稻田土壤养分空间变异与合理取样数研究

以嘉善县陶庄农场内一块0.52hm2的水稻田为研究区,采用地统计方法和常规统计方法进行土壤pH及养分(全氮、全碳、速效钾、速效磷、速效镁、速效锰、速效铜、速效锌)的空间变异及其合理取样数目研究。结果表明,各土壤养分在田间尺度均存在一定的空间变异,全氮、全碳、速效钾、速效磷等主要养分的空间格局呈南北向条带状,与农户经营田块的方向基本一致;不同农户耕种、管理下的4田块的土壤养分差异显著;反映土壤肥力的土壤全碳、全氮等养分的合理取样数目在95%的置信度和5%的相对误差条件下为45～个,基本上每个农户经营田块为1个,即可反映土壤养分的真实情况。因此,试验区以N素管理为主的精确田间管理的土壤采样可以采用以农户经营地块为单位的混合样采样方式,以减少土壤采样量和分析成本。     

土壤养分空间变异及合理取样数研究

土壤养分存在明显的空间差异，田间土壤养分合理取样数取决于养分要素自身空间变异程度和人们对数据精度的要求。若空间变异大、精度要求高则需要较多采样数，反之需较少样点数。计算结果表明，极大多数养分要素的合理取样数较实际取样数有较大幅度减少，意味着可大幅降低采样及分析成本。据统计学空间自相关和半方差函数方法研究结果，养分要素存在一定的空间自相关性，但不同方向上的自相关性有明显差异，独立间距也因养分要素而异。研究结果可为精准农业土壤养分样点密度设定、养分要素等值线绘制及精准施肥提供支持。     

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。     

县域农田土壤养分空间变异及合理样点数确定

以武功县为例,应用地统计学和GIS相结合的方法,对土壤有机质、速效磷、速效钾、碱解氮等土壤养分空间变异特征进行研究,并对不同采样密度下有机质的空间插值结果进行分析比较,用均方根误差和相关系数检验不同密度下的插值精度,以确定县域有机质合理采样数。研究结果表明:各土壤养分均存在中等强度空间变异,土壤养分变异系数的顺序是速效磷速效钾有机质碱解氮。各土壤养分均存在正的基底效应,其中,有机质和速效钾的空间变异性受人为因素影响较小,控制其空间变异性的主要因素与成土母质、土壤类型、气候条件等有关。而碱解氮和速效磷的空间变异性受人为因素影响较大,控制其空间变异性的主要因素与耕作方式及农业生产中施肥等有关。随着采样点密度的增加,克里格插值精度提高,适当减少样点数可以满足插值分析的需要,充分考虑土壤养分空间变异评价的精度分析,确定县域土壤有机质合理采样数应控制在2213个以上,即最大以17.8 hm2为一个采样单元。     

吉林省玉米种植区土壤养分空间变异特征研究

本文以吉林省中部玉米种植区9县市为研究区域,采用传统统计学和地统计学相结合的研究方法,探讨研究区域表层土壤（020cm）有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾和pH值的空间变异特征。结果表明:各养分的变异系数在10%～100%之间,属中等变异;有机质、碱解氮、有效磷和速效钾的块金值（C0）与基台值（C0+C）比值介于25%～75%之间,表现出中等强度的空间自相关,而全氮和pH值表现强烈的空间自相关;根据决定系数（R2）和残差平方和（RSS）进行模型选择,几种养分均用指数模型拟合的效果较好;依据GIS所做的养分空间变异图可以很好地反应该地区的土壤养分空间分布状况,可以为该地区土壤养分的综合评价和施肥管理决策提供依据。     

