小流域土壤有机碳密度空间变异特征的尺度效应研究

选择内蒙古赤峰市敖汉旗黄花甸子流域为研究对象,运用地统计学和Arc GIS空间分析工具相结合的方法研究流域内土壤有机碳密度的多尺度空间变异特征以及其影响因素。结果表明,土壤有机碳密度的空间变异性具有明显的多尺度效应,随着研究尺度的增大,土壤有机碳密度的块金系数逐级减小,小尺度下土壤有机碳表现为中等程度空间相关性;大、中尺度为强烈空间相关。结构性因素对土壤有机碳的空间变异作用逐渐增强,而同时削弱随机因素对其变异所产生的影响。地形因子与NDVI对土壤有机碳密度均有显著影响,大尺度的研究中,环境因子与有机碳密度的相关性由大到小表现为海拔坡度NDVI坡向;中、小尺度的研究则表现为NDVI海拔坡度坡向。     

黄土高原沟壑区小流域土壤有机碳空间变异

通过对砖窑沟流域不同地貌部位62个点的取样分析,运用地统计学方法研究了流域土壤有机碳的空间变异性特征,初步探讨了影响空间变异的复杂因素。结果表明:流域内土壤有机碳非常低,存在土壤养分贫瘠化现象。各层土壤有机碳含量的变异为中等程度,该变异主要是由空间自相关部分引起的。同层次内,沟坝地土壤有机碳含量比梁峁地高。垂直剖面上,土壤有机碳含量随深度增加而减少,表层含量值明显高于下部各层,60cm以上含量值随深度增加递减迅速,60cm以下含量值变化不大。不同地貌部位剖面土壤有机碳含量的变幅是:在80cm以上,沟坝地明显大于梁峁地;80cm以下,二者大体相当。土壤有机碳含量在空间上的分异主要受土壤动植物在土体中的分布、土壤含水量、水土流失及人类生产活动等因素的影响。     

锡林河流域土壤有机碳空间变异分析

为了探索锡林河流域土壤有机碳的空间变异规律,基于半方差函数理论和普通克里格插值研究了0-10 cm,20-30 cm,40-50 cm土壤有机碳变异特征及分布格局。结果表明,（1）0-10 cm,20-30 cm,40-50 cm层土壤有机碳的最优拟合模型依次是高斯模型、高斯模型、指数模型。（2）随着土层深度的增加,土壤有机碳空间分布相关性增强,0-10 cm层土壤有机碳存在中等空间分布相关性,20-30 cm与40-50 cm层土壤有机碳具有强烈的空间分布相关性,自相关距离分别为25.81 km,20.26 km,45.00 km。（3）各向异性分析表明:各方向土壤有机碳变异程度随着土层深度增加而减弱,同层不同方向半方差变化明显,各向异性显著,不同层西南-东北45°方向以及东南-西北135°方向半方差变化最为明显,而各层45°方向变异程度却表现出相似性。（4）各层土壤有机碳分布具有一致性,流域南部边缘到东部以及东北部为土壤有机碳含量较高区域,北部、西北部以及上游的中南部是全流域土壤有机碳含量最低的区域,西部以及西南部土壤有机碳含量处于相对中等水平,流域地形与植被分布特征决定了土壤有机碳这种分布特点。     

基于时空变异的旱地土壤有机碳高效采样策略研究

土壤有机碳(SOC)空间分布具有时序差异性,明确样点数量对不同时期SOC预测精度影响是制定高效采样策略的基础.选取3.93×104 km2江苏北部旱地作为案例区,运用普通克里金插值方法,分析样点数量对不同时期SOC空间预测精度的影响.结果表明:不同数量样点数据集下1980年苏北旱地SOC预测值与实测值的相关系数r和均方...     

