基于GIS的缓坡烟田土壤养分空间变异研究

综合运用地统计学和GIS相结合的方法,分析了缓坡地形下土壤养分的空间变异规律,并绘制养分空间分布图,为山地缓坡烟田养分分区及精准施肥决策提供理论依据.结果表明:研究区内4种养分含量均具中等程度变异.土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾的变程分别为61.8、76.3、70.5 m和57 m.土壤速效钾的分形维数最高,有机质和碱解氮其次,速效磷最低.有机质和速效钾的最适模型为指数模型,块金系数分别为30.9％和31.1％;碱解氮和速效磷可用球状模型进行较好拟合,其块金系数分别为37.7％和26.4％,4种养分均有中等程度的空间相关性.各向异性和趋势性分析均显示,有机质和速效磷具有较强的各向异性,碱解氮和速效钾的各向同性范围最广.研究区4种养分的空间分布格局在海拔和坡度的影响下呈现出一定的规律性,低值均在坡度较大的中北部出现,东北部和南部较平缓区域出现高值.     

黔南山地植烟土壤主要养分空间变异和管理分区

利用地统计学和模糊c-均值聚类算法,对贵州省黔南州山地植烟土壤主要养分的空间变异特征和管理分区进行研究.结果表明:研究区土壤有机质含量适中,碱解氮、有效磷和速效钾含量丰富;4种土壤养分都具有中等强度变异,服从对数正态分布;有机质与碱解氮、有效磷与速效钾含量呈中度相关.土壤有机质和碱解氮的半方差函数为高斯模型,有效磷和速效钾为指数模型;4种土壤养分都具有中等的空间自相关性,滞后距离差异较大.研究区绝大部分土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量处于适中至很丰富水平,含量缺乏的面积比例分别为0.93%、0.53%、0.24%和7.91%.研究区可划分为2个管理分区,分区1和分区2的面积比例分别为69.8%和30.2%,分区1土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量极显著低于分区2.     

沈阳市苏家屯区耕层土壤养分空间变异性研究

利用地统计学和地理信息系统相结合的方法。研究了沈阳市苏家屯区耕地土壤(0～20cm)有机质、速效氮、速效磷、速效钾含量的空间变异性特征。结果表明,各变量符合正态分布或经对数转换后符合正态分布,最佳的变异函数理论模型均为球状模型,有机质具有较强的空间相关性(C0与C0+C比值为24．11％),速效氮、速效磷、速效钾具有中度的空间相关性(C0与C0+C比值分别为29．53％、60．77％、58．82％),各变量的空间自相关距离分别为26．051、28．293、15．132和23．813km。有机质和速效氮的空间变异主要受结构性因子(如成土因子)的影响,速效磷和速效钾主要受随机性因子(如施肥)的影响,Kriging插值绘制出的养分含量空间分布图显示了养分的空间分布格局,它将有助于进一步监测养分动态,为农业和环境管理提供数字地图支持。     

西南峡谷型喀斯特坡地土壤养分的空间变异特征

基于网格(20 m×20 m)取样,采用经典统计学和地统计学方法,研究了西南峡谷型喀斯特坡地土壤养分的空间异质性和分布格局.结果表明:峡谷型喀斯特坡地土壤养分含量为中等和强变异,变异性大小顺序为:速效磷全钾有机质碱解氮全氮全磷速效钾,pH值表现为弱变异,有机质表现为中等程度的变异;不同土壤养分具有良好的空间自相关性,其自相关函数均表现出由正相关向负相关方向发展,拐点为80~100 m,其中全钾和速效磷的Moran I较小,其他指标较大;不同土壤养分的空间变异特征不同,全钾和速效磷最佳拟合模型为指数模型,块金值与基台值的比值[C0/(C0+C)]和变程(A)很小,分形维数(D)较高,空间相关性强烈;其他土壤养分指标的最佳拟合模型均为球状模型,C0/(C0+C)、A和D均呈中等程度的空间相关;Kriging分析表明,pH值、有机质、全氮、全磷和碱解氮呈凹型分布,速效磷和速效钾呈斑块状分布.植被、地形、人为干扰和高异质性的微生境是造成峡谷型喀斯特坡地土壤养分格局差异的主要因素.     

