喷灌条件下农田土壤水分的空间变异性研究

本试验对喷灌区不同水分处理的麦田进行取样分析,分别测定0～10、10～20、20～40、40～60cm四个层次的土壤水分。应用传统统计学的方法对所取的数据进行了分析,结果表明10～20cm土层受降雨、蒸散和根系等因素的影响最大。通过地统计学的半方差函数分析,发现不同处理的同一层次、同一处理的不同层次的空间相关性均存在差异以及喷灌对土壤水分空间相关性的影响。比较各处理相应层次的变程,其随灌水量的增大而增大,表明喷灌区灌水多的处理水分分布更均匀。所得结论可用于提高水分利用效率和精确农业(灌水)的研究和实践。     

科尔沁不同类型沙地土壤水分在降水后的空间变异特征

采用地统计学的方法,研究了科尔沁沙地受轻度干扰的沙质草场、禁牧半流动沙地和受重度干扰的丘间低地在降水后的土壤含水量空间变异性。结果表明,土壤含水量变异幅度是丘间低地>半流动沙地>沙质草场。半流动沙地和丘间低地的表层与亚表层土壤水分空间结构差异较小,但土壤水分空间变异性都要高于沙质草场表层。沙质草场表层与亚表层空间结构差异明显,两层土壤含水量变程分别为181.80 m4、.55 m,分维数为1.91、1.99,表层变异性小,亚表层变异性大。半流动沙地表层、亚表层的土壤含水量由随机因素引起的空间变异性,分别占各自总空间变异性的50%和48%,主要表现在1 m以下的小尺度范围内。丘间洼地两层土壤含水量变异特征差异较小,空间变异性大,土壤水分空间格局图表现出由洼地中心向四周递减的分布趋势,但存在一定的尺度范围。由于自然环境的改变和人类活动的干扰,影响着沙地植被、地形小尺度分布格局在大尺度上的配置格局,降水后的沙地土壤水分格局也发生相应的变化,而地形状况、植被条件和小尺度的人为局部干扰在该变化中有着深远的影响。     

渭北旱塬土壤水分空间变异性

渭北旱塬是陕西省重要的苹果生产基地,探讨该区不同土地利用的土壤水分时空变异特征,对农业生产布局、种植业结构调整和减少径流、控制侵蚀具有特殊的现实意义。本文用地统计学的理论和方法,分析了渭北旱塬区3种主要土地利用类型农地、苹果地和苜蓿地3个土层深度(0～20cm、60～80cm、280～300cm)的土壤水分空间变化趋势。变异函数分析结果表明,3种土地利用类型的土壤水分具有明显的空间变异特性。在0～20cm土层,空间变异性尺度为9～16m,60-80cm土层为5～12m,280-300cm土层深为5～10m,空间变异性程度随尺度变化。自相关尺度为1～17m,自相关部分的空间变异性在0～20cm、60～80cm和280-300cm分别占总空间变异性的90．0％～94．0％、84．0％～98．0％和85．0％～94．0％,明显大于随机部分的空间变异性。从苜蓿地、苹果地到农地,空间自相关的尺度逐渐增大。各向异性分析表明,农地和苜蓿地在表层(0～20cm)具有明显的各向异性,而苹果地的土壤水分含量接近各向同性。     

克拉玛依地区土壤速效微量养分空间变异特征

用地统计学方法研究了克拉玛依地区土壤速效微量养分的空间变异特征 ,并绘制了微量养分空间分布图。结果表明 :土壤速效微量养分在整个研究区内均表现出中等变异水平 ,其变异性大小表现为 :速效Mo >速效B >速效Mn >速效Zn。除速效硼外 ,其它微量元素都表现出很强的空间结构性 ,速效Zn、Mn变程较短 ,分别为 8.7km和 5 .2km ,速效Mo、B变程较长 ,分别为 4 1km和 6 6 .4km。基于半方差函数模型 ,用普通克里格法对研究区土壤速效微量养分进行了克里格插值 ,结果表明 :速效Zn在研究区内普遍缺乏 ,速效B、速效Mn含量较丰富 ,而速效Mo含量在整个研究区表现出明显的差异性。     

太湖流域典型地区土壤磷素含量的空间变异特征

在地统计学和地理信息系统的支持下,以半方差函数为基本工具,分析了太湖流域典型地区土壤耕层全磷含量的空间变异特征,并运用块段克立格法进行线性无偏最优插值,制作了土壤耕层全磷含量的空间分布图。结果表明:研究区域土壤全磷含量具有中等的空间相关性和良好的结构性,其自相关距离在11km左右;土壤磷素含量的空间分布具有明显的斑块状特点,沿江平田区、地势低洼的圩田及低平田区磷素的含量相对较高,应作为农业面源磷污染的重点监控对象。     

