基于地统计学烟区土壤养分及pH值空间异质性分析——以重庆市酉阳县岩溶区为例

调查了解土壤养分及pH值空间异质性特征是制定烟区土壤养分管理与施肥决策的前提。本研究基于经典统计学和地统计学方法,分析了酉阳烟区土壤表层pH值及土壤养分要素的空间异质性特征。结果表明:酉阳烟区土壤有机质含量丰富,有效磷较缺乏;土壤养分指标的变异系数在13.11%～71.46%之间,有效磷的变异系数最大,而有机质、全氮、碱解氮在土壤中比较稳定;土壤有机质和全氮、全磷、碱解氮和有效磷呈极显著的正相关,pH值和有效磷和速效钾呈极显著的负相关;有机质、全氮、全磷及速效钾的变异函数曲线理论模型符合指数模型,而pH值和碱解氮则与球状模型拟合较好;全氮、碱解氮、全磷及有效磷表现出中等空间相关性,而有机质、全钾及速效钾的空间相关性表现较弱;分维数大小表现为:全钾的分维数最大,pH值、速效钾、有机质其次,全氮、碱解氮最少;土壤养分及pH值空间分布在东西和南北方向具有显著性差异,且在东西方向上的变异要高于南北方向。酉阳烟区土壤养分空间相关性不强,说明地形、施肥及耕作等随机性因素能够显著影响烟区土壤养分空间异质性。      

泸州市耕地土壤养分现状调查与评价

本研究利用2022年泸州市定位调查监测数据,分析了耕层土壤p H、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾等养分含量现状,并根据全国第二次土壤调查标准进行土壤养分含量评价,为泸州市耕地土壤科学合理施肥提供数据支持。结果表明,当前泸州市耕地土壤pH平均值为6.15,总体呈弱酸性。耕地土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾平均含量分别为24.7g/kg、117.6mg/kg、23.6mg/kg、137.9mg/kg,土壤有机质、碱解氮和速效钾含量主要处中等水平,有效磷含量主要处于丰富水平。不同区县土壤有机质和养分含量差异较大。因此,泸州市各区县需持续优化施肥结构,增加有机肥的施用量,推进化肥减量技术应用,以提高土壤pH值和有机质含量,改善土壤环境质量,促进农业可持续发展。     

贵州省仁怀市耕地土壤养分地球化学特征及其影响因素研究

【研究目的】为仁怀市农业生产中土壤养分的合理利用、农业结构调整及土地利用价值的提升等提供科学依据。【研究方法】本文利用电感耦合等离子体发射光谱法、容量法及电位法获取了5486件表层土壤样品氮磷钾（全量和有效态）及有机质的含量，系统研究了其地球化学特征及含量影响因素。【研究结果】仁怀市耕地土壤氮、磷、钾、有机质、碱解氮、速效磷及速效钾的平均值分别为1.74 g/kg、0.75 g/kg、19.90 g/kg、30.90 g/kg、100.28 mg/kg、10.40 mg/kg和101.03 mg/kg。其中，氮、碱解氮、磷、钾及有机质的含量及分布与地层关系密切；速效磷及速效钾的含量及分布与地层关系较差。仁怀市耕地土壤肥力较好，以较丰富等级为主，较丰富及丰富等级占比为57.6%。其中，氮、磷及钾皆处于丰富水平；碱解氮及有机质处于中等水平；速效磷及速效钾处于缺乏水平。【结论】仁怀市耕地土壤养分的含量及分布不仅受地质背景、土壤类型、海拔高度、酸碱度及土壤深度等自然因素影响，还与土地利用方式等人为活动有关。创新点：系统统计了仁怀市耕地土壤氮磷钾（全量和有效态）及有机质的含量，对其地球化学等级开展了评价，并系统分析了它们的含量影响因素。耕地土壤养分的含量及分布不仅受地质背景、土壤类型等自然因素影响，还与土地利用方式等人为活动有关。     

