不同采样尺度下土壤碱解氮空间变异性研究——以榆树市农田土壤为例

在精准农业的实施过程中,研究如何用较少的样本来反映田间信息的空间变异规律,再用科学的插值方法进行插值和预估是精准农业研究中的一个关键问题。以东北典型黑土区——吉林省榆树市为研究区域,在榆树市弓棚镇13号村内选择相对平整的地块进行土壤采样并测试其土壤养分。在对原始采样格网点按一定的样点间隔和布局进行抽取的基础上,利用克里格插值方法和BP神经网络方法分别进行空间插值,比较不同采样尺度（40m×40m,56m×56m,80m×80m,113m×113m,160m×160m五个尺度）对空间插值精度的影响。结果表明:（1）随着采样尺度的增大,碱解氮的空间结构系数C/（C₀+C）有减小的趋势,表明采样间距以内的不可估计误差逐渐增大,其空间结构的表现能力在逐渐减弱;（2）Kriging插值精度总体优于BP神经网络,随着采样尺度的增加,两种模型的模拟精度都有所下降,BP神经网路的插值精度和Kriging模型的插值精度的差距逐渐减小;（3）两种模型在113m×113m尺度上插值精度都发生了突变,如考虑碱解氮的空间变异规律和经济因素,碱解氮的最佳采样尺度应在80～113m。     

基于气候变化和地形湿度指数的锡林浩特市水土流失趋势分析

气候因子和土壤水分是影响水土流失的重要因素,将气候因子与地形湿度指数相结合进行分析,对于预测研究区的水土流失趋势具有指导性的作用。以锡林浩特市为研究对象,利用Excel分析近10a来锡林浩特市气候变化趋势,结果表明:平均气温上升,降水量减少,平均风速增加,气候条件的变化使得草地生产力下降。以锡林浩特市数字高程图为基础,利用GIS的分析功能计算地形湿度指数。根据行政区划找出研究区域内地形湿度指数较小的区域,基于气候变化和地形指数进行综合分析得出:毛登牧场、白音希勒牧场、宝力根苏木3个地区土壤含水率较低,气候变化背景下,这3个地区风力侵蚀更易发生,因此应采取相应保护措施减少不必要的人类活动造成的水土流失。     

县域农业生态环境质量动态评价及预测

全面客观地评价和预测区域农业生态环境质量状况及发展趋势,对于维持农业可持续发展和生态平衡具有重要意义。基于2001-2010年临汾市尧都区农业生态环境质量相关数据,从农业自然环境状况、农业生产投入和农业生态环境响应3个方面构建农业生态环境评价指标体系,运用主成分分析法对评价指标进行了筛选,并采用灰色系统GM(1,1)模型对临汾市尧都区未来农业生态环境状况进行预测。研究结果表明:尧都区农业生态环境质量综合指数总体呈上升趋势,质量等级从2001年的"差"变为2015年的"优";尧都区农业生态环境质量状况空间差异明显,不同乡镇由于社会经济发展水平、农业发展方式、农业生态保护力度等因素不同,导致全区农业生态环境格局分布的差异性以及空间演化的异质性;农业生产投入子系统对农业生态环境质量的变化影响最大,表明了人类活动对农业生态环境质量变化的显著影响;针对农业生态环境质量不同影响因素的作用力度,尧都区应该开展植树造林活动以提高林地指数,根据区域水资源承载力状况合理加大水资源开发力度,改善农田排水系统,逐步加大生物农药施用量的比重。农业生态环境质量动态评价及预测研究能够有效地反映生态环境质量的演变趋势,为区域农业可持续发展和农业生态环境建设提供一定的决策参考。     

