采样密度和插值对农田土壤碱解氮空间变异性的影响

将吉林省榆树市弓棚镇作为研究区域,利用采样密度和插值方法(BP神经网络方法和Kriging方法),研究其对农田土壤碱解氮空间变异性的影响。研究结果表明:Kriging模型插值精度随采样密度的减少,呈显著下降趋势,采样密度对BP神经网络插值精度影响相对较小。当采样密度较大时,插值精度表现为Kriging模型显著高于BP神经网络模型;当采样密度较小时,BP神经网络模型的插值精度优于Kriging模型插值精度。研究为精准农业土壤养分插值方法的选取、制定优化采样策略提供科学依据。     

土壤碱解氮空间变异与合理采样点数量研究

掌握土壤碱解氮变异特征是合理施肥与精准农业发展的前提,而合理采样点数量的确定是高效获取土壤碱解氮空间变异特征的基础。本研究基于江苏省沛县内约38 km²的区域中148个均匀分布的土壤采样点,分析了土壤碱解氮的空间变异特征,并通过区域随机抽样理论,计算了不同置信水平和误差等级的合理采样点数量。研究表明,沛县土壤碱解氮的平均含量为109.97 mg/kg,变异系数为0.29,其在空间分布上以中部和东南部局部地区土壤碱解氮含量较高,而东北部地区含量较缺乏;在95%置信水平上,当误差为5%和10%时的合理土壤采样点的数量分别为69个和27个;而在90%置信水平上,两误差等级所需合理采样点的数量分别为56个和20个。研究结果可为该地区土壤养分调查时高效采样方案的制定提供参考。     

艾比湖湿地土壤碱解氮的空间变异性分析

选择艾比湖湿地的博尔塔拉河、精河下游河岸带为研究区域,针对土壤中的碱解氮进行定量测定,采用描述性统计法、地统计学方法和空间分析法,讨论研究区土壤碱解氮的空间变异及分布特征。结果表明:在0~20、20~40和60~80 cm土层碱解氮含量的块金值与基台值之比分别为47.60%、49.98%和58.21%,具有中等的空间相关性。在40~60 cm和80~100 cm土层块金值与基台值之比分别为3.64%和22.69%,具有较强的空间相关性。研究区0~100 cm各层土壤碱解氮含量平均值分别为49.16、37.26、30.22、20.35和17.80 mg/kg,经统计分析15~20 mg/kg的样本频数最多,表明研究区碱解氮含量整体偏低,属于极缺乏性。土壤碱解氮垂直分异规律为:随土层深度的增加而递减;碱解氮含量水平分异规律为:博河区域精河及精河东部区域博、精河间的中部区域。     

秦巴山地县域土壤碱解氮空间变异与合理采样数的确定

[目的]了解秦巴山地县域土壤碱解氮的空间分布规律,确定合理的采样密度,为研究区农田养分管理提供科学依据。[方法]运用地统计学与GIS结合的方法,随机抽取不同采样密度的样点数据,进行插值分析,采用交叉验证法对插值精度进行评价。[结果](1)土壤碱解氮的变异系数为42.95%,属于中等变异;(2)块金值与基台值的比值约为1/2,具有中等强度的空间相关性,空间最大相关距离为9 171m;(3)样点数目从1 060个到742个时,变程以及块金值与基台值之比出现明显偏差,其相对误差分别为152.32%和36.1%,均方根误差(RMSE)、相关系数(R)同样出现明显偏差。[结论]汉滨区土壤碱解氮空间连续性较好,适当地减少采样密度,仍可以满足插值分析的需要,考虑到土壤碱解氮的空间变异评价的精度分析结果,县域土壤碱解氮的合理采样数应该控制在1 060个以上,即最大以345.5hm2为一个采样单元。     