基于地统计学和GIS技术的北京市大兴区礼贤镇土壤养分空间变异性研究

运用地统计学和GIS方法,对北京市大兴区礼贤镇的表层土壤全氮、全磷、全钾、全硼、碱解氮、有效磷、速效钾、有效硼、有机质和pH值等参数的空间变异及分布特征进行了研究。结果表明,研究区内有效磷、速效钾、碱解氮变异系数分别为10599%、10043%、8029%,分异性较强。经过不同趋势阶数指标插值误差的综合比较,初步确定全磷、有效磷、全钾、速效钾、全硼、有效硼应该选择一阶,碱解氮、有机质和pH值应该选择无趋势,而全氮则应该选择二阶。全磷、有效磷、全钾、全硼、pH值的理论模型为指数模型,速效钾、全氮、碱解氮、有效硼、有机质的理论模型为线性模型。全磷、有效磷、全钾、全硼、pH值主要受到结构性因素的影响,全氮、有效硼、有机质受到结构性因素和随机性因素的共同影响,速效钾、碱解氮主要受到随机性因素的影响。通过普通克里格插值图清晰可见,按照含量分布特点土壤中全氮、碱解氮、全磷、有效硼、有机质、有效磷的空间展布相似,全钾和速效钾的空间展布相似,全硼的空间展布特点与其他指标都不相同,这与统计学分析结果具有相似性。通过了解研究区土壤中10项养分指标分布情况,对及时调整肥料用量比,实现有针对性施肥,调整农业结构以及优势农产品规划和布局提供数据支持。     

文山州土壤养分空间分布与变化规律

采用GPS定位技术,对文山州基本烟田进行大规模的土壤取样,研究了区域植烟土壤养分状况的总体特征、空间变异特征,并采用普通插值法绘制了土壤养分空间分布图。结果表明:随海拔的升高,土壤pH值呈显著下降的趋势,土壤有机质和碱解氮含量呈极显著增加趋势,而土壤有效磷含量呈先增加后下降的趋势。全州土壤有机质和碱解氮含量整体呈由北向南、由东向西有增加的趋势,土壤有效钾含量整体上呈由中部向北部及南部增加的趋势,土壤pH值和有效磷空间变化趋势不显著。     

我国不同区域农田养分平衡对土壤肥力时空演变的影响

区域农田养分盈亏是驱动农田土壤肥力时空变化的主要因素。对我国6个农业生态试验站（海伦、沈阳、 栾城、长武、常熟、鹰潭）站区农田土壤肥力在近年来时空演变的研究表明,除了海伦站黑土和常熟站水稻土的有机质和全氮平均含量下降外,其他站区均呈现增加趋势,主要原因是黑土和乌栅土有机质和全氮含量较高,目前农田有机C和N投入水平无法维持其平衡;6个站区土壤速效磷有增有减,而土壤速效钾除了栾城和鹰潭站区域外均呈降低趋势。从站区农田养分的年平衡与土壤养分的年变化量关系看,农田氮、磷、钾的盈亏量决定了土壤养分的变化方向。土壤有机碳和全氮的初始含量过高（分别超过15.1 g/kg和1.60 g/kg）时,也会导致其年际间的变化方向从增加变为降低。农田氮素盈亏量与土壤全氮变化量之间相关不显著,主要是由于化肥投入和作物籽粒输出的农田氮平衡不能完全代表土壤氮素的真实盈亏情况;而农田磷素和钾素的盈亏量与土壤速效磷和速效钾的年变化量的显著相关。     

内蒙古东来地区土壤养分空间分布特征及评价

在中小尺度上确定土壤养分状况并准确表达其空间分布特征仍需深入研究,了解和掌握土壤养分现状可为土地资源利用提供一定的科学参考。基于内蒙古东来地区土地质量地球化学调查中采集的468件表层土壤样品分析结果,采用主成分分析法和GIS技术对碱解氮、速效磷、速效钾、有机质4项养分指标进行空间分布特征分析及养分丰缺评价。结果表明,研究区土壤养分属于中度变异,呈不均匀分布。主成分分析提取的2项主成分指标可反映土壤养分指标90.34%的原量信息,得出的土壤肥力综合得分IFI值为-1.643～1.972。空间分布特征显示,研究区土壤整体有机质缺乏,碱解氮稍缺,速效磷适中,速效钾较丰富。IFI值的空间插值结果表明：土壤养分达到丰富及以上的区域占研究区面积的29.35%,主要分布在研究区中部的工农村、七间房附近;达到适中等级的占比为41.74%;稍缺—缺乏等级的占比为28.91%,其中缺乏等级分布面积为10.43%,主要分布在辽河农场三分场附近。建议在研究区进行农林业生产活动时,应注意有机肥和氮肥的增施。     

