with the Na₂O and K₂O concentrations of silt, the K₂O concentration of fine sand, and the coarse sand content. These results suggest that the amount of available Si in soils is affected by the weathering resistivity of their minerals and that the particle size distribution and mineral composition are related to the available Si of the soils. Mineralogical properties, including the particle size distribution and mineral composition such as the SiO₂/Al₂O₃ ratio × clay fraction content and the amounts of CaO and MgO in silt-sized particles, were positively correlated with the amount of available Si in the soil, but these correlations were not found for fine sand-sized particles. The Si_o, Fe_o and SiO₂/Al₂O₃ ratio × clay fraction contents contributed approximately 50% to the amount of available Si in the soils. The amount of available Si in the soil was divided into two groups according to the location of the paddy field. The amount of soil-available Si in the alluvial plain was affected by the geology upstream through the mineral composition.     

保护性耕作对太行山前平原土壤质量的影响

保护性耕作被认为是华北平原农业可持续发展的重要措施, 但目前缺乏这些措施对土壤质量影响的系统报道。本研究以长期定位试验为基础, 探讨了太行山前平原两熟制高产农田不同耕作措施对麦田土壤质量的影响。试验始于2001 年, 设置翻耕玉米秸秆不还田(非保护性耕作对照, CK)、翻耕玉米秸秆粉碎还田(CT)、旋耕玉米秸秆粉碎还田(RT)和免耕玉米秸秆直立还田(NT)4 个处理。2007 年冬小麦收获后分层测定土壤有机碳(soil organic carbon, SOC)含量、容重(ρ_b)、水稳性团聚体、水分特征曲线、饱和导水率(K_s)和微生物量碳氮。2008 年测定了剖面SOC 含量、ρ_b 和蚯蚓数量。结果表明, 连续多年保护性耕作后土壤剖面的SOC 储量无显著变化, 但保护性耕作(RT 和NT)下SOC 的层化比率(1.74~2.04)显著高于翻耕处理(CK 和CT, 1.37~1.45); 保护性耕作显著提高了表层微生物量碳、氮含量以及单位面积土壤中的蚯蚓数量。NT 处理导致耕层(0~20 cm)土壤ρ_b 增加, 但提高了土壤团聚体的稳定性。CK 和CT 处理显著增加了0~5 cm 土层裂隙(>500 μm)和传输孔隙(500~50 μm)的比例, 而NT 处理则增加储水孔隙(50~0.5 μm)的含量。另外, 保护性耕作提高了土壤的K_s、田间持水量和有效水含量。对土壤质量指标S 的分析结果表明, 实施保护性耕作后, 太行山前平原地区土壤质量总体上得到改善。