城郊耕层土壤养分的空间变异特征

以广州郊区岑村为例,采用G IS与地统计学相结合的方法对城郊耕层土壤(0~20cm)的有机质、全N、全P和全K4种土壤养分要素的空间变异特征进行了分析。结果表明:有机质、全N和全K变异函数曲线的最优理论模型为指数模型;全P为球状模型。几种土壤养分具有很强的空间相关性,异质性特征。各土壤养分由随机因素引起的空间变异占空间总变异的比例小,其值分别为9.90%、8.80%、0.26%和17.10%。说明受母质、地形、土壤类型等自然的结构性因素影响较大。土壤特性的相关距变化范围为139.00~750.00m。该成果可为城郊农业的定位施肥、灌溉以及其它的农田精细管理提供依据。     

高密市农田土壤养分空间变异特征研究

以高密市为例,利用GIS和地统计学方法在县域的尺度上分析土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾、有效锰、有效铜、有效锌、有效硼9种养分的空间变异情况,利用克里格插值分析土壤养分的空间分布格局。结果表明,有效磷变异系数最大为48.80%,有机质变异系数最小为21.76%,变异系数由大到小依次为有效磷>有效锌>速效钾>有效铜>有效硼>有效锰>碱解氮>全氮>有机质。各土壤养分都具有良好的半方差结构,除了有效锰符合线性模型以外,其他养分均符合指数模型。速效钾、有效铜、有效锌具有强烈的空间自相关性;有机质、全氮、碱解氮、有效磷、有效锰、有效硼具有中等强度的空间自相关性,自相关程度速效钾>有效铜>有效锌>有效硼>全氮>碱解氮>有机质>有效磷>有效锰。在空间自相关范围上,有效硼最大为28716 m,有效铜最小为1410 m。微量元素锰、硼在空间分布上呈现出明显的规律性,锰呈现出从北到南逐渐增加的趋势,而硼含量则是从北到南逐渐减小;有机质、全氮、碱解氮三种元素呈现出相似的空间分布格局;有效铜、有效锌没有明显的规律性;有效磷、速效钾高值区呈块状零星分布。该研究揭示了高密市土壤养分的空间分布规律,对于实施精准农业和耕地的可持续利用具有积极意义。     

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。     

农田表层土壤养分空间变异特性研究

为给田间养分监测设施布设方法提供依据,在陕西杨凌选取2块农田,采用12 m×12 m嵌套6 m×6 m的采样方法,采集表层土壤（0～20 cm）养分数据,运用经典统计、地统计学结合Kriging插值方法,分析农田土壤养分空间变异特征。结果表明：冬小麦抽穗期与成熟期农田表层土壤全氮（TN）变异系数<10%,为弱变异,土壤有机质（SOM）、有效磷（AP）变异系数介于10%与100%之间,为中等变异,有效钾（AK）和铵态氮（NH4+-N）变异系数>100%,为强变异,成熟期硝态氮（NO3--N）由强变异转为中等变异。土壤养分最优半方差模型为球状模型,作物不同生育阶段,土壤养分空间相关性存在一定的差异,土壤SOM、TN块金系数<25%,空间相关性强烈,以结构性因素为主导;冬小麦抽穗期速效态养分块金系数介于25%与75%之间,空间相关性中等,随机性因素主导,成熟期<25%,空间相关性增强。采样密度由6 m×6 m变为12 m×12 m时,变异程度保持不变,土壤养分空间变异系数差值在0.04%～59.48%范围内,成熟期2号样地的AK除外,块金系数差值在0.065%～34.177%范围内,2种采样间距获得的土壤养分空间变异特征基本一致,建议选用12 m×12 m网格。     

土壤养分变异与合理取样数量

利用地统计学方法、地理信息系统技术 ,结合土壤养分状况系统研究法对一定条件下的土壤合理取样数量作了细致的研究。结果表明 ,大部分土壤养分都具有较为良好的半方差结构 ,空间自相关距都比较大。在平衡取样成本和精确度的前提下必须考虑土壤养分的空间变异程度。利用地理信息系统等手段可以充分表现土壤养分变异的分布情况 ,从而为设置取样点提供依据。在本研究条件下 ,利用分层取样的最适分配法获得 34.5hm2耕地上的最佳取样数量 ,针对土壤速效钾的取样以 95%的置信水平 10%的相对误差为宜 ,取样数量为 24个 ;针对土壤速效磷的取样以 95%的置信水平 20%的相对误差为宜 ,取样数量 10个。     