浙江省瑞安市耕作层土壤养分元素有效态含量空间变异特征及其影响因素

综合采用地统计学、GIS和传统统计分析方法,研究了瑞安市耕作层土壤9种养分元素有效态含量空间变异特征及其影响因素。结果显示,研究区耕作层土壤碱解氮呈西高东低的分布趋势,速效钾、有效硼、有效锰、有效钼、有效铜和有效锌呈西低东高的分布趋势,有效磷呈东西高、中间低的分布趋势,有效铁分布均匀;研究区中西部耕作层有效硼较缺乏,东部碱解氮较缺乏,中部有效磷较缺乏,其他地区9种养分元素有效态含量均达到中等以上;半方差函数分析显示有效锰和有效铁为强空间相关性,碱解氮、速效钾、有效磷、有效钼、有效铜和有效锌为中等空间相关性,有效硼为弱空间相关性。研究认为,中性或是弱碱性、含盐量较高且阳离子较活跃的土壤环境有利于速效钾和有效硼富集,酸性或弱酸性和有机质含量较高的土壤有利于碱解氮和有效铁富集;速效钾、有效钼、有效硼、有效铜和有效锌含量的控制因素相似,主要受成土母质、土壤类型以及地形地貌等结构性因素和施肥、耕作等随机性因素的双重影响,而碱解氮、有效铁、有效磷和有效锰的含量分布主要受成土母质、土壤类型以及地形地貌等结构性因素的影响。     

三种插值方法在降水等值线绘制中的对比分析

为对比不同插值方法在宁夏回族自治区的适用性,基于宁夏及其周边地区77个气象台站1956—2016年平均降水量数据,运用泰森多边形法、距离平均反比法、克里金插值法对降雨量数据进行空间插值和交叉验证,从插值方法的稳健性和准确度出发进行对比分析,得出适用于宁夏回族自治区的插值方法。研究表明：（1）从准确度来看,克里金插值法与观测值走向、位置较为相似;从稳健性来看,克里金插值法MAE平均值为4.43 mm、RMSE平均值为10.36 mm,显著小于泰森多边形法和距离平均反比法。（2）整体来看,克里金插值法更为理想,可以用于宁夏回族自治区降水量空间插值分析。     

祁连山青海云杉(Picea crassifolia)林土壤有机碳与化学性质的相互关系

通过对祁连山大野口流域的青海云杉林大样地进行土壤剖面取样, 分析了样地土壤有机碳与pH值、养分和阳离子交换量等基本化学性质的变化规律及其相互关系. 结果表明: 随土层深度不断增加, 土壤有机碳含量逐渐减小, 在20～30 cm以下趋于稳定(P > 0.05); 土壤pH值不断增大, 仅在0～10 cm与10～20 cm差异显著(P<0.05); 土壤全氮、速效氮、全磷和阳离子交换量不断减小, 全氮含量在30～40 cm以下趋于稳定(P > 0.05), 速效氮含量变化剧烈(P<0.05), 全磷含量差异性不显著(P > 0.05), 阳离子交换量与有机碳含量变化规律相同; 土壤速效磷、全钾和速效钾含量没有明显的变化规律, 速效磷和全钾含量差异性不显著(P > 0.05), 速效钾含量仅在0～10 cm与10～20 cm差异显著(P<0.05). 土壤有机碳与全氮、速效氮、全磷、速效磷、速效钾和阳离子交换量之间呈极显著和显著正相关, 与土壤pH值和全钾含量之间呈极显著和显著负相关. 土壤有机碳与其他基本化学性质的回归方程具有较高精度(R²=0.793), 影响土壤有机碳含量的主要化学因子依次为土壤阳离子交换量、速效钾和全磷含量.     