基于GIS和地统计学的土壤养分空间变异特征研究--以河北省遵化市为例

基于地理信息系统 (GIS)和地统计学研究了河北省遵化市土壤表层 ( 0～ 2 0cm )碱解氮、全氮、速效钾、速效磷和有机质等 5种养分要素的空间变异规律 .应用GIS能够将系统变量的属性数据同地理数据相结合 ,使大区域范围内进行地统计学分析变得较为方便 .研究表明 ,全氮、碱解氮、速效磷、有机质变异函数曲线的理论模型符合球状模型 ,速效钾的理论模型表现为指数模型和有基台值的线性模型的套合结构 ;碱解氮、全氮、速效磷、有机质的空间变异主要是由随机性因素引起的 ,但程度有所差异 ,全氮和有机质由随机性因素引起的空间异质性程度较高 ,碱解氮和速效磷较低 ;速效钾的空间变异则主要是由结构性因素引起 ;5种养分要素的空间自相关程度都属于中等的空间自相关 ,但空间变异的尺度范围不同 ,碱解氮和速效磷变异尺度基本相近 ,为 5和5 .5km ;全氮较大 ,为 14 .5km ;有机质为 8.5km ;速效钾的变异尺度有两个 ,0～ 3 .5km主要以指数模型为主 ,3 .5～ 2 5 .5km范围内以有基台值的线性模型为主 .5种养分要素的各向同性的范围不同 ,碱解氮和速效磷在整个范围 ( 0～ 2 8km )都表现出各向同性 ,全氮和有机质的其次 ,为 0～ 10km ;速效钾的较小 ,为 0～ 8km .     

黄花甸子流域土壤全氮、速效磷、速效钾的空间变异

选择赤峰市敖汉旗黄花甸子流域为研究对象,以实地取样数据为基础,结合空间自相关、半变异函数及克里格插值方法,分析流域内全氮、速效磷和速效钾的空间变异特征。结果表明:全氮、速效磷和速效钾总体上均呈岛状分布,全氮和速效磷呈现较为分散的斑点状的肥岛状分布;速效钾呈现明显的岛状分布。3种养分的空间自相关性均随着滞后距离的增加而降低,并存在明显的正、负相关区域,并分别与其空间聚集和空间孤立区域相对应。速效磷的C0/(C+C0)为17.21%,具有强烈空间相关性。全氮、速效钾的C0/(C+C0)分别为27.03%和44.99%,属于中等程度的空间相关性。空间自相关距离与变程均表现为全氮速效磷速效钾。不同土地利用方式下各养分含量总体表现为农地林地草地。人为活动是影响研究区养分空间变异的主要原因。     

基于GIS和地统计学的土壤养分空间变异特征研究——以河北省遵化市为例

基于地理信息系统(GIS)和地统计学研究了河北省遵化市土壤表层(0～20cm)碱解氮、全氮、速效钾、速效磷和有机质等5种养分要素的空间变异规律.应用GIS能够将系统变量的属性数据同地理数据相结合,使大区域范围内进行地统计学分析变得较为方便.研究表明,全氮、碱解氮、速效磷、有机质变异函数曲线的理论模型符合球状模型,速效钾的理论模型表现为指数模型和有基台值的线性模型的套合结构;碱解氮、全氮、速效磷、有机质的空间变异主要是由随机性因素引起的,但程度有所差异,全氮和有机质由随机性因素引起的空间异质性程度较高,碱解氮和速效磷较低;速效钾的空间变异则主要是由结构性因素引起;5种养分要素的空间自相关程度都属于中等的空间自相关,但空间变异的尺度范围不同,碱解氮和速效磷变异尺度基本相近,为5和5.5km;全氮较大,为14.5km;有机质为8.5km;速效钾的变异尺度有两个,0～3.5km主要以指数模型为主,3.5～25.5km范围内以有基台值的线性模型为主.5种养分要素的各向同性的范围不同,碱解氮和速效磷在整个范围(0～28km)都表现出各向同性,全氮和有机质的其次,为0～10km;速效钾的较小,为0～8km.     