县域土壤有机质空间变异特征及合理采样数的确定

以有机质为例,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密度的样点数据,分析了不同采样密度下土壤有机质的空间变异特征及县域合理采样数。研究结果表明,在一定研究尺度下采样密度对土壤养分的模型拟合、变程和空间相关性没有显著影响,即适当减少样点数可以满足插值分析的需要,充分考虑土壤养分空间变异评价的精度分析,确定县域土壤有机质合理采样数应控制在400个以上。     

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。     

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。     

喀斯特地区典型峰丛洼地表层土壤水分空间变异及合理取样数研究

在桂西北喀斯特洼地90m×40m地块范围内,用经典统计和地统计分析方法探讨了表层土壤(0~5,5~10,10~20,20~30 cm)水分的空间变异结构及其分布格局,并给出了不同置信水平和精度条件下的合理取样数。结果表明:表层土壤水分总体上具有良好的半方差结构,呈明显的斑块状分布格局。0~5 cm层具有中等的空间相关性,其余各层具有强烈的空间相关性,而且变异程度具有明显层次性;除20~30 cm层土壤水分用球状模型拟合外,其余各层均符合指数模型,且拟合效果较好。等值线图结合半方差分析可以看出,地形、微地貌、降雨和植被等是研究区土壤水分空间变异的重要影响因素。在确定合理取样数的过程中,除考虑土壤水分的统计特征外还要考虑其空间结构性。     

广东省典型赤红壤区耕层土壤养分的空间变异

[目的]探讨我国典型赤红壤区——广州市增城区耕层土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量的空间变异规律,为赤红壤区耕层种植的平衡施肥、水土保持和环境保护提供依据。[方法]利用地统计学方法和地理信息系统技术。[结果]研究区耕层土壤有效磷的含量较高,速效钾的变异系数最大(107.78%),有机质的变异系数最小(32.51%),变异系数由大到小依次为:速效钾有效磷全氮有机质;有机质、全氮具有强烈的各向同性空间自相关性,有效磷与速效钾有着较明显的各向异性空间自相关性;有机质、全氮有着相似的空间分布规律,含量呈东南部高西北低的趋势,有效磷含量处于中上偏高水平,空间分布从北向南呈逐步增多趋势,速效钾空间分布相对比较复杂,各个养分级别都有一定量的分布,总体由北到南逐渐增多。[结论]在一定空间范围内,耕层土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾具有不同强度的空间相关性,且选取合适的方向性半方差函数模型能更好地拟合其空间变异情况。     

新疆岳普湖县土壤盐分空间变异及其分布特征研究

基于区域变量理论,采用GPS定位技术,于2005年7-8月,对岳普湖县土壤进行定点取样,土壤取样层次为0-30cm、30-60cm、60-100cm和100-200cm,共取样点118个。在GIS技术支持下,通过地统计学半变异函数和Kriging空间插值,定量分析岳普湖县不同层次土壤盐分的空间异质性。结果表明:岳普湖县各层土壤含盐量普遍较高,均值分别为17.44,11.67,9.10,8.14g/kg,且变异性大、变异系数为0.877～0.959,接近于强变异性。0-30cm、30-60cm和60-100cm土壤盐分的理论分布模型属于指数模型,100-200cm属于球状模型。各层土壤盐分空间相关性均属于中等程度。不同土层之间的空间自相关范围具有明显的差异,由表层至深层,土壤盐分的自相关范围逐渐增大。在空间格局上,岳普湖县土壤盐渍化极其严重,0-30cm土层,强度盐渍化面积占总面积的40.42%,盐土47.87%。水平方向上,土壤盐分的高值区主要分布在岳普湖镇、岳普湖乡、色也克乡、阿其克乡和铁热木乡。研究成果可为岳普湖县防治土壤次生盐碱化及其合理利用水土资源方面提供决策依据。     