Spatial variability of soil organic matter and nutrients in paddy fields at various scales in southeast China

The present study examines the spatial dependency of soil organic matter and nutrients in paddy fields at three different scales using geostatistics and geographic information system techniques (GIS). The spatial variability of soil organic matter (SOM), total nitrogen (TN) and available phosphorus (AP) has been characterized using a total of 460, 131 and 64 samples that were, respectively, collected from the Hangzhou–Jiaxing–Huzhou (HJH) Plain (10 km), Pinghu county (1,000 m) and a test plot area (100 m) within the Pinghu county, Zhejiang province of the southeast China. Semivariograms showed that the SOM and TN had moderate spatial dependency on the large scale of HJH plain and moderate scale of Pinghu county with long spatial correlation distances. At the moderate scale of Pinghu county and the small scale of a test plot area, the AP data did not show any spatial correlation, but had moderate spatial dependency in HJH plain. Spherical and exponential variogram models were best fitted to all these soil properties. Maps of SOM and TN were generated through interpolation of measured values by ordinary kriging, and AP by lognormal kriging. This study suggests that precision management of SOM and TN is feasible at all scales, and precision management of AP is feasible at large scales.     

基于神经网络模型的中国表层土壤有机质空间分布模拟方法

基于全国第二次土壤普查得到的6 241个典型土壤剖面数据,采用主成分分析方法和径向基函数神经网络模型建立不同植被类型—土纲单元内土壤有机质与气候、地形和植被等环境因子间的非线性关系,模拟全国表层土壤有机质的空间分析格局。结果表明,该模型具有较准确的预测能力,性能指数达到1.94。与普通克里格法、反比距离法和多元回归模型相比,神经网络模型对621个验证点模拟结果与实测值的相关系数为0.799,分别提高了0.265、0.181和0.120,平均绝对误差分别降低了4.25、4.43和2.34 g/kg,平均相对误差分别降低了30.16%、32.66%和5.93%,均方根误差则分别降低了8.61、8.24和6.24 g/kg;从模拟结果图来看,神经网络模型能够提供更多的细节信息。该方法为大尺度土壤性质空间分布模拟提供了有益的参考。     

Large-scale spatial interpolation of soil pH across the Loess Plateau, China

Soil pH plays an important role in biogeochemical processes in soils. The spatial distribution of soil pH provides basic and useful information relevant to soil management and agricultural production. To obtain an accurate distribution map of soil pH on the Loess Plateau of China, 382 sampling sites were investigated throughout the region and four interpolation methods, i.e., inverse distance weighting (IDW), splines, ordinary kriging, and cokriging, were applied to produce a continuous soil pH surface. In the study region, soil pH values ranged from 6.06 to 10.76, with a mean of 8.49 and a median of 8.48. Land use type had a significant effect (p < 0.01) on soil pH; grassland soils had higher pHs than cropland and forestland soils. From a regional perspective, soil pH showed weak variation and strong spatial dependence, indicated by the low values of the coefficient of variation (0.05) and the nugget-to-sill ratios (<0.25). Indices of cross-validation, i.e., average error, mean absolute error, root mean square error, and model efficiency coefficient were used to compare the performance of the four different interpolation methods. Kriging methods interpolated more accurately than IDW and splines. Cokriging performed better than ordinary kriging and the accuracy was improved using soil organic carbon as an auxiliary variable. Regional distribution maps of soil pH were produced. The southeastern part of the region had relatively low soil pH values, probably due to higher precipitation, leaching, and higher soil organic matter contents. Areas of high soil pH were located in the north of the central part of the region, possibly associated with the salinization of sandy soils under inappropriate irrigation practices in an arid climate. Map accuracy could be further improved using new methods and incorporating other auxiliary variables, such as precipitation, elevation, terrain attributes, and vegetation types.     

An Experimental Comparison of Ordinary and Universal Kriging and Inverse Distance Weighting

A factorial, computational experiment was conducted to compare the spatial interpolation accuracy of ordinary and universal kriging and two types of inverse squared-distance weighting. The experiment considered, in addition to these four interpolation methods, the effects of four data and sampling characteristics: surface type, sampling pattern, noise level, and strength of small-scale spatial correlation. Interpolation accuracy was measured by the natural logarithm of the mean squared interpolation error. Main effects of all five factors, all two-factor interactions, and several three-factor interactions were highly statistically significant. Among numerous findings, the most striking was that the two kriging methods were substantially superior to the inverse distance weighting methods over all levels of surface type, sampling pattern, noise, and correlation.