黑土坡耕地土壤有机质空间变异及其与土壤侵蚀的关系——以黑龙江省鹤山农场为例

选取黑龙江省鹤山农场面积为0.91 km²的典型黑土区的坡耕地作为研究样地。按横纵100 m间隔共采集101个样点,运用地理信息系统和地统计学相结合的方法研究分析0~15 cm土层有机质空间变异及其与土壤侵蚀的关系。结果表明：位于典型黑土区样地的有机质含量集中在3%~5%范围内,均值为4.13%,高于黑龙江省的有机质平均水平。有机质含量空间变异明显,且主要受土壤侵蚀的影响：高侵蚀区对应低有机质区,中度侵蚀区对应中等有机质区,沉积区对应高有机质区。顺坡种植平均坡度2.2°时,每侵蚀1 000 t/km²土壤,有机质含量降低0.8%。土壤有机质空间变异可采用球状模型表达,自相关明显,进一步表明土壤侵蚀导致的再分布。对比分析确定200 m采样间距能够能准确表达该区表层有机质含量的空间特征,为精准施肥提供了采样依据。     

北京市近郊区土壤镍的空间结构及分布特征

通过对北京市近郊区349处土壤的取样调查，利用地统计学方法研究了北京市土壤中镍的空问结构和分布特征。结果显示，镍的空间结构性较好，具有明显的可迁性特点，块金效应所占的比例较大；实验变异函数可用指数模型拟合，利用所得模型进行克立格插值得到土壤镍含量的分布图，发现北京市土壤中，镍的含量分布具有明显的西北低而东南高的趋势。与北京市土壤镍含量的背景值进行对比，全市土壤并不存在非常严重的镍污染，其空间分布主要受成土母质制约；但是人类活动、风向、河流等人文和自然条件对镍的空间结构和分布格局也有一定程度的影响。     

塔里木河下游表层土壤盐分空间变异和格局分析

土壤盐化是造成塔里木河下游天然植被退化的主要因素之一,应用地统计学方法,分析了塔里木河下游表层土壤盐分的空间异质性特征。结果表明,研究区土壤含盐量普遍较高,表层土壤盐分呈现强变异性和具有较强的空间自相关格局,主要受结构性因子影响。空间插值结果表明,表层土壤盐分整体上呈现出条带状的分布格局,局部地区表现出斑块状的空间变异特征。从河流纵向看,表层土壤盐分“两头高,中间低”;从河流横向看,离河道越远,盐分越低,地下水埋深逐渐加深,物种数和植被盖度分别表现出与之相应的递减趋势。     

祁连山青海云杉林动态监测样地土壤pH和养分的空间异质性

为了探讨青海云杉林对土壤pH和养分的影响,选择祁连山青海云杉林动态监测样地(340 m×300 m)为试验样地采集土样,利用经典统计学和地统计学方法对其空间异质性进行了研究。结果表明:(1)pH、水解氮和全磷为弱变异性,有机碳、全氮、速效磷、全钾和速效钾为中等变异性,它们的大小依次为速效钾 >有机碳 >速效磷 >全氮 >全钾 >水解氮 >全磷 >pH。(2)半方差最优模型拟合分析表明,pH、全氮、水解氮、全磷、速效磷和速效钾均符合球状模型,有机碳和全钾均符合指数模型;pH、有机碳、全氮、水解氮、全磷、速效磷、全钾和速效钾的变程依次为108.8 m、88.5 m、112.8 m、131.9 m、143.3 m、73.3 m、73.3 m和134.7 m。从空间结构特征看,pH具有中等强度的空间自相关,而养分表现出强烈的空间自相关。(3)pH和养分均呈斑块状分布,有机碳和氮素具有相似的空间分布格局,全磷和速效钾分布变化较为明显,速效磷和全钾分布变化较为平缓。上述研究结果可为祁连山青海云杉林土壤pH和养分的取样设计和空间分布图制作等提供参考,也可为青海云杉林的土壤环境恢复与重建提供科学依据。     

河北省遵化平原土壤养分的时空变异特征：变异函数与Kriging插值 …

运用地统计学,结合ＧＩＳ研究了２０年前后河北省遵化县（市）土壤表层（０￣２０ｃｍ）速效钾、速效磷和有机质３种养分的时空变异规律。配对样本的ｔ检验以及ｋｒｉｇｉｎｇ插值的结果表明,１９９９年土壤速效钾、速效磷和有机质的含量比１９８０年有一定提高。３种养分的空间分布特征也不同程度地发生了变化。有机质的空间分布特征变化较大,其块金值（Ｎｕｇｇｅｔ）与基台值（Ｓｉｌｌ）之比从１９８０年的６０％下降到１９９     