黑河中游绿洲不同景观单元表层土壤水分空间变异性

了解黑河中游绿洲生态系统表层土壤水分空间分布规律可为绿洲生态系统水资源合理分配与利用提供参考。使用地统计学方法分析黑河中游绿洲8—10月戈壁、林地、农地3种典型景观单元表层土壤水分空间变异特征。结果表明：1）3种景观单元土壤含水量从8—10月有下降趋势,呈中等变异特征且土壤水分相对变异（变异系数）一般在干燥时较大,绝对变异（标准差）在湿润时较大;2）表层土壤水分具有明显空间结构及季节变化特征,呈明显斑块状分布,最优拟合模型均为指数模型;土壤水分基台值和变程的变化大致与土壤平均含水量的变化呈相同趋势,具有中等和强烈的空间相关性,且10月份的土壤水分空间自相关性明显大于8和9月,相似性质斑块空间尺度有缩小趋势;3）在黑河中游绿洲区景观类型、土壤平均含水量、土壤、地貌、气候条件及人为管理等因素是造成黑河中游荒漠绿洲区表层土壤水分呈现时间和空间上明显差异的主导因素,其中平均含水量起的主导作用是持续存在的。     

渭河流域气候变化与人类活动对径流的影响

以黄河最大的一级支流渭河为研究对象,根据渭河流域华县水文站1958--2011年径流资料,采用Mann—Kendall趋势检验、Pettitt非参数统计和双累积曲线法分析径流序列的变化趋势和突变点,同时采用水量平衡法定量分析气候变化和人类活动对径流量的影响。结果表明：1）华县水文站径流量呈显著下降趋势（标准正态统计变量〈-2．23）,年均递减系数为0．86mm／a;2）径流量自1994年呈显著性减少趋势,据此将径流序列划分为2个阶段,即基准期1958--1994年和变化期1995—2011年;3）变化期较基准期在枯水年、平水年和丰水年径流量分别下降64．6％、41．3％和45．5％,枯水年流量下降趋势最为明显;4）华县站以上控制区内降雨变化和人类活动对径流变化的贡献率分别为49．0％和51．0％,气候变化对渭河径流量的影响主要是由降水量的减少引起的。     

艾比湖湿地不同植物群落下土壤水盐空间变异性

以艾比湖湿地为研究区,运用传统统计学和地统计学相结合的方法对4种典型植物群落下土壤水盐含量变化进行了研究。结果表明:(1)4种植物群落中,碱蓬群落、盐节木群落和梭梭群落土壤含盐量呈中等变异,而芦苇群落土壤水盐则呈现较强的差异性(2)随着土层深度的增加,盐节木群落和梭梭群落中土壤含水量差异性不大,碱蓬群落和芦苇群落则呈下降趋势,而对于土壤盐分,除梭梭群落外,其余3种植物群落各土层盐分呈降低趋势,且表层盐分含量相对较高(3)在空间结构性分析中,不同植物群落下土壤含水量和盐分在一定区域范围内空间特结构性显著,能较好地满足高斯模型分布,由于受气候、距湖距离、湖面积波动及土壤类型等因素作用,4种植物群落中土壤含水量和盐分均具有较强的空间自相关性(4)对土壤水盐含量变化的相关性分析中,4种植物群落下土壤水盐含量与其关联性都相对较小,其中碱蓬群落和芦苇群落呈正相关关系,盐节木群落和梭梭群落呈负相关关系。总体来说,碱蓬群落和芦苇群落土壤水盐总变异趋势大于梭梭群落和盐节木群落,说明距湖远近对土壤水盐空间变化有一定的影响。     

气候变化对黄河中上游地区潜在蒸散影响的估算

采用Penman—Monteith公式计算潜在蒸散,分析1961-2010年黄河中上游地区气候因子的变化趋势,并用偏微分方法定量分析各气候因子变化对潜在蒸散的影响。结果显示：1）近50年来黄河中上游地区气温显著升高（α〈0．01）,风速和日照时间显著减少（α〈0．01）。半干旱区面积不断扩大,气候总体呈暖干变化趋势。2）潜在蒸散对实际水汽压变化最敏感,其次为最高气温、风速和日照时间,对最低气温变化最不敏感。夏季潜在蒸散对日最高气温最敏感,其他季节对实际水汽压最敏感。3）风速对年潜在蒸散变化贡献最大,其次为气温和日照时间,实际水汽压贡献最小。春夏秋冬对潜在蒸散变化贡献最大的气候因子依次为风速、日照时间、气温。温度升高、湿度减少埘潜在蒸散的正影响已被风速、辐射下降的负影响所抵消。综合考虑各气候因子对潜在蒸散的作用有助于加深对气候变化影响机制的认识,并为气候变化适应对策研究提供科学依据。     