京东板栗主产区土壤氮磷钾的空间变异

采用经典统计学和地统计学相结合的方法,对京东板栗主产区迁西县土壤氮、磷、钾的空间变异进行了分析.结果表明：迁西县土壤全量氮、磷、钾和速效氮、钾的含量普遍较低,但表层土壤速效磷含量较高;氮、磷、钾的空间分布均表现为中等变异,且以磷的变异最大.表层土壤全氮和碱解氮的分布符合高斯模型,其空间变异主要由结构性因素决定;全钾和速效钾的分布分别符合球状模型和高斯模型,前者空间变异受结构性因素和随机性因素的共同影响,空间相关性为中等;后者主要受结构性因素的影响,空间相关性强烈.氮、钾在全县范围内的空间分布特征相似,高值区均出现在县域南部和西北部,而中部和东北部的含量较低.全磷的高值区主要分布在该县北部,速效磷高值区则分布在县区南部.氮、钾全量和有效态含量之间存在极显著正相关关系,但全磷和速效磷含量的相关性不显著.     

艾比湖流域小尺度农田土壤养分的空间分布和盐渍化风险评价

为了解绿洲经济迅速发展背景下新疆典型尾闾绿洲-艾比湖流域小尺度农田土壤的养分和盐渍化状况,对该地区典型农田土壤中有机质、碱解氮、速效磷和速效钾等养分元素的空间分布、影响因素以及盐渍化风险状况进行了评价。结果表明:(1)农田土壤中有机质、碱解氮、速效磷和速效钾的含量均较高。所有土壤样点中总盐分含量属于高度变异,其他指标属于低度变异。(2)半方差函数分析表明土壤中碱解氮、速效磷和速效钾含量的空间变异性主要受施肥和灌溉等随机性因素的影响;而有机质和总盐分含量的空间变异性则受植被覆盖和土壤质地等结构性因素以及施肥、灌溉等随机性因素的共同影响。(3)空间分析表明,总体看农田土壤中有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量较高区域主要分布在中部和北部,受施肥、灌溉方式和植被盖度等因素的影响;而盐分含量较高区域主要分布在研究区南部和边缘区域,主要受地形、土壤质地和植被盖度的影响。(4)相关分析表明农田土壤中有机质、速效钾、速效磷、碱解氮和总盐分含量呈显著的负相关关系。盐渍化风险评估表明土壤中总盐分含量属于低度到中度的盐渍化风险,不会对主要作物棉花的生长产生危害,但应改进灌溉方式和种植制度,同时采用增施有机肥、进行秸秆还田等措施促进棉花作物的稳产、高产。     

曲靖植烟土壤养分空间变异及土壤肥力适宜性评价

采用GPS技术在云南曲靖烟区布置了2088个采样点,测定其耕作层(0～20 cm)土壤主要养分含量,利用经典统计方法和地统计学方法对植烟土壤养分状况的总体特征和空间变异特征进行分析,并采用模糊数学方法对植烟土壤肥力适宜性进行综合评价.结果表明:曲靖植烟土壤pH、有机质、有效硫和水溶性氯含量适宜,全氮和碱解氮含量偏高,速效钾、有效钙、有效镁、有效铜、有效铁、有效锌、有效钼和有效锰含量丰富,速效磷含量中等,全磷、全钾和有效硼含量偏低;区域内植烟土壤养分指标均表现为各向异性分布,其中速效磷和有效硼的空间变异主要受随机性因素的影响,其他养分指标的空间变异是结构性因素和随机性因素共同作用的结果.植烟土壤肥力适宜性指数为优的区域缺乏,为良的区域占8.0%,一般的区域占51.6%,中等的区域占39.0%,为差的区域占1.4%.     