皖北平原蒙城县农田土壤有机碳空间变异及影响因素

以皖北平原典型农业生产大县亳州市蒙城县为代表,运用统计学、地统计学方法和GIS技术研究了其农田耕作层(0～20 cm)土壤有机碳(SOC)含量的空间分布及其影响因子。结果表明:研究区SOC含量为10.41±2.52 g kg-1,近30年来提高了55.61%,SOC变异系数为24%,属于中等变异程度。SOC含量在空间分布上表现为东北部、中部和西南部含量高,由西北向东南先逐渐增加后逐渐降低,变异程度较高。整个县域范围内SOC空间变异的主要影响因素为土壤机械组成(粉粒和砂粒含量),其次为秸秆还田。     

三江平原土壤有机碳含量及其密度的空间变异特征分析

  目的  三江平原是我国重要的粮食产地,探究三江平原土壤有机碳(SOC)含量及其密度的空间分布特征及影响因素,为该区域土壤有机碳库的维持和提升提供重要依据。  方法  在三江平原地区8 km × 8 km网格法布设采样点,共采集表层（0 ~ 20 cm）土壤样品324份,开展土壤有机碳含量及其密度空间分布特征和影响因素分析。  结果  表层土壤有机碳含量平均值为30.90 ± 25.42 g kg?1、表层有机碳密度平均值为69.05 ± 48.62 t hm?2,其空间上呈“东南低－西北高”分布特征。黑土与水稻土之间土壤有机碳含量存在极显著差异（P < 0.01),与暗棕壤之间土壤有机碳含量存在显著性差异(P < 0.05);耕地－水田土壤有机碳含量最低,为27.21 g kg?1,林草地有机碳含量最高,为44.83 g kg?1,耕地与林草地之间土壤有机碳含量存在极显著差异（P < 0.01);种植水稻的土壤有机碳含量最低,为27.31 g kg?1,种植混合林的土壤有机碳含量最高为44.83 g kg?1,种植混合林与种植玉米、水稻、豆类之间的土壤有机碳含量存在极显著差异（P < 0.01)。  结论  总体看来,土地利用类型、土壤类型和作物类型三种因素对三江平原地区土壤有机碳含量及其密度均有影响,并达到显著水平。     

表征土壤有机碳区域分布的优化空间插值模型研究——以福建省龙海市为例

如何利用有限的样本数据来获得更为准确的土壤属性空间分布信息是土壤学研究的热点问题之一。利用福建省龙海市采集的1 133个耕地土壤样品,设计了结合地貌类型、土壤类型和土地利用类型等信息的5种克里格插值模型,研究县级尺度上土壤有机碳空间预测优化插值模型及其与样点密度的关系。结果表明:设计的5种插值模型预测精度均高于普通克里格法,但不同样点密度对插值结果影响较大。按0.5 km×0.5 km及以上的格网密度进行样点布设,采用土地利用现状类型结合土壤类型信息的普通克里格法(KDLTR)插值结果误差较小;按2 km×2 km的格网密度布设调查样点时,采用土壤类型信息的普通克里格法(KTR)插值结果误差较小;当格网大于4 km×4 km时,由于样点数少,各种模型的结果相差不大,可直接采用普通克里格法(KYJZ)进行插值。     

河北坝上地区坡面尺度土壤有机碳空间变异

土壤有机碳作为土壤的重要组成部分,其空间变异对土壤资源的合理利用、土壤碳循环等具有重要意义.选取河北坝上地区典型草地坡面,通过实地采样、试验分析、地统计与空间插值制图,探究农牧交错带坡面土壤有机碳含量空间变异特征及机理.结果表明:坡面土壤有机碳含量平均为2.72％,空间差异较大,在坡形上表现为凹坡>偏凹坡>偏凸坡>凸坡...     

