浙西北丘陵区农田土壤微量元素空间变异特征及影响因子

【目的】采用地统计学和GIS技术相结合的方法能较好地综合评价土壤微量元素空间数据的结构性、空间格局变异产生原因及影响因子。本论文以生态型城市桐庐县为研究区,研究了土壤微量元素的空间变异特征及其影响因素,为长期耕作的浙西北丘陵区农田土壤高效施肥提供依据。【方法】在满足空间分析要求的基础上,根据研究区主要土壤类型、土地利用类型、地形地貌和交通条件等因素布置采样点数目与密度,在作物收获后,选取水田区、旱地区、茶园区、果园区和桑园区等有代表性的田块采集分析土样386个。利用GS+7.0和ArcGIS 10.1进行半方差分析和Kriging插值,运用逐步回归分析比较各因子对微量元素含量的影响程度。【结果】铁、锰、铜、锌4种微量元素变异系数在58.37%~90.22%之间,块金效应值在10.9%~12.5%之间。4种微量元素的空间分布结构相似程度较小,呈斑块状特点。不同土壤类型对有效Fe和有效Zn的含量有显著影响。不同土地利用方式间4种微量元素含量差异显著。有效Fe与有机质和速效钾呈极显著负相关,与有效Cu呈极显著正相关。有效Cu与有效磷呈极显著正相关,与速效钾呈显著负相关,与有效Mn呈显著正相关。有效Zn与碱解氮呈极显著负相关,与有效磷和速效钾呈极显著正相关,与有效Mn呈显著正相关,与海拔呈显著负相关。土壤类型、土地利用方式、有机质、pH、碱解氮、有效磷、速效钾和海拔等8个因子合计分别能够解释4种微量元素变异空间变异的19.1%、2.2%、12.2%和12.1%,8个因子中土地利用方式能够独立解释空间变异的3.1%~13.5%。【结论】研究区内铁、锰、铜、锌4种微量元素总体处于丰富水平,呈中等变异。不同元素的主导影响因素不同,除土壤类型、土地利用方式、有机质、pH、碱解氮、有效磷、速效钾和海拔等8个因子外还有众多其它结构性影响因子,土地利用方式有重要影响但非主导因子。     

广元植烟土壤有效态微量元素的空间变异特征及影响因素

为揭示广元植烟区土壤有效态微量元素含量空间变异特征及影响因素,采用地统计学、相关分析及回归分析等研究方法,结合地理信息系统(GIS)技术对研究区土壤有效铁、锰、铜、锌钼及硼等6种土壤有效态微量元素进行分析。结果表明,研究区土壤有效铁、锰及铜含量丰富,总体处于中等以上水平;有效钼含量适中;有效锌和硼缺乏,总体处于缺乏或极度缺乏水平。半方差分析表明,6种土壤有效态微量元素块金系数均在29.72%~67.59%之间,具有中等强度的空间自相关性,其空间变异受结构性因素和随机性因素共同影响。空间分布上,土壤有效铁、锰、铜及钼含量表现出北高南低的空间分布趋势,土壤有效锌和硼含量呈现出西高东低的空间分布格局。影响因素分析表明,6种土壤有效态微量元素与土壤有机质呈正相关,与p H值呈负相关,相关性总体高于地形因子。土壤有机质对有效铁、铜、锌及硼有极显著影响,其空间变异性为5.5%~27.2%。除有效锌外,土壤p H值对其余5种土壤有效态微量元素含量空间变异均有极显著影响,其空间变异性为5.0%~30.4%。土类对土壤有效铁、锰及铜有极显著影响,其空间变异性8.4%~12.3%。熟制和种植制度对6种土壤有效态微量元素含量空间变异的影响较弱,进一步说明研究区土壤有效态微量元素含量空间变异受结构性因素和随机性因素共同影响,但结构性因素的作用强于随机性因素。本研究结果为广元植烟区土壤微肥施肥管理及优质烤烟栽培提供了可靠的参考依据。     