高复种指数区成都市郫都区农田土壤养分特征及其空间变异研究

成都平原属典型的水田农业区,复种指数高,农作物一年两熟或三熟。为探究高土地利用率地区农田土壤养分特征及其空间分布格局,基于成都市郫都区2015年测土配方施肥数据,运用经典统计学和地统计学方法揭示该区域农田土壤养分的描述性统计特征及其空间变异。结果显示:郫都区农田土壤有机质(SOM)、总氮(TN)、碱解氮(AN)、速效磷(AP)、速效钾(AK)含量均值分别为22.35 g·kg^-1、1.15 g·kg^-1、95.38 mg·kg^-1、21.01 mg·kg^-1和104.58 mg·kg^-1,不同土壤类型及不同种植模式农田土壤养分差异总体较小,表明高强度的人类活动使郫都区土壤养分含量变得均一;半方差分析显示,SOM和AK的块金系数分别为0.39和0.62,其空间变异由土壤母质、地形、气候条件等结构性因素和耕作制度、施肥条件等随机性因素共同作用引起;TN、AN和AP的块金系数分别为0.87、0.94和0.97,其空间变异性主要受耕作制度、施肥条件等随机性因素影响;结合已有研究来看,郫都区农田SOM块金系数呈下降趋势而TN、AN和AP块金系数呈增加趋势,表明随着郫都区作物产量与作物复种指数的不断提高,以蔬菜为主的旱作模式代替传统的水旱轮作模式、复合肥代替农家肥等生产方式的改变正在影响着郫都区农田土壤养分的空间分布格局。     

种植方式和裸岩率对喀斯特洼地土壤养分空间分异特征的影响

选取桂西北典型喀斯特洼地，研究了种植方式和裸岩率对土壤养分空间分布的影响.结果表明:种植方式对土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、碱解氮(AN)、速效磷(AP)、速效钾(AK)和C/N有显著影响；裸岩率对SOC、TN、TP、TK、AN、AK和C/N有显著影响，对SOC、TN、TP和AN的影响程度大于种植制度的影响，这主要与农户在裸岩率较低的地段耕作强度较大有关；木豆 板栗地的SOC、TN、TP、TK、AN、AK等含量显著高于其它种植方式，说明退耕在一定程度上有利于土壤养分的积累；受地形地貌特征和土地利用结构的影响，SOC的空间分布表现为坡脚大于洼地;AP的空间分布与SOC不同，主要受施肥影响，表现为洼地高于坡脚.     

桂西北喀斯特地区石灰土养分空间变异特征

从区域尺度出发,将整个桂西北喀斯特地区作为研究区域,以大面积野外调查采样和室内分析数据为基础,采用经典统计学和地统计学方法,探索喀斯特区域内石灰土养分的空间异质性和分布格局。结果表明:桂西北喀斯特地区石灰土pH为弱变异,其他养分变异系数为30%—75%,变异程度中等。石灰土各养分的空间变异特征不同,土壤有机质(SOM)、速效磷(AP)和速效钾(AK)的最佳拟合模型依次为球状模型、高斯模型和线性模型,pH、碱解氮(AN)、全氮(TN)、全磷(TP)和全钾(TK)的最佳拟合模型均为指数模型。SOM、AP、TN和TP表现为中等空间相关性,空间差异是由随机因素和结构性因素共同作用引起的;pH、AN、AK和TK呈弱空间相关性,空间变异主要受随机因素的控制;SOM和TN的空间变异尺度较大,pH、AN和TK的空间变异尺度最小。SOM、TN、TP和AP养分含量呈自西向东逐渐减少的趋势,pH、AN、AK和TK在区域尺度上的分布没有呈现一定的规律性。相关分析结果表明,在区域大尺度下,地形因子(如海拔、坡度和岩石裸露率等)和植被类型是影响桂西北喀斯特石灰土空间变异特征的重要因素。     