大尺度采样下不同模型方法预测土壤全氮空间分布研究——以海南岛为例

在大区域尺度、有限土壤样点情况下,为探索准确预测土壤属性的方法,以海南岛为研究区,采用近似网格采样方法,采集130个样点,用多元线性回归(MLR)、普通克里格(OK)和回归克里格(RK)3种模型方法进行土壤全氮预测,并以29个验证点比较了预测精度。结果显示:1)对较大区域进行土壤全氮的空间分布的预测精度为OKRKMLR;2)3种模型对土壤全氮含量空间预测分布趋势基本一致,总趋势为岛内自东向西方向逐渐降低;3)0~5 cm土壤全氮含量与土地利用方式呈极显著相关关系,0~20 cm土壤全氮含量与归一化植被指数呈显著相关,20~40、40~60 cm土壤全氮含量与归一化植被指数、坡度呈极显著或显著相关。     

基于Cokriging的耕层土壤全氮空间特征及采样数量优化研究

<正>全氮是土壤质量的重要指标,是陆地氮库的重要组成部分,其不仅反映土壤肥力水平,也印证区域生态系统演变规律[1]。土壤氮素含量的空间变异性是引起区域氮素迁移转化过程模拟不确定性的重要原因之一[2]。掌握土壤全氮的空间特征,可为合理制定农业种植规划及耕地管理措施提供依据,是实现耕地土壤可持续利用和土壤有机氮库调     

基于BP神经网络插值的土壤全氮空间变异

大尺度土壤养分空间变异研究可以为土壤改良分区治理提供基础数据。寻求合适的取样数和插值方法是进行土壤养分空间变异研究的关键。以安徽省舒城县为例,共取得0～20cm土壤表层样品523个,土壤全氮的空间变异由BP神经网络插值方法在不同取样数条件下获得,通过与克里格插值法进行比较得出:样本数在100个时,神经网络插值的预测吻合度(G)比克里格插值高7.75%,均方根误差(RMSE)低0.1,总体精度优于克里格;样本数大于200时,神经网络插值和克里格插值精度基本相同,随着采样数量增加,两种方法的插值精度也在提高,并逐步趋于平稳。在大尺度土壤养分空间变异研究中,在小样本情况下,神经网络插值具有优势。     

不同尺度下土壤养分空间变异特征的研究

在不同取样尺度下采集了农田土壤样品并测定土壤有机质、全N和有效P含量，研究不同尺度下地统计学方法对土壤养分空间变异分析的适用性和空间插值质量。研究结果表明，大比例尺下土壤有机质含量、有效P含量、全N含量的分布呈正态分布，在中小比例尺下呈现轻微偏态分布。各养分空间变异系数存在明显空间变异(C．V.介于17％—27％之间)，大比例尺下，空间变异较小；中小比例尺下，空间变异程度大(C.V.和峰度值较小)。在各种尺度下，土壤养分均存在典型的半方差结构，表明在各种取样比例尺下采用地统计学方法进行土壤养分空间变异分析都是可行的。在大中比例尺下，各养分块金系数介于0．28—0．38之间，表明土壤养分具有明显空间自相关；而在小比例尺下，块金系数介于0—0．17之间，表明土壤养分具有强烈空间自相关，其中有机质含量具有恒定的空间自相关(块金系数为0)，有效P含量的空间自相关程度相对较弱；空间插值和交互检验结果表明，球状模型空间插值结果与实测结果符合性很好，交互检验均达到极显著水平。在小比例尺下其估计比大比例尺下精度更高。不同养分的空间预测结果质量不尽相同，土壤有机质含量空间预测符合度最高。     