Spatial Variability and Soil Sampling in a Grazed Pasture

Spatial variability in soil tests for essential plant nutrients influences how well producers accurately sample their fields for fertilization and compliance with environmental regulations. The objective of this study was to determine the effect of spatial variability on soil tests in a pasture system. Soil samples were collected from a 6‐ha and a manured 4‐ha pasture (study sites 1 and 2, respectively). Samples were analyzed for soil pH, organic matter, and plant‐available nitrogen, phosphorus, and potassium. Semivariance parameters from a geographical information system (GIS) were used to quantify spatial variability, and “R” computer program was used to optimize the number of soil subsamples sufficient to form a representative composite sample. Spatial variability was obtained in some of the soil properties, and approximately 22 soil subsamples were sufficient to form a representative composite sample in a pasture system.     

不同尺度下皎口水库水体主要指标空间变异研究

通过不同取样尺度下采集皎口水库水样,测定水体主要指标总氮、总磷、氨氮及高锰酸盐指数含量,研究了地统计分析法在不同取样尺度下对水库水体空间变异的适用性和空间插值的质量。研究结果表明,皎口水库100 m尺度与200 m取样尺度相比,4种主要水质指标在不同取样尺度下空间变异最佳变异模型、插值模拟及空间分布均存在一定差异。空间拟合模型方面,总氮、高锰酸盐指数最佳拟合模型为高斯模型,总磷、氨氮最佳拟合模型为球面模型;结合模型特征参数和空间插值综合评价,总氮和氨氮在200 m取样尺度下表现出较好的空间相关性,插值模拟质量较好,而总磷和高锰酸盐指数则在100 m尺度下表现出一定优势;空间分布上,水体氨氮、高锰酸盐的影响主要是人为因素,总磷受水库内源环境影响较大,而总氮则与库周农业种植等活动密切相关。以上结果表明,总氮和氨氮更适合在200 m尺度下取样,而总磷和高锰酸盐指数宜在100 m尺度下取样。     

Spatial Variability of Soil Salinity under Subsurface Drainage

In the coastal area of eastern China with monsoon climate and high water table, soil salinity exhibits strong spatial heterogeneity at the field scale. Using basic tools of geostatistics and geographic information systems (GIS), we explored the spatial characteristics of soil salinity under rain-fed conditions and subsurface drainage. The results showed that (1) spatial variability in soil salinity could be reduced significantly by leaching with rain water and subsurface drainage (LD) during the rainy season. The variability in soil salinity after LD decreased from strong to moderate. (2) After LD, soil salinity remained at more than 0.85 g/kg irrespective of values before the rainy season. In other words, it was almost impossible to remove all the salts in the plow layer. (3) Spatial heterogeneity of soil salinity showed a homogenizing tendency based on the critical point of 7 g/kg. Soil salinity less than 7 g/kg (79% of samples) homogenized to within 1.5–2 g/kg under LD and that more than 7 g/kg decreased to 1.5–4.5 g/kg. However, at this level, most salt-tolerant crops could grow. (4) The homogeneity was also reflected in the transformation of salinity grade in different areas. Before LD, the moderately and heavily saline (2–10 g/kg) soil area accounted for 88% of the pilot field in which the heavily saline area constituted 57.45% of the total salt load within the 0- to 30-cm layer; after LD, the mildly saline (1–2 g/kg) area was dominant with more than 75% ratio, contributing 65.24% of total salt load. (5) Intensive and frequent rainfall and long-term LD may reduce the spatial variability in salinity and allow for better reclamation and utilization of saline land. These results provide a scientific basis for integrated management of water and agricultural production.