香榧主产区林地土壤养分空间异质性及其肥力评价

选取浙江省香榧(Torreya grandis cv.Merrillii)主产区为研究对象,系统采集表层土壤(0—20 cm)样品121个,基于地统计学及Moran′s I等空间分析方法揭示土壤养分的空间异质性,估算了香榧林地土壤综合肥力并分析其影响因素。结果表明:研究区土壤pH较低,有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量较高,平均含量分别为4.91、30.60 g/kg、136.77 mg/kg、15.02 mg/kg、153.42 mg/kg;基于半方差函数分析得出,土壤pH和养分要素属于中等空间相关性,其中pH的变程最小为3.29 km,有机质、碱解氮、有效磷和速效钾的变程分别为8.52、5.84、8.82、6.49 km;克里格空间插值和局部Moran′s I指数结果揭示土壤pH、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾均存在明显的空间分布格局和局部空间聚集现象,土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾低值区主要分布在诸暨市和东阳市,高值区主要分布在柯桥区和嵊州市,而pH的空间分布格局与之相反;诸暨市和东阳市部分地区土壤综合肥力指数较低,而其他区域的土壤肥力水平较高。总体上,浙江省香榧主产区土壤酸化以及养分失衡现象较为严重,尤其是速效钾含量过高。从相关性分析结果来看,环境变量对香榧林地土壤养分的影响较小,而林龄对土壤pH和养分的影响较大。可见,研究区土壤养分受人为活动影响明显。因此,需根据实际情况,改善林农的施肥管理方式,调整施肥数量和结构并开展土壤酸性改良,因地制宜制定区域施肥规划。     

喀斯特木论自然保护区土壤养分的空间变异特征

基于网格(20m×20m)采样法采集土壤样品,利用经典统计学和地统计方法分析了典型喀斯特峰丛洼地(200m×100m)土壤养分的空间变异特征.结果表明:研究区土壤pH值表现为弱变异,其他各养分指标均为中等程度变异,大小顺序为速效磷(AP)速效钾(AK)碱解氮(AN)土壤有机质(SOM)全钾(TK)全磷(TP)全氮(TN);pH半变异函数的最佳拟合模型为球状模型,TK和AK的最佳拟合模型为指数模型,其他养分指标的最佳拟合模型均为高斯模型;pH、AK的变异尺度(变程)较小,分别为58.1和41.1m,SOM、TN、TP、AN、AP的变异尺度相近,在100～150m,TK的变异尺度最大(463.5m);除研究区土壤TK、TN表现为中等的空间自相关性外,其他土壤养分指标均表现为强烈的空间自相关性.pH、AK呈零星斑块状分布,表现为高异质性;SOM、TP、TK的变化趋势较平缓,呈中间高、两边低的分布格局;AN、AP的空间分布具有显著的相似性,均随坡度的增加而呈片状上升趋势;TN的分布较特殊,呈中间低、两边高的趋势.植被、地形和高异质性的微生境是造成喀斯特木论自然保护区土壤养分格局差异的主要因素.     

陕北黄土区生物结皮条件下土壤养分的积累及流失风险

分析了陕北黄土高原典型流域生物结皮的形成和发育对土壤养分的积累效应,同时对生物结皮条件下土壤养分的流失风险进行评价.结果表明：生物结皮生长发育后能够迅速增加结皮层及2 cm土层的养分含量,但对深层土壤影响较小;退耕0～20年间结皮层的养分含量与退耕年限之间的关系可用指数函数（y=a［b-exp(-cx)］）拟合,其中有机质、全氮和碱解氮在退耕20年间的增加速度变化不大,而全磷、速效磷和速效钾在退耕初期增加迅速,后期增加缓慢;自然发育生物结皮对土壤养分的年均净贡献量为：有机质50.15 g·m^-2、全氮1.95 g·m^-2、全磷0.44 g·m^-2、碱解氮164.33 mg·m^-2、速效磷9.64 mg·m^-2和速效钾126.21 mg·m^-2,人工培育条件下生物结皮发育更快,对养分尤其是速效养分的贡献速率更高;生物结皮条件下养分含量的提高增加了养分流失风险,尤其是养分随泥沙流失大幅度增加,生物结皮增加的养分中平均有39.06%随泥沙流失,仅有60.94%得以保留.总之,生物结皮可迅速、全面增加表层土壤养分,但同时会加大养分流失风险.尽管如此,土壤养分的净增加量仍相当可观,显示生物结皮具有较好的土壤养分积累效应.     

