ANN-Krige方法及其应用

地统计学是应用数理统计学的一门新分支 ,是研究空间相关性的一种有效方法 .与传统统计学相比 ,它更注重于随机变量的空间过程 ,通过研究对象在空间上不同间隔距离的抽样点上的差异 ,定量地描述其空间变化规律 .这一理论包括两方面研究内容 :(1)半方差图 ;(2 )空间局部内插理论 .但其主要技术为半方差图模型的优化 ,这是空间局部内插理论的基础 .本文提出应用人工神经网络方法建立半方差图模型 ,进而提出空间相关性分析新方法—— ANN- Krige方法 ,并结合实例进行了应用研究 .结果表明 ,本文所提出的方法是可行的 ,其空间内插效果比传统地统计学方法明显更优 ,从而丰富和发展了地统计学的方法与理论     

地统计学在生态学中的应用（I）：基本理论和方法

地统计学是应用数理统计学的一个新分支，是由采矿学和地质学研究发展起来的。与传统的统计学相比，地统计学更注重随机变量的空间过程，通过研究对象在空间上不同间隔距离的抽样点上的差异，定量描述了其空间变化规律。这一理论主要包括两方面的研究内容：第一为半方差图，研究对象的宽间相关性的方法；第二为空间局部内插理论，通过空间上抽样点的调查数据，对空间上未测点进行估计。文章介绍了地统计学的基本理论和方法，概述了此     

地统计学在生态学中的应用（Ⅰ）──基本理论和方法

地统计学是应用数理统计学的一个新分支、是由采矿学和地质学研究发展起来的。与传统的统计学相比。地统计学更注重随机变量的空间过程，通过研究对象在空间上不同间隔距离的抽样点上的差异．定量描述了其空间变化规律。这一理论主要包括两方面的研究内容：第一为半方差图，描述研究对象的空间相关性的方法；第二为空间局部内插理论．通过空间上抽样点的调查数据、对空间上未测点进行估计。文章介绍了地统计学的基本理论和方法，概述了此理论在生态学中的应用前景。     

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。     

基于GIS和地统计学的土壤养分空间变异分析

运用GIS和地统计学相结合的方法研究了新郑市土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾的空间变异情况。结果表明,有机质、全氮和速效钾的变异系数在29%～45%,有效磷变异系数最大为75%;通过地统计学的半方差函数分析,有机质和全氮空间变异性表现朝均一化方向发展,都具有中等空间相关性,有效磷空间相关性最弱,主要受随机性因素的影响;采用克立格方法进行最优内插,绘制了养分含量分布图,并对其空间变异进行了初步分析。本研究为有效利用土壤和因地制宜开展施肥工作提供依据。     

毛竹种群空间格局的地统计学分析

为了增加对竹林生态系统认识,应用地统计学中的半方差、半方差理论模型模拟、分形维数及其与竹林结构部分因子相关分析,研究毛竹种群空间格局特征。研究结果:(1)毛竹种群半方差总体均值为0.818,林地之间变异较大,属中等强度变异。半方差的标准差较小,占半方差均值的1.293%～7.241%。不同类型毛竹林半方差均值比较两两之间差异不显著。半方差的理论模型模拟多为线性模型,而球状模型和指数模型较少,毛竹林空间自相关性较弱。(2)毛竹林分形维数均趋近于2,表明毛竹林具有较好的均质性。(3)基台值与立竹度、均匀度呈显著相关关系,而分形维数与立竹度和均匀度相关不显著,表明了基台值与分形维数是刻画种群空间格局两方面指标。结论:毛竹林是趋于同质性植被,空间自相关性较弱,毛竹种群半方差在不同类型竹林之间差异不显著;竹林经营时采用竹阔混交林为宜,同时使毛竹在空间分布上趋于均匀,减小半方差,减弱毛竹之间的空间资源竞争强度。     