塔里木河源流区绿洲土壤含盐量空间变异和格局分析——以岳普湖绿洲为例

基于区域变量理论,在GPS和GIS技术支持下,通过地统计学的半变异函数和Kriging空间插值,以岳普湖绿洲为例,定量分析塔里木河源流区绿洲不同层次土壤盐分的空间异质性。结果表明:0~30cm、30~60cm和60~100cm土壤盐分半方差函数的理论分布模型属于指数模型,100~200cm属于球状模型。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。土壤盐分的空间格局分析表明,在水平方向上,研究区各层土壤盐分的高值区主要集中分布在人类活动强烈、靠近河渠水源和地势较为低洼区域;在垂直方向上,土壤表层盐分含量最高,向深层逐渐减少。     

干旱区艾比湖湿地土壤呼吸的空间异质性

利用LI-8100土壤呼吸测定系统连续一年测定艾比湖湿地3个典型生态系统土壤呼吸,定量研究其与0~50 cm土壤有机碳的关系,在此基础上估算艾比湖湿地97个点的土壤呼吸速率,进一步采用传统和地统计学的方法对土壤呼吸及环境因子的空间异质性进行分析。结果表明:土壤呼吸速率在0.342~10.848μmol·m-2·s-1之间,平均值为1.109μmol·m-2·s-1,变异系数为167.37%,属强变异;高斯模型能较好地反映土壤呼吸和0~50 cm土壤有机碳的空间结构特征;土壤呼吸、土壤有机碳和土壤含水量的C0/(C0+C)均在0%~0.1%之间,反映了土壤呼吸、土壤有机碳和土壤含水量在此研究尺度上具有强烈的空间异质性,且结构性因子影响其空间变异。用Kriging插值法绘制的土壤呼吸空间分布图表明土壤呼吸在空间分布上存在着高度的空间自相关性,在研究区大尺度长时间范围内,土壤有机碳是影响土壤呼吸空间分布的主要因子。总体上,艾比湖湿地自然保护区土壤呼吸呈现东南、西北方向高,中部低的特点,且具有明显的斑块和连续分布的特点。     

基于地学信息的土壤属性高精度曲面建模

目前土壤属性的曲面建模面临两大问题,一是缺乏足够多的采样点进行模拟,二是采样点的土壤属性与环境变量间存在非线性关系。高精度曲面建模(HASM)方法在如何融合地学信息对土壤属性进行空间插值,尚需深入研究。本文提出高精度曲面建模与地学信息相结合的土壤属性空间插值方法(High accuracy surface modeling for soil properties, HASM-SP),分别基于研究区的土壤类型、土地利用类型和母岩类型,模拟了江西省典型红壤丘陵区土壤的速效磷(AP)、锂(Li)、pH、碱解氮(AN)、全钾(K) 和铬(Cr) 6 种土壤属性的空间分布。将HASM-SP与普通克立格(OK)、OK与地学信息相结合的方法(OK-Geo) 和分层克立格(SK) 相对比,结果表明：结合地学信息可以使插值方法(HASM-SP和OK-Geo) 模拟结果的平均误差更趋近于0;相对于其他3 种方法,HASM-SP具有较小的平均绝对误差和均方根误差。从模拟的空间分布图上来看,HASM-SP获得了由于地学要素类型突变导致的土壤属性空间变异的细节信息。因此,基于地学信息的土壤属性高精度曲面建模方法(HASM-SP) 与传统插值方法相比,不仅提高了土壤属性空间分布的模拟精度,还能更好地刻画突变边界处土壤属性的空间变异,使土壤属性分布图更好地符合地学规律和实际情况。HASM-SP的提出对于丰富土壤属性的高精度曲面建模理论具有重要意义,并为土壤管理、精准农业的实施以及区域环境规划等提供科学依据。     

基于GIS和地统计学的土壤养分的空间异质性研究:以红河县迤萨镇为例(英文)

云南红河哈尼稻作梯田系统是全球重要农业文化遗产保护试点之一。土壤养分是土壤肥力的重要标志,对遗产地土地的可持续利用具有重要作用。运用GIS和地统计学相结合的方法,对红河县迤萨镇的土壤p H、有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾的空间变异及分布特征进行了分析。研究结果表明,该区域内的土壤p H、有机质、全氮、碱解氮、速效钾显示出中等变异,其变异系数分别为12.54%、40.14%、40.00%、34.89%、50.48%;有效磷显示出强变异,其变异系数为102.13%;土壤p H、有机质、全氮和速效钾的理论模型为指数模型,有效磷的理论模型为球状模型;土壤全氮、有效磷和速效钾的空间分布状况主要受结构性因子的影响,p H、有机质和碱解氮的空间分布状况受结构性因子和随机因子的共同影响;Kriging插值图较为直观地描述了迤萨镇土壤养分的空间分布状况。通过对土壤各种养分的空间分布状况,对于及时调整施肥等农业管理措施具有一定的指导作用,是进行精准施肥研究的基础工作。