川北烟区土壤有效磷空间变异特征及主控因素

为明确川北烟区土壤磷素环境特征,采用地统计学方法和GIS技术研究了川北植烟土壤有效磷空间变异特征,并运用回归分析定量分析了区域内土壤有效磷空间变异的影响因素。结果表明,川北烟区土壤有效磷含量变化介于0.5~34.3 mg·kg~(-1)之间,平均值为11.72 mg·kg~(-1)。土壤有效磷变异系数为57.94%,属于中等变异程度;有效磷块金系数C0/(C0+C)为40.3%,区域内存在中等程度的空间自相关性,受结构性因素和随机性因素的共同作用且更倾向于受结构性因素影响。空间上,全区表现出由西南向东北方向递减,且多呈现片状分布。亚类、土类对土壤有效磷空间变异的独立解释能力分别为28.8%、26.1%,是结构性因素中的主控因子;土壤质地与p H的独立解释能力次之,分别为18.3%和17.5%;地形地貌的独立解释能力最低,仅为0.7%。本研究结果为川北烟区烤烟平衡施肥及种植规划提供了理论依据。     

喀斯特地区烟田土壤养分的空间变异特征

以我国典型的喀斯特地区—贵州省毕节地区为研究区域,利用地统计学和地理信息系统(GIS)相结合的方法对烟田土壤养分的空间变异特征进行研究,皆在为喀斯特地区烟草种植的平衡施肥及生态环境保护提供依据。描述性统计结果表明,研究区烟田土壤各养分指标均属中等程度变异。半方差函数分析表明,研究区烟田土壤全氮、全钾、速效磷变异函数的最适模型是球状模型,全磷和速效钾的最适模型是线性模型,碱解氮、pH和有机质的最适模型为指数模型;速效磷表现为强烈的空间自相关性,主要受结构性因素影响,而全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效钾、pH和有机质表现为中等空间相关性,受结构性因素和随机性因素共同影响。普通克里格插值的土壤养分空间分布图表明,研究区域内烟田土壤全氮、全钾、速效磷和速效钾含量分布呈现空间连续分布的特点,而全磷、碱解氮和pH、有机质含量没有明显的分布规律,这主要与喀斯特地区复杂的立地因子和人为影响有关。     

菜地土壤养分的空间变异特征

通过地统计学、空间分析方法及结合农户施肥调查,对菜地土壤养分的空间变异特征进行研究。结果表明,农户施肥水平差别较大,整体上施磷相对过多,施钾相对较少,土壤OM、NH4+-N、P、K、Ca、Mg和S的变异系数在28.4%～69.2%之间。土壤各养分的空间变异结构有较大区别,土壤OM及NH4+-N的变异具有强烈空间相关性,土壤P、K、Ca、Mg和S养分含量的变异为中等空间相关性。土壤养分的等值线图显示,OM在空间的分布与土壤质地渐变规律相关,NH4+-N呈现南北向的带状分布,P、K、Ca、Mg和S趋于小块状分布。总的来说,施肥等人为因素加剧了土壤矿质养分的空间变异。     

秦巴山区耕层土壤微量元素空间特征及影响因子——以镇巴县为例

为充分了解与掌握秦巴山区耕层土壤微量元素现状、空间分布规律及其影响因素,为区域土壤微量元素的科学管理及土壤微肥应用提供理论依据和实践指导,以镇巴县为例,基于2010年陕西省耕地地力调查与质量评价项目数据,采用地统计学和GIS相结合的方法,研究秦巴山区耕层土壤有效态Fe、有效态Mn、有效态Cu和有效态Zn的空间特征及其影响因素.结果表明：1）镇巴县耕层土壤有效态Fe、Mn和Cu均属中等变异强度,变异系数介于81.38％～97.57％之间,有效态Zn属强变异强度,变异系数为117.09％;2）空间特征上,根据块金系数值,4种微量元素均表现为中等强度的空间相关性,县域质量分数的空间分布呈南部高、西部低格局,空间变异性是由自然因素（土壤理化性质、地形地貌和常年降水量等）和人为因素（作物熟制和村距等）共同作用而引起的;3）镇巴县耕层土壤整体有效态Cu和Fe质量分数丰富,Zn质量分数适宜,19.14％ Mn缺乏（＜5 mg/kg）,需结合不同的耕作制度、土壤类型及其质量分数丰缺水平进行分区培肥与管理.     