基于地统计学和GIS的喀斯特烟田土壤肥力综合评价——以贵州省毕节地区为例

以贵州省典型的喀斯特地区———毕节地区为研究区域,利用地统计学和GIS相结合的方法,对烟田土壤肥力进行综合评价。在确定评价因子隶属函数和权重的基础上,建立土壤肥力综合评价指标(IFI)。通过对土壤肥力综合评价指标进行半方差函数分析和普通克里格法(Kriging)最优内插,绘制了毕节地区烟田土壤肥力综合评价指标的空间分布图。描述性统计结果表明,毕节地区烟田土壤肥力综合评价指标值为0.35～0.92,变异系数为14.25%。半方差函数分析表明,毕节地区烟田土壤肥力综合评价指数的最适模型是指数模型;块基比为30%,表明具有中度空间相关性;烟田土壤肥力综合评价指数在空间分布上总体呈从内到外递减的趋势,其中以0.63～0.72和0.72～0.92范围内的面积较大,分别占到总面积的68.20%和20.63%。由此表明,该研究区域大部分土壤肥力状况良好。     

北京市农田土壤中有机氯农药残留的空间分析

【目的】通过在北京平原区农田采取的131个表层土壤样品的化验分析，研究土壤中有机氯农药六六六（HCH）和滴滴涕（DDT）残留总量及异构体、代谢物含量的空间变异特征。【方法】样品测定结果采用传统统计分析，半方差结构和模型拟合的地统计分析以及结合普通Kriging 和反比距离插值方法进行分析。【结果】传统统计分析表明，土壤中残留HCH和DDT的异构体、代谢物及总量均服从对数正态分布，并全部属于强变异。基于半方差结构和模型拟合的地统计分析， -HCH、 -HCH和HCH总量没有空间变异结构方差，而其它农药含量存在空间变异结构方差、且可分别用指数模型或高斯模型拟合。模型拟合的结果看出α-HCH、DDT总量及其异构体以较大范围的变异为主（变程大于18 km），而 -HCH的变程只是2.73 km。趋势分析表明DDT的异构体、代谢物及总量都存在明显的趋势效应，而HCH及其异构体中只有 -HCH 和 -HCH略有趋势效应。结合普通Kriging和反比距离插值方法，获得了土壤有机氯农药残留含量的等值线图，并分析了其空间分布规律。【结论】所有土壤样本中的六六六含量和 85%的土壤样本的滴滴涕农药含量均达到国家《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)一级标准（<0.05 mg·kg-1），残留污染较轻。     

卢氏烟区土壤肥力因子空间变异性分析

利用经典统计学和地统计学相结合的方法,结合GIS技术,研究了该区域内土壤pH值、有机质、速效氮、速效磷和速效钾含量的空间分布特征．并采用kriging方法进行最优内插,绘制了河南省卢氏烟区土壤肥力各因子含量的空间分布图．结果表明,各肥力因子的变异系数为4．28％～46．95％、半方差分析表明,pH值和速效钾含量符合球状模型,而速效氮、速效磷和有机质含量则符合指数模型、土壤pH和速效磷由于C0／（C0＋C）分剐为0．09和0、2l,因而具有强烈的空间相关性．而其它3种土壤肥力因子由于C0／（C0＋C）为0．50～0．65、因而具有中等强度的空间相关性．     

兰州市住宅地价空间分布规律的GIS分析

运用地统计学和地理信息系统（GIS）技术方法对兰州市住宅地价的分布状况进行了分析,并采用普通克里格（Kriging）插值法模拟了兰州市住宅地价的空间分布。结果表明：兰州市住宅地价存在空间相关性,其半变异函数曲线为球状模型,空间格局呈集聚分布。     

湘潭市郊响水乡稻田土壤重金属污染评价及空间分析

城市郊区农田重金属污染已成为人们关注的焦点,研究以湘潭市郊响水乡稻田土壤为研究对象,对其重金属污染程度进行评价,并利用地统计学中的半方差函数模型分析其空间分布特性。结果表明:湘潭市郊响水乡稻田中,土壤Hg的理论模型为指数模型,土壤As、Cd、Pb的理论模型为高斯模型,土壤Cr的理论模型为球状模型;土壤Hg、Pb和Cr含量的基底效应分别为1.2%、9.7%和22.4%,表现出强烈的空间相关性;土壤Cd含量的基底效应为32.4%,具有中等的空间相关性;土壤As含量的基底效应分别为87.4%,表现出较弱的空间相关性;采用单项污染指数评价法发现响水乡土壤重金属的污染程度依次为CdAsHg,Cr和Pb无污染;采用内梅罗综合污染评价法发现研究区西南部污染较高,西北和东部次高,中心部、北部和西部污染较低。     