设施蔬菜生产系统重金属积累特征及生态效应

研究土壤重金属的空间变异特征,可以揭示人为活动对土壤中重金属积累特征的影响,进而为土壤利用、污染风险评价提供重要的基础资料.选取南京市郊区一处典型的设施蔬菜生产系统为研究对象,测定了土壤、灌溉用水、肥料、蔬菜等介质中重金属砷(As)、镉(Cd)、铜(Cu)、汞(Hg)、铅(Pb)、锌(Zn)含量,研究了土壤中重金属的空间变异及积累特征,分析了积累产生的原因,讨论了系统中作物的重金属积累效应.结果表明:(1)与露天蔬菜地相比,设施蔬菜地土壤重金属Cu、Hg、Pb、Zn均产生明显的累积,且土壤中Cu、Hg、Pb平均含量超过温室蔬菜产地环境质量评价标准.(2)农用投入品的大量输入对土壤性质的空间变异产生了明显影响,而土壤Cu、Hg、Pb、Zn也呈现与之一致的空间变异特征,且这些元素与土壤性质存在显著相关性.(3)土壤性质的变化和重金属的积累对叶菜类作物重金属吸收影响较大,且前者更为重要.     

岩溶高原地区小流域土壤厚度的空间变异特征

土壤厚度是制约石漠化地区生态修复的重要因子。在贵州省金沙县乌箐河小流域,通过实地调查土壤厚度,结合地统计学和经典统计学方法,研究岩溶高原地区小流域中3种典型土地利用类型下土壤厚度的空间变异及其分布格局。结果表明：研究区土壤厚度总体呈中等强度空间变异,个别样地属强度变异,具有良好的半方差结构,其变异趋势大致为随着坡位的降低而逐渐减小,而土壤厚度随坡位的降低逐渐变厚。坡耕地土壤厚度空间相关性相对较好,存在一定的连续性;荒山和意大利杨树林地土壤厚度的空间变异程度均较大,斑块状分布明显。除个别样地可以用高斯模型和球状模型拟合外,其余样地均可用指数模型拟合,且拟合效果较好（R^2≈0．8）。研究结果加深了对岩溶高原地区土壤厚度的认识,为石漠化综合治理工程的合理布局和土地资源的有效开发利用提供重要依据。     

单次污水灌溉后长期污灌土壤镉的垂向分布特征

以河南省新乡市娘娘庙污灌区一块约328 m2的田块为研究区,采用均值、变异系数、半方差函数及分维数等相结合的方法,分析一次污水灌溉前后10 d内东西向剖面A、B、C和D(南北向每相距10.5 m设置1个剖面,由北至南依次编号为A、B、C和D)的土壤有效镉的垂向空间变异及其分布特征,为田块土壤中有效态镉分布与土壤植物修复相结合的研究思路提供基础性探讨。结果表明:灌水后,土壤有效镉含量在剖面A、B、C和D的均值分别减少0.06 mg?kg?1、0.11 mg?kg?1、0.14 mg?kg?1和0.23 mg?kg?1,呈现中等离散程度;在0.393~1.308 m变程范围内,块基比C0/(C0+C)25%,土壤有效镉剖面总体表现出由随机性引发的变异较小,空间相关性较强;剖面A、C和D土壤有效态镉的分维数降低,空间变异程度减弱。Kriging插值结果表明该区有效镉呈条带状分布格局,且在0~15 cm土层呈现累积现象;沿灌水方向,土壤有效镉含量剖面等值线分布由密集到稀疏。相关分析表明,土壤有效镉含量与土壤有机质含量呈正相关,与土壤含水率呈中等程度相关,与p H呈现强负相关,表现为土壤有机质含量越高土壤有效镉含量越大,p H越高土壤有效镉含量越小;污水灌溉对土壤有效镉、土壤含水率、土壤p H和土壤有机质的影响显著,同时会削弱有效镉与各影响因子间的相关关系。伴随着污水灌溉动态的有效镉分布和变异特征可以为应用植物吸附进行土壤重金属污染修复方面的研究提供基础数据。