江西省耕地土壤有机碳空间变异的主控因素研究

准确地获取省域尺度下土壤有机碳空间变异的主控因素对土壤碳调控以及全球环境保护具有重要意义。本文基于江西省2012年测土配方施肥项目采集的16 582个耕地表层(0~20 cm)土壤样点数据,探讨江西省耕地表层土壤有机碳空间变异的主控因素。运用普通克里格法、单因素方差分析与回归分析方法对比地形因子、耕地利用方式、成土母质、土壤类型、灌溉能力和秸秆还田方式对江西省土壤有机碳空间分布的影响。结果表明:(1)江西省土壤有机碳含量在5.22~40.31 g/kg之间,平均值为17.90 g/kg,变异系数为31.01%,呈中等程度的变异性。(2)经半方差分析,土壤有机碳的变程为30.6 km,空间自相关范围较小;块金效应值为12.49%,表明土壤有机碳空间变异受结构性因素影响大于随机性因素。(3)在空间分布上,高值区主要分布在萍乡市、新余市、南昌市、抚州市与景德镇市。(4)回归分析与单因素方差分析结果表明,地形因子、灌溉能力、成土母质、耕地利用方式、土壤类型和秸秆还田方式对土壤有机碳空间变异影响均显著(P0.05),但影响程度不一。秸秆还田方式对土壤有机碳空间变异的独立解释能力最高,为38.9%,是江西耕地表层土壤有机碳空间变异的主控因素。     

下辽河平原区农田土壤有机碳含量时空变异研究

以1980年第二次土壤普查数据和2010年下辽河平原区耕地地力评价数据为基础,采用GIS空间分析的方法,对该地区耕地土壤有机碳的含量随时间和空间的变化特征进行分析和研究。分析结果表明,上世纪80年代,下辽河平原耕地土壤有机碳分布的差异越来越小,该地区耕地土壤中有机碳的整体呈减少的趋势。农田土壤有机碳含量空间分布总体而言呈现东高西低、南高北低的趋势。从土壤有机碳含量空间分布的变化看,下辽河平原区农田土壤有机碳含量呈南部增加、北部降低的趋势。30年来,在人类活动的干预下,土壤有机碳含量分布相同的趋势在慢慢减小,小范围内的变化非常明显并且变化幅度较大,整个地区的含量分布变得错综复杂。     

黄淮海农业区旱地土壤有机碳变异性的空间尺度效应

土壤有机碳(SOC)具有空间变异性,其变异程度依赖于空间尺度,多尺度研究SOC变异性特征及其对空间尺度拓展的响应对精确估算土壤碳储量具有重要意义.本研究以黄淮海农业区为研究区域,利用全国第二次土壤普查资料记录的1 875个土壤剖面,设定4级行政区尺度,即大区、省级、市级和县级,研究了不同土壤深度(0～ 20、20 ～ 30、30 ～ 50、50 ～ 70和70 ～ 100 cm)有机碳含量的变异性特征及其对行政区尺度拓展的响应.研究结果表明:黄淮海农业区SOC含量变异系数均值随着行政区尺度的增大和土壤深度的增加而增大,范围为县级尺度0～20 cm表层的33.68％到大区尺度70～ 100 cm底层的81.02％;两行政区尺度间的跨度越大,其变异度越大,尺度间变异度呈明显的阶梯状,表现为3个尺度等级(大区-县级)＞2个尺度等级(省级-县级和大区-市级)＞1个尺度等级(省级-市级,市级-县级和大区-省级);SOC含量变异系数均值与行政区面积为显著对数关系y=a+b×ln(x),随着土壤深度的增加,SOC变异性对尺度的响应也越快.实际采样过程中,研究区域越大,采样深度越深,所需要的采样点数目越多.     