运用无人机技术研究贵州省城乡结合部植被覆盖度现状——以贵州省农业科学院为例(英文)

运用无人机技术调查了典型城乡结合部的植被覆盖度,采用描述性统计和地统计学方法分析了城乡结合部植被覆盖度的空间异质性,结果表明:研究区的植被覆盖度为27.217 6%,变异系数为31.778 6%;在滞后距0.18′时,植被覆盖度呈空间正相关性,且植被覆盖度的空间相关性在滞后距0.18′时大于在滞后距0.18′时的;半方差函数拟合模型中指数模型拟合的最好,空间变异比为0.726,属于强的空间自相关性,空间相关尺度0.18′;研究区内的植被盖度数据较为稳定,其不稳定主要发生在研究区与外界的交界处。     

不同植被群落下土壤有机质和速效磷的小尺度空间变异

【目的】研究鄂尔多斯沙地不同植被群落对小尺度土壤养分空间变异的影响。【方法】通过对鄂尔多斯沙质荒漠化地区两种典型植被群落下的土壤以0.3 m等间距的网格取样（n=81）,对土壤有机质含量、土壤养分含量微尺度空间变异进行地统计学分析。【结果】本氏针茅群落下土壤有机质含量和有效磷的半方差函数呈线性模型，本氏针茅群落下表层土壤养分的空间变异特征受随机因素的影响较大，在调查范围内没有空间相关性。油蒿灌丛周围表层土壤的有机质和有效磷含量的半方差函数可用球状模型和指数模型来描述，表层有机质含量的独立间距为1.25 m，有效磷含量的独立间距为1.14 m，均与油蒿灌丛的冠幅相近，土壤有机质含量和有效磷含量具有强烈的空间自相关性。【结论】两种植被下的土壤有机质和有效磷含量的差异显著；在亚米采样尺度上，本氏针茅群落下土壤有机质、有效磷含量的空间变异较小，而油蒿灌丛群落下表层有机质、有效磷的分布具有明显的以灌丛群落为中心的同心圆结构，有较强的空间自相关性。     

太湖流域典型区域水稻土有机质空间变异特征研究

以江苏省宜兴市为调查对象,采用传统统计学和地统计学相结合的方法,研究了该市水稻土有机质含量的空间变异特征.结果表明,供试地区水稻土有机质的平均含量为28.73g/kg,高于第2次全国土壤普查时的21.00g/kg,施肥管理和秸秆还田是维持和提高有机质含量的重要措施;地统计分析(普通克里格)表明,有机质含量的半方差模型为指数模型,变程132.35 m,C_0/(C_0+C_1)值为64.10%,表现出中等强度的空间相关性.研究区内土壤有机质含量既受到气候、母质、地形以及土壤类型等自然结构性因素的影响,又受到施肥、耕作措施、种植制度等各种人为因素的影响;克里克插值预测图显示,西部圩田区和东北部平原区的有机质含量比较高,而南部丘陵区的有机质含量相对较低,克里克插值预测图能有效识别区域土壤有机质含量的分布特性,对实施土壤养分的分区管理、减少农业面源污染以及治理太湖水体富营养化等具有重要意义.     