Effect of Different Fertilizer Application on the Soil Fertility of Paddy Soils in Red Soil Region of Southern China

Appropriate fertilizer application is an important management practice to improve soil fertility and quality in the red soil regions of China. In the present study, we examined the effects of five fertilization treatments [these were: no fertilizer (CK), rice straw return (SR), chemical fertilizer (NPK), organic manure (OM) and green manure (GM)] on soil pH, soil organic carbon (SOC), total nitrogen (TN), C/N ratio and available nutrients (AN, AP and AK) contents in the plowed layer (0–20 cm) of paddy soil from 1998 to 2009 in Jiangxi Province, southern China. Results showed that the soil pH was the lowest with an average of 5.33 units in CK and was significantly higher in NPK (5.89 units) and OM (5.63 units) treatments (P<0.05). The application of fertilizers have remarkably improved SOC and TN values compared with the CK, Specifically, the OM treatment resulted in the highest SOC and TN concentrations (72.5% and 51.2% higher than CK) and NPK treatment increased the SOC and TN contents by 22.0% and 17.8% compared with CK. The average amounts of C/N ratio ranged from 9.66 to 10.98 in different treatments, and reached the highest in OM treatment (P<0.05). During the experimental period, the average AN and AP contents were highest in OM treatment (about 1.6 and 29.6 times of that in the CK, respectively) and second highest in NPK treatment (about 1.2 and 20.3 times of that in the CK). Unlike AN and AP, the highest value of AK content was observed in NPK treatments with 38.10 mg·kg⁻¹. Thus, these indicated that organic manure should be recommended to improve soil fertility in this region and K fertilizer should be simultaneously applied considering the soil K contents. Considering the long-term fertilizer efficiency, our results also suggest that annual straw returning application could improve soil fertility in this trial region.     

柴达木盆地尕海湖区白刺灌丛沙堆剖面土壤养分的分布和富集特征

白刺沙堆作为柴达木沙漠地区一种特殊的生物地貌景观,在固定流沙、改良土壤和维持区域生态环境稳定等方面发挥着极为重要的作用。本研究以柴达木盆地尕海湖区的白刺沙堆为对象,选取了盖度分别约15%、25%、45%和60%的白刺沙堆分析其剖面及堆间地的土壤有机质(SOM)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、碱解氮(AN)、速效磷(AP)、速效钾(AK)含量,探究白刺灌丛沙堆土壤养分垂直分布规律和富集特征。结果表明: 研究区SOM、TN、TP、TK、AN、AP、AK含量在4个沙堆中变化范围分别为1.67～10.22 g·kg^-1、0.05～0.42 g·kg^-1、0.31～0.54 g·kg^-1、15.87～18.84 g·kg^-1、2.26～11.68 mg·kg^-1、0.80～15.00 mg·kg^-1、45～161 mg·kg^-1。垂直方向上,在盖度15%的白刺沙堆中,除TP无明显变化外,其余土壤养分指标均随土层深度的增加呈先减少后增加再减少趋势;在盖度25%、45%和60%的白刺沙堆中,SOM、TN、AN、TP、AP均表现为随土层深度的增加整体呈减少趋势,而TK、AK随土层变化不明显。在沙堆地平面以上,除TP未表现出富集效应外,SOM、TN、TK、AN、AP、AK均有富集,且基本在表层富集程度最大,其中AN富集率达5.19;在沙堆地平面以下,TN、TK、AN、AK、AP也均表现出富集效应。Pearson相关性分析和逐步回归分析表明,SOM、TN、AN、TP、AP、TK、AK均与土壤含水量呈显著正相关,与海拔呈极显著负相关;其中除TP外,其余养分指标均主要受海拔的影响。综上,白刺沙堆剖面土壤养分含量在表层最高,其富集效应不仅体现在沙堆内部,在沙堆地平面以下也有所体现。本研究结果可为柴达木盆地地区白刺沙堆科学利用和环境保护提供参考。