地形因子与土壤养分空间分布的相关性研究

运用地统计学和GIS技术,研究丘陵地区土壤养分的空间变异性,探讨地形因子对土壤养分含量空间分布的影响。结果表明,N、K的空间变异主要来自随机因素,而Mg及其他养分的空间变异性在一定程度上受地形等结构性因素的影响。OM、N、P、K几种大量元素与海拔呈显著正相关,Ca、Mg、S与海拔呈负相关;N与坡度呈显著正相关,Ca与坡度呈显著负相关;OM、N、P与坡向呈负相关,Ca、Mg与坡向呈显著正相关关系;而K、S与地形因子的相关性不显著。研究地形地貌与土壤养分之间的空间关系,为进一步合理地进行土地利用规划提供了理论依据,并且对土壤养分综合管理以及进行土壤改良和耕作都具有一定的指导作用。     

吉林省中部平原区土壤有效态中微量元素的空间变异特征

运用地统计学方法结合GIS技术研究了吉林省中部平原农业区土壤中微量元素的空间分布特征,通过对数转化、域法处理和Box-Cox转化3种数据处理方法对土壤有效钙、有效镁、有效硼、有效铜和有效锌进行了正态分布性检验。结果表明,Box-Cox转化成功地使有效钙、有效镁、有效铜、有效锌含量数据更好地服从正态分布,而域法处理能使有效硼含量数据更好地服从正态分布,削弱了异常值的影响。应用地统计学分析方法进行了半方差函数的计算和最适合模型的拟合,得出各元素最好的理论模型,并绘制了各养分元素的空间分布图。半方差分析的结果显示,各元素具有中等空间相关性。     

剑阁县植烟土壤养分的空间变异研究

运用地统计学和地理信息系统(GIS)相结合的方法研究了四川省剑阁县植烟土壤养分的空间变异特征。研究结果表明:土壤pH为弱变异性,全氮、有机质、碱解氮、速效磷、速效钾为中等强度变异。基于半方差模型理论研究表明:土壤pH、碱解氮和速效磷表现为强烈的空间自相关性,其变异程度主要由结构性因素引起;有机质、全氮、速效钾表现为中等空间相关性,受到结构性因素和随机性因素的共同影响,养分空间自相关距离分别为12~201m范围内;进而形成养分指标空间分布图,直观地反映出土壤养分分布状况和丰缺情况,为广元市剑阁县植烟土壤的差异化管理奠定了基础。     

土壤速效氮、磷、钾含量空间变异特征及其影响因子

利用地统计学和GIS相结合的方法,探讨了双流县土壤速效氮、磷、钾含量空间变异特征及其影响因子。结果表明:1) 土壤速效氮和速效钾含量具有强烈的空间相关性,相关距离分别达38754 m和56187 m,结构性因子是影响其空间变异的主要因子;土壤速效磷含量具有中等空间相关性,相关距离为24210 m,其空间变异受结构性因子和随机性因子共同影响。2) 土壤速效氮含量主要由北向南逐渐降低;速效磷含量主要在东北向西南及东南向西北方向上逐渐降低,而速效钾含量主要由东南向西北逐渐降低。3) 土壤速效氮含量在不同土壤类型及地形地貌间呈极显著差异;土壤速效磷含量在不同成土母质及地形地貌间呈显著或极显著差异;土壤速效钾含量在不同成土母质间呈极显著差异。土壤速效氮、磷、钾含量高值区单位面积化肥施用量明显高于低值区。     

基于GIS和地统计学的攀枝花烟区土壤pH空间变异特征研究

利用GIS和地统计学对攀枝花烟区土壤pH的空间变异特征进行研究。结果表明,攀枝花烟区pH在4.5～8.3之间变动,空间变异性弱,集中分布在5.5～6.5,少数地区pH小于5.0或大于7.0,土壤pH能够满足优质烟生产需要。攀枝花烟区土壤pH变异函数的最佳理论模型为指数模型,其pH的块金值/基台值为13.61%,具有强烈的空间相关性,变程为5.40km,决定系数为0.491,空间变异主要是由地形、土壤类型、母质等结构性因素引起。攀枝花烟区土壤pH值大致呈现从西北到东南方向逐渐增加的趋势,米易县草场乡、盐边县共和乡和渔门镇有部分区域pH偏低,仁和区大龙潭有部分区域pH略高。     