县域耕地土壤速效磷空间格局研究——以武功县为例

【目的】研究陕西关中地区县域耕地土壤速效磷的空间变异特征和分布格局,探讨其主要影响因子。【方法】以陕西省武功县为研究区,在0~20 cm土层,以"S"形法采集耕地土样2 219个,运用地统计学结合GIS技术,拟合最优半方差模型,进行普通Kriging插值分析。【结果】研究区土壤速效磷含量为3.10~65.80 mg/kg,平均值为21.75 mg/kg,最佳半方差模型为球状模型,且具各向异性特征,块金系数为0.360 3,具有中等强度的空间相关性。【结论】研究区土壤速效磷含量高低区域分布比较明显,总体分布状况与地貌特征基本一致。地形地貌、土壤质地、灌溉条件和施肥是影响武功县耕地土壤速效磷含量空间格局的主要因素。     

县域耕地土壤速效磷空间格局研究

【目的】研究陕西关中地区县域耕地土壤速效磷的空间变异特征和分布格局,探讨其主要影响因子。【方法】以陕西省武功县为研究区,在0～20 cm土层,以“S”形法采集耕地土样2 219个,运用地统计学结合GIS技术,拟合最优半方差模型,进行普通Kriging插值分析。【结果】研究区土壤速效磷含量为3.10～65.80 mg/kg,平均值为21.75 mg/kg,最佳半方差模型为球状模型,且具各向异性特征,块金系数为0.360 3,具有中等强度的空间相关性。【结论】研究区土壤速效磷含量高低区域分布比较明显,总体分布状况与地貌特征基本一致。地形地貌、土壤质地、灌溉条件和施肥是影响武功县耕地土壤速效磷含量空间格局的主要因素。     

江津紫色土壤养分空间变异性研究——地统计学方法

利用地统计学,结合GIS研究紫色土土壤表层（0－20cm)的有机质、速效氮、速效磷、速效钾4种养分含量的空间分布特征。结果表明,有机质、速效氮、速效钾为正态分布,速效磷为对数正态分布;半方差分析的结果表明大部分土壤养分在一定间距内存在空间相关性,且为中等强度的空间自相关;用普通克立格法进行最优内插,做养分含量分布图,进行叠加分析,并对土壤肥力作初步评价,其中二等地占90％,面积最大。此结果可进一步应用于精确农业（施肥）。     

中国农业大学上庄实验站土壤理化性质的空间分布特征

对中国农业大学上庄实验站面积约70 hm2的试验区布设了68个观测点,测定了其表层土壤基本理化性质(质地、容重、pH、电导率、速氮、速磷、速钾、有机质、微量元素等)。应用传统统计学和地统计学方法对数据进行分析,结果表明:除pH变异系数为0.02外,其余土壤理化性质的变异系数范围为0.12~0.77,均属中等变异强度。半方差函数分析结果表明:除微量元素Mn和Zn表现为纯块金效应外,其余土壤理化性质在一定范围内均存在空间相关关系,其中表层土壤颗粒组成和阳离子交换量的空间相关距离最大,表现在全区均有相关性;其次,CaCO3含量和速效Fe的空间相关距离较大,分别为603 m和541 m;其余土壤理化性质的相关距离范围为180~477 m。采用Kriging最优内插方法对未测点进行了估值,并绘制了土壤理化性质的空间分布等值线图,分析表明其含量产生差异的主要原因是土壤母质、土地利用方式、施肥、耕作等因素的影响。     

农田土壤水分和电导率空间变异性及确定其采样数的方法

应用传统统计学和地统计学方法 ,分析了 2个氮肥用量间夏玉米田间 2个 10 m× 10 m区域土壤含水量和电导率的空间变异性 ,在此基础上 ,应用普通克立格技术估算了未知点的土壤含水量和电导率 ,并确定了 2种土壤特性的合理采样数目。结果表明 ,不同的氮肥用量不但影响土壤电导率的分布规律 ,而且影响土壤含水量的分布规律 ;土壤含水量和电导率的半方差函数揭示了它们的分布具有强烈的空间自相关性 ,纯块金效应除外 ;在本试验条件下 ,应用克立格方法 ,土壤含水量和电导率采样效率比传统统计学方法提高 6～ 8倍     

地统计学在生态学中的应用

自然现象存在空间变异性和空间自相关性。地统计学作为研究变量空间分布规律的理论与方法,成为定量分析自然现象空间特征的有效手段,并逐渐引入生态学研究中。在介绍地统计学基本理论与方法的基础上,论述了地统计学在生态学中的应用。