耕地养分空间插值技术与合理采样密度的比较研究

土壤养分连续空间分布数据是土壤信息系统工作的基础,土壤养分空间插值的研究因此变得尤为重要。对湖北省鄂州市进行土壤养分采样调查,以对作物生长作用较为密切的有效氮、有效磷、有效钾、pH为研究对象,运用克里格法(Kriging)、样条函数法(Spline)、距离权重倒数法(IDW)3种插值方法对数据进行栅格化处理,分析比较3种插值方法所得结果的特性以及对耕地养分数据插值的适宜性。通过调整空间采样点密度,比较几种空间采样密度对插值结果的影响,总结3种插值方法在不同空间尺度下的插值精度,并在不同土壤类型内进行不同采样密度的插值分析。     

红壤区土壤有机碳时间变异及合理采样点数量研究

相对于土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)空间变异性及合理采样点数量的研究,其时间变异性及揭示特定时段SOC变化所需采样点数量的研究较少。选择红壤丘陵区的江西省余江县为研究区,分析了1982—2007年SOC含量的时间变异特征,并估算了揭示该时段SOC变化所需土壤采样点数量。结果表明,1982—2007年SOC含量均值由14.18增至16.27 g kg-1,增幅为14.74%,其变异系数则由0.22上升为0.44。各土地利用方式中,水田和林地SOC含量分别增加了2.93和3.12g kg-1,而旱地则降低了2.55 g kg-1;同时各利用方式的SOC含量变异系数均出现较大幅度的提高。基于两时段的全部样点,在95%和90%置信区间上,计算得到揭示该时段全县SOC时间变异所需的采样点数量分别为186和147。基于各土地利用方式的SOC变化,计算得到水田、旱地和林地所需采样点数量分别为68、44和144(95%置信区间)及54、34和112(90%置信区间);揭示旱地SOC变化所需采样点数量应为水田的60%以上,而林地所需样点则为水田的2倍以上。该研究结果可为红壤区SOC时间变异性及其调查采样提供参考。     

采样尺度对土壤养分空间变异分析的影响

以高密度土壤养分采样数据为数据源,通过随机抽取生成不同采样尺度的样点数据,分析采样尺度对土壤养分空间变异特征分析的影响。研究结果表明:区域土壤养分预测均值随采样尺度减小呈下降趋势,而变异系数增加;养分空间分布的全局趋势随采样尺度增大而增强,但不影响半方差模型;当采样尺度较大,样点间自相关较弱时,相对较少的样点也能满足区域统计参数估测分析需要,但不能用于空间变异特征和插值分析;当样点数大于最佳采样数时,养分统计参数、空间变异特征和插值分析随着采样尺度减小而精度提高,当采样尺度达到0.2左右时,能够满足中等空间变异的土壤养分空间插值分析需要;样点空间布局对相关距和空间插值分析精度的影响比采样尺度本身更为显著。     

红壤典型区不同类型土壤有机碳组分构成及空间分异研究

以江西省东乡县为研究区,基于土壤有机碳三库(活性、缓性和惰性碳库)一级动力学理论,通过22个土壤样品的实验室呼吸培养实验,计算了各土壤亚类的碳组分含量及占总有机碳的比例,并借助全县229个采样点获得了东乡县的活性、缓性和惰性有机碳的空间分布图。分析结果表明,淹育、潴育、潜育型水稻土和红壤的活性碳含量分别为0.54、0.72、0.72和0.33 g/kg,分别占其总有机碳含量的2.78%、2.83%、2.91%和2.57%;缓性碳含量分别为7.57、9.79、12.34和4.72 g/kg,分别占总有机碳含量的41.09%、45.25%、46.24%和37.12%;惰性碳含量分别为10.36、11.22、13.49和7.67 g/kg,分别占总有机碳含量的60.31%、56.13%、51.92%和50.67%。在空间分布上,活性、缓性和惰性碳含量均呈现由东南向西北减少趋势。分析表明水稻土各亚类活性和缓性碳含量高于红壤,说明水稻土不仅是该地区固碳的主要类型,也是较大的潜在碳排放源。红壤的惰性碳尽管比例最高,但总有机碳含量较低,其土壤固碳能力有待进一步提高。     