大别山区江子河流域土壤有机质的空间变异及其影响因素

土壤有机质(Soil organic matter,SOM)是土壤的重要组成部分,是反映土壤肥力的重要指标,是全球碳循环的重要源和汇,目前已成为土壤学和环境学的研究热点之一[1].土壤空间异质性是系统的某种属性在空间上的复杂性和变异性,是土壤重要的属性之一[2-6].土壤有机质的空间分布具有空间变异性.土壤有机质的空间变异既是母质、生物、气候、时间和地形等五大自然成土因素综合作用的结果[7],又受人为因素如施肥、耕作措施、种植制度等影响[8-10].     

土壤-烤烟矿质营养元素相互关系的主组分分析

对云南五种植烟土壤上烤烟三个品种、六个生育期烟叶中钾、磷、硫、钙、镁、铁、锰、锌、铜、硼浓度和烟株根区土壤中ＡＢ／Ｄ联合提取的养分含量及土壤ｐＨ、有机质和碱解氮的测试数据，用主组分分析（ＰＣＡ）方法，讨论土壤─烤烟系统矿质营养元素的相互关系及交互作用。结果显示：①烟叶矿质营养元素浓度随烤烟生育期有规律的变化，受根区土壤化学性质影响的变异大于品种间的差异；②烟叶钾、磷、铜、硼表现明显的稀释效应，钙、镁表现积累效应；③烤烟钾、磷、铜、硼营养存在相互协同作用，钙对钾、磷、铜、硼营养有明显的拮抗作用。④增加土壤有机质，利用钾、磷、铜、硼的协同作用，减轻钙对钾、磷、硼的拮抗是改善烤烟营养，提高烤烟产量品质的关键之一。     

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。     

陕西省农田土壤硫含量空间变异特征及亏缺评价

陕西省 13种耕地土壤 30 5个表层 (0～ 2 0cm)土壤样点分析结果表明 :该省土壤全硫和用0 0 1molL-1Ca(H2 PO4) 2 浸提的有效硫含量分别为 33～ 76 9mgkg-1(均值 36 0mgkg-1)和 4 6～ 15 7 3mgkg-1(均值 2 9 3mgkg-1) ,其中黑垆土 (普通干润均腐土 )、绵砂土 (灌淤湿润砂质新成土 )的有效硫平均含量最低。土壤全硫具有中等空间相关性 ,有效硫空间相关性较差。土壤全硫和有效硫分布具有渐变性 ,其最大相关距离分别为 5 31km和 34km。全硫以较大区域变异为主 ;有效硫以小区域变异为特征。陕西省耕地土壤有效硫含量低于硫亏缺临界值 (18 5mgkg-1)的占总面积的 13 9% ,相当于 5 3 7万hm2 农田缺硫。陕西省中部地区 ,尤其是延安西部地区土壤硫亏缺风险较大     

南京城郊蔬菜基地土壤有效态铅、锌、铜和镉的空间分异及其驱动因子研究

利用地统计学和地理信息系统相结合的方法,从小尺度区域角度上研究了南京城郊土壤中铅(Pb)、锌(Zn)、铜(Cu)和镉(Cd)4 种重金属有效态含量的空间分布特征及其主要的影响因子。结果表明:(1) 研究区土壤中有效 Zn 变异程度相对较大,有效 Pb 的变异程度相对较小,而有效 Cu 和 Cd 为中等程度变异。(2) 研究区有效 Pb、Zn 含量空间分布具有中等程度的空间自相关性,而 Cu、Cd 空间分布具有强烈的空间自相关性;有效 Zn、Cd 的空间自相关尺度相对较大,而有效 Cu、Pb 相对较小。(3) 研究区土壤中有效 Pb 的空间分布主要受交通影响,交通量越大的道路附近土壤中有效 Pb 含量越高;有效 Zn 主要受城市生活废水的影响,城市生活污水灌溉和城市地表径流是土壤中有效 Zn 积累的主要原因;有效 Cu 主要与蔬菜种植过程中有机肥(主要是牛粪)施用关系密切,有机肥施用量越大,土壤中有效 Cu 含量越高;有效 Cd 受地形影响较大,地形低洼处土壤中有效 Cd 含量相对较高。     