县域尺度农田深层土壤有机质的估算及空间变异特征

县域是实施农业绿色发展的基本单元,农田土壤中不仅耕层的有机质含量会对土壤肥力产生影响,深层有机质的作用也不可忽略,精确估算基于县域尺度农田深层有机质含量具有重要意义。该研究选定位于山西省运城市的永济市农田为研究区,采用多点混合取样法,获取了8个样地剖面的18层数据,共144个混合土样的有机质含量数据,建立了表层(0～20 cm)有机质含量估算深层有机质含量的模型,并进行深层有机质含量的估算。基于半变异函数、空间自相关理论分析了0～30、30～60、60～90、90～120、120～150和150～180 cm土层有机质含量的空间相关性和聚集特征,并进行了相关性检验,采用克里格插值方法对研究区农田各土层的有机质含量进行了预测。结果表明:1)土壤有机质含量随深度的增加呈负指数递减(R2=0.80,P0.01),各土层的有机质含量变异系数介于35.89%～47.84%之间,处于中等变异程度。2)通过建立的估算模型可以通过表层有机质含量估算出任意深度的有机质含量,且拟合精度R2达到了0.90(P0.01)。3)指数模型是反映该区域有机质含量空间结构特征的最佳模型(R20.80,RSS0.001),各土层的有机质含量均表现出了中等程度结构性特征,和空间正相关性特征(Moran’s I=0.26,P0.01),并存在显著的空间聚集特征和异常值现象。4)克里格插值可以较好地进行研究区各层有机质含量的预测,预测精度较高,稳定性较好,为县域尺度深层有机质的估算,调整农艺措施、提高土壤肥力、达到土壤减肥增效、绿色增产增效提供依据。     

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。     

不同尺度下土壤盐分空间变异的指示克里格评价

针对目前黄淮海平原盐渍土改良区存在的土壤盐渍障碍问题,以该区域典型县域禹城市为研究对象,综合运用GIS和非参数地质统计学的指示克立格法,对县级和镇级两个采样尺度下0～20 cm耕层土壤盐分的空间变异性进行了分析,并给出了土壤盐分满足一定条件的概率分布图.结果表明,两个采样尺度下土壤盐分均不符合正态分布且都存在特异值,但...     

向海沼泽湿地土壤碱解氮含量的季节变化特征研究

对比分析向海沼泽封闭性湿地和开放性湿地土壤中碱解氮含量的季节变化特征结果表明,2个典型区湿地表层土壤中碱解氮含量呈不规则“N”形变化曲线,其他土壤层次变化则相对和缓,但植物枯死期各层均表现出碱解氮含量增加趋势;各层土壤碱解氮季节动态变化过程均可采用三次多项式拟合模拟,且模拟效果均较好。     

基于空间模拟退火算法的最优土壤采样尺度选择研究

以研究区0.5 km×0.5 km(尺度a)网格的7050个样点为基础,分别得到1 km×1 km网格的1757个样点(尺度b),2 km×2 km网格的444个样点(尺度c),4 km×4 km网格的110个样点(尺度d),以土壤有机质(SOM)为目标属性,运用模拟退火算法对4种采样尺度的土壤样点进行优化选择,确定区...     

土壤重金属铅的空间变异性研究——以重庆市吴滩镇为例

采用地统计学方法研究重庆吴滩镇土壤中重金属Pb的空间变异特性结果表明,该区土壤重金属Pb具有显著空间结构性特点,小尺度明显受施肥、作物和管理水平等人为因素的影响,且空间分布无明显变化规律;而中尺度具有一定渐变性分布规律。受耕作管理措施和酸性有水环境因素影响,水稻土中Pb含量明显高于紫色土。该区土壤中Pb含量低于国家1级标准的占29.79%,低于国家2级标准的占70.21%,其中属轻度污染的占49.16%,中度污染的占21.05%。     

精准农业土壤采样密度研究——以上海精准农业试验示范基地为例

通过土壤密集采样识别农田土壤物理生化性状的空间差异,构建土壤与农作物产量关系模型,用间接方法提高土壤性状信息的分辨率并定量评价这些信息的可靠性非常必要。在评价多种插值方法的基础上,对中国科学院上海精准农业示范基地每公顷3个样本、等距离系统抽样的280个土壤有机质样本采用克立格方法进行插值,估算样本之间土壤有机质含量和分析估算的可靠性,并与距离倒数函数插值法进行对比。对几个减少样本数量的方案进行分析,提出在满足精准水稻种植管理分区要求前提下可减少1/2原有土壤采样样本,并给出适于水稻精准种植土壤采样设计的逐步优化方法。     