不同取样间距农田土壤全量养分空间变异特征研究

以三种取样间距(100m、50m、25m)进行网格取样,对土壤有机质、全量氮磷进行空间变异性分析。结果表明:土壤有机质与全氮含量处于较低水平,全磷含量处于中等水平。全氮的变异系数随不同间距变化幅度较小,有机质与全磷的变异系数随着取样间距增加而减小.取样间距对合理取样数目具有一定的影响,合理取样数目分别为:有机质(24)、全氮(34)、全磷(10).土壤全量养分的空间变异性主要受结构因素影响,随机因素影响较弱,但不同取样间距对全量养分空间变异规律影响不明显;对于全量养分100m的取样间距就可以满足干旱区农田土壤样品的精度要求。     

祁连山天老池小流域土壤有机碳空间异质性及其影响因素

采用野外取样和室内分析,结合地统计学方法和方差分析方法,分析了祁连山天老池小流域0~30 cm层的土壤有机碳的分布特征及其与植被类型、地形和土壤性质等因素的关系。结果表明,该流域土壤有机碳垂直分布存在显著的差异,随着土层深度的增加,土壤有机碳含量显著减少,0~10、10~20、20~30 cm土层土壤有机碳含量分别为105.08、81.46、62.62 g/kg,土壤平均有机碳含量为83.05 g/kg,变异系数为0.56。不同的植被类型0~10 cm土层土壤有机碳含量表现为青海云杉(138.20 g/kg)灌丛(118.49 g/kg)亚高山草甸(100.43 g/kg)祁连圆柏(74.17 g/kg)干草原(43.94 g/kg);随着海拔的升高土壤有机碳含量增加,阴坡有机碳含量明显高于阳坡;经相关性分析表明,土壤有机碳与土壤全氮和砂粒呈显著正相关关系,与土壤体积质量、黏粒和粉粒呈显著负相关关系。     

栓皮栎林与油松林土壤有机碳及其组分的研究

土壤有机碳在可持续森林生产力的维持中起重要作用。本文以北京鹫峰地区栓皮栎林和油松林为研究对象,对土壤有机碳及其组分的含量与密度进行了研究。结果表明,在0~20 cm土层中,栓皮栎林土壤总有机碳、轻组有机碳和易氧化碳的含量分别达到14.05 g kg-1、2.97 g kg-1和0.38 g kg-1,显著高于油松林。栓皮栎林0~20 cm土层内土壤颗粒有机碳、轻组有机碳和易氧化碳密度分别较油松林高39.68%、77.77%、145.45%,两植被类型间的的差异均达到了显著水平。在土壤总有机碳中,颗粒有机碳、轻组有机碳和易氧化碳的分配比例分别为23.60%~41.40%、9.10%~33.33%和1.39%~2.80%。因此,栓皮栎林较油松林更有利于土壤总有机碳和活性有机碳的积累。     

点面拓展方法对揭示土壤有机碳变异性的影响

以江西省余江县中部地区为例,基于规则网格采样点,利用普通克里格(OK)和3种图斑连接方法(采样点分别与土壤图斑(PSt)、土地利用图斑(PLu)及土壤-土地利用复合图斑连接(PSt Lu))对土壤有机碳(SOC)进行点面拓展,并通过验证样点对比各方法的预测精度。结果表明,土壤类型和土地利用方式对红壤区SOC含量有显著影响,其中土地利用的影响大于土壤类型。OK方法未考虑土壤和土地利用对SOC的影响,空间预测误差最大;PSt和PLu分别考虑了土壤和土地利用类型间的差异,误差较OK分别降低了35.8%和46.0%;而PSt Lu综合考虑了土壤和土地利用的影响,误差较OK降低了48.9%。此外,PSt、PLu和PSt Lu方法得到的SOC分布分别与土壤类型、土地利用方式和土壤-土地利用组合的空间分布一致,均较OK能更好的反映现实情况。