湘西植烟土壤有机质含量分布及其影响因素

为了解湘西州植烟土壤有机质含量分布状况及其影响因素,测试了湘西州7个主要烟区488个土壤样本的有机质含量,采用传统统计学和地统计学方法分析了湘西州植烟土壤有机质含量分布及土壤类型、海拔高度、pH值等影响因素。结果表明:1湘西州植烟土壤有机质含量总体适宜,平均值为21.69g/kg,变幅为3.12~62.97g/kg,变异系数为40.64%,处于适宜范围内的样本占41.48%;2不同县之间的植烟土壤有机质含量差异达极显著水平,永顺县、凤凰县、龙山县植烟土壤有机质含量总体上处于适宜水平,其他各县总体处于较低水平;3湘西州植烟土壤有机质含量在空间分布上是从东北部、西部和西南部向州中部及东南方向减少,在永顺县东南部、保靖县的西部各有一个高值区;4不同植烟类型土壤的有机质含量差异达显著水平,灰黄棕土、水稻土、灰黄泥、浅灰黄泥、黄壤的有机质含量属适宜水平,其他类型土壤的有机质含量偏低;5不同海拔高度的植烟土壤有机质含量差异达极显著水平,湘西州植烟土壤有机质含量有随海拔升高而升高的趋势;6不同pH的植烟土壤有机质含量差异极显著,主要为pH>7.0的植烟土壤有机质含量较高。     

盐渍土改造区土壤养分的时空变异性研究

在第二次全国土壤普查的基础上,于2002年10月对研究区域———河北省曲周县的耕地进行了全面的调查和分析,并将GPS、GIS技术应用到耕地质量调查工作中。研究结果表明:随着盐碱地综合治理的深入、外源物投入数量的增加和质量的改进、作物布局的调整,盐渍土改造区土壤养分在时间和空间上发生了很大的变化。在时间上,耕层土壤有机质平均含量从8.4 g kg-1增加到13.89 g kg-1,全氮平均含量达到0.937 g kg-1,速效磷平均含量从5.45 mg kg-1增加到23 mg kg-1,速效钾含量从34~285 mg kg-1之间逐步变化为67~191 mg kg-1之间的高肥力农业土壤;在空间上,土壤养分的分布与养分的地球化学过程、农业产业结构布局及采用的相应措施有密切关系。主要表现在:土壤有机质、全氮及速效磷含量随着农业集约化程度的提高、外源物质投入的增加而相应增加;土壤速效钾含量则由原来的随地球化学过程而变化,转变为随着农业集约化程度的提高而相应变化。     

茂兰喀斯特原始森林土壤有机碳的空间变异性与代表性土样采集方法

茂兰原生林中20m×30m研究样地存在着7类小生境:石面、土面、石土面、石沟、石缝、石坑、石洞。样地内土壤有机碳的含量范围为40.1~203.5gkg-1,样点与小生境间土壤有机碳含量的变异系数分别为43%和41%;同类型小生境间为22%~42%;小生境内为14%~57%;说明样地内土壤有机碳含量具有高度的空间变异性。为了促进岩溶山区土壤退化研究中数据之间的可比性,文中建议以土壤面积权重确定的小生境土样组成样地代表性土样的方法。选取样地内面积之和超过样地总土壤面积95%以上的几类小生境,由面积权重确定组成样地土壤代表样的各类小生境土样样品量,而各类小生境土样则分别由以面积权重确定的同类小生境样品量混合构成。利用该方法计算的研究样地土壤有机碳含量的面积权重值为92.1gkg-1。