巨桉人工林下土壤团聚体分形特征及碱解氮分布研究

了解川中丘陵区巨桉林土壤团聚体分形特征及碱解氮含量状况对于掌握该地区巨桉种植对土壤稳定性及土壤养分的影响十分必要。该研究以典型川中丘陵区3.5a生巨桉纯林、巨桉+果树、巨桉+粮食作物土壤为研究对象,以弃耕地土壤为对照,应用分形模型,分析了土壤团聚体分形特征及不同粒径团聚体对土壤碱解氮分布的影响。结果表明:土壤团聚体数量随着粒径的增大呈现出先减少再增加后减少的趋势,其中2~5mm粒径团聚体在土壤结构中占有重要地位;土壤分形维数排序为:弃耕地纯林林果林粮;土壤碱解氮含量排序为:弃耕地林粮林果纯林,巨桉林地较弃耕地土壤分形维数和碱解氮含量低,说明巨桉的栽培在有利于保持土壤水土流失的同时却造成了土壤养分流失和地力衰退;巨桉林地土壤碱解氮集中分布在0.25mm和0.25~0.5mm粒径的细砂和中砂砾中;相关分析表明,土壤碱解氮含量与0.25~0.5mm团聚体碱解氮含量呈负相关,与2~5mm团聚体碱解氮含量呈显著正相关。该研究结果科学评价了巨桉种植对土壤结构和养分的影响,为川中丘陵区土壤的水土保持和肥力维护工作提供了合理的经营模式。     

黄河三角洲土壤盐分空间变异性与合理采样数研究

以黄河三角洲地区一块约520hm^2的田块为研究区，采用经典统计学和地统计学方法进行不同层次土壤盐分（0～20cm，20～60cm，60～100cm，100～140cm）的空间变异及其合理采样数量研究。结果表明：研究区土壤盐分普遍较高且表聚作用明显；各层土壤盐分均属于中等变异强度;受结构性因素和随机性因素的共同作用，各土层盐分均具有中等的空间相关性。对Kriging插值结果分析表明，土壤盐分的空间分布受微地形和气候条件的影响较大．且研究区各土层盐分分布存在着空间上的相似性。应用Cochran公式和分层采样方法对合理采样数量进行了分析，发现采用分层采样方法可以有效降低采样数量，且采用最适分配法可以获得最为理想的采样数量，该方法较比重分配法采样数降低幅度最大达35％左右。该研究为黄河三角洲地区盐渍土地的科学管理、改良以及利用提供一定的理论依据和技术参考。     

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。     

不同尺度下低山茶园土壤主要微量元素的空间变异性

利用地统计学、主成分分析方法对不同尺度下四川蒙顶山茶园土壤微量元素空间变异性、影响因素及多元素综合制图进行了研究.结果表明:①两个尺度下土壤微量元素的空间相关性存在差异,同时其空间变异方向具有相似性,Mn和Cu在山脉走向垂直方向变异较大,Fe和zn在水平方向变异较大且具有各向同性发展的趋势.普通Kriging插值结果说明微量元素含量从东北至西南呈明显的带状分布,垂直方向上随海拔升高而变化.②主成分综合制图较好地反映了微量元素分布的总体规律.两种主成分均具有较明确的物理意义,其插值图体现了微量元素特性沿坡面方向的带状变化特点,与半方差函数分析的结果完全吻合.③土壤环境条件对蒙顶山茶园土壤微量元素影响较大,而坡度是影响土壤微量元素空间分布形态的主要地形因素.     

不同水质灌溉土壤磁化率空间变异性研究

采用地统计学和GIS相结合的方法,对太行山山前平原城郊区不同水源灌溉条件下土壤磁化率的空间变异性进行研究,并探讨了土壤磁畴状态。结果表明：不同水源灌溉条件下,土壤磁化率均服从正态分布;在一定范围内均存在空间相关性,半方差函数均符合球状模型,具有中等变异程度;变程变化在5.14～10.08 km。污灌区和清灌区的土壤磁化率差异明显,东西(EW)和西北—东南(NW-SE)方向的变异最大,土壤磁性物质主要为细的超顺磁颗粒。