小尺度农田土壤有机质的空间变异性

采用10m×10m高密度网格设计,在面积为10.24hm²农田内取耕层土壤样本1 024个,测定土壤有机质(SOM)含量。分析该取样尺度下土壤耕层(O～20 cm)有机质空间变异性,运用地统计学方法量化土壤有机质的空间变异特征。研究结果表明10.24hm²取样区内,土壤有机质空间分布呈弱变异性,CV为1.84%,但整体含量偏低,SOM≤1.04%。剔除趋势的土壤有机质变异函数具有较小的块金值0.000 05、块金基台比0.135和较大的变程145.5 m,Kriging插值的估计标准差仅为0.009 43%,表明该取样尺度下取样区土壤有机质空间分布的结构性变异比例高,土壤有机质具有高度空间相关性和较大空间相关范围。     

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。     

典型岩溶流域土壤有机质空间变异——以云南小江流域为例

以云南小江流域为例,利用地统计学与GIS相结合研究岩溶区土壤有机质的空间变异。统计分析结果表明,研究区内土壤有机质含量的总体水平较高,平均为29．0g／kg,变异系数为60．5％,属强变异;半方差函数分析结果表明,流域土壤有机质含量的空间变异具有各向异向性,长、短轴变程分别为39．8km和22．0km,同时由空间自相关部分引起的空间变异性的程度较大,C0／（C0＋C1）值为53．4％,流域土壤有机质含量具有中等的空间相关性;Kriging插值分析结果表明流域土壤有机质含量由东部向西、西南部逐渐降低,其空间分布与流域地质、地貌及土地利用表现出明显的一致性。     

不同尺度下内蒙古河套灌区有机质空间变异

以内蒙古河套灌区为研究对象,利用经典统计学与地统计学相结合的方法,对1、4、8 km 3个样点间距下不同土层(0~20、20~40、40~70与70~100 cm)有机质含量的空间变异及尺度效应进行分析。经典统计结果表明,不同尺度下有机质含量均值的变异程度均随着土层深度的增加而增加,其在0~20和20~40 cm土层随着尺度的增加而变大。地统计分析结果显示,不同尺度不同土层有机质含量均具有强烈的空间自相关,且其空间分布主导影响因子为土壤类型。各尺度不同土层有机质空间分布均存在一定程度的方向性,其在小尺度(1 km)表现为东西方向上的条状变异;在中尺度(4 km)及大尺度(8 km)均在土壤表层的东-西和西北-东南方向存在强烈的空间变异性。各尺度下有机质的普通克里格插值交叉验证的均方根误差均小于1,说明样本的空间变异均被高估。研究结果对于理解土壤有机质空间分布具有重要意义,为农业技术研究中野外采样系统设计提供一定的参考。     

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.     

基于流域尺度的土壤盐分空间变异特征——以渭干河-库车河流域三角洲绿洲为例

土壤中水溶性盐的分析,是发展研究盐渍土盐分动态监测与预报技术的重要基础工作。针对目前干旱半干旱区广泛存在的绿洲土壤次生盐渍化问题,基于GIS和地统计学方法,研究了渭干河—库车河流域三角洲绿洲盐渍化土壤特征(土壤含盐量)的空间变异性。研究结果表明:渭-库绿洲土壤含盐量的空间变异性为中等变异,且随土壤深度增加而减弱。各层土壤的合理采样数为在95%置信水平,20%误差下的合理采样数目。高斯模型能够较好的拟合10-30cm及30-50cm层土壤含盐量的空间结构。各层土壤盐分空间变异性受到结构性与随机性因素共同作用的影响,呈强空间相关性。套合结构模型考虑到0-10cm层土壤盐分空间变异的尺度依赖性,能够更好的拟合0-10cm层土壤含盐量的空间结构。Kriging插值以及空间等值线分布趋势图能够直观的表现研究区内土壤盐分含量的空间分布状况和变化情况。研究为土壤特征变量空间变异分析与评价提供了普适性较强的实现方法,为构建盐渍土定量动态监测模型以及盐渍土的改良利用提供一定的科学依据。     

不同研究尺度下土壤有机质和全氮的空间变异特征

在北京郊区面积为1075km^2的中尺度（平谷区）以400m×400m网格采样,共采集1076个样点,同时在平谷区内面积为28．8km^2的小尺度（马昌营镇）以100m×100m网格采样,共采集171个样点,测定其耕层土壤有机质和全氮的含量。应用传统统计学和地统计学方法,对两个研究尺度下的数据进行了分析,结果表明：有机质和全氮的变异系数范围为0．31～0．40,均属中等变异强度,随着研究尺度的缩小,土壤全氮的变异系数减少。半方差函数分析结果表明,两个研究尺度下,有机质和全氮均在一定范围内存在空间相关关系,区级尺度有机质和全氮的空间相关距离较大,分别为88．2km和4．9km,镇级尺度有机质和全氮的变程较小,均为0．7km,它们的空间异质性均主要由结构性因素引起。采用Kriging最优内插法对未测点进行了估值,绘制了等值线图,两个研究尺度下的有机质和全氮含量受地形、土壤类型、土地利用方式、施肥等因素的影响,均表现出明显不同的分布规律。     

土壤速效养分空间变异的尺度效应

在GIS技术支持下,运用经典统计学和地统计学的方法,从经典统计分析、变异函数和Kriging插值图等方面探讨了禹城市耕地土壤速效磷(AP)、速效钾(AK)在县级和镇级两个不同采样尺度下的空间变异特征.结果表明:在两个采样尺度下,AP、AK都服从对数正态分布,它们的变异系数范围为26.5%～36.6%,均属中等变异强度,随着采样尺度的缩小,土壤AP、AK的变异系数都增大.两个采样尺度下,土壤AP和AK均在一定范围内存在空间相关关系,县级采样尺度下土壤AP和AK的空间自相关距离较大,分别为9.0 km和26.5 km,镇级采样尺度下土壤AP和AK的空间自相关距离明显变小,分别为1.7 km和2.8 km.两个采样尺度下的土壤AP和AK受结构性因素和随机性因素的影响,表现出明显不同的分布规律.     

河口湿地不同土层有机质的水平异质性与自相关性

以闽江河口湿地土壤有机质为研究对象,采用变异函数、多重分形分析和空间自相关法,从空间异质性和空间自相关性角度研究不同土层有机质的空间分布规律。结果表明:3个土层有机质含量均为中等变异程度,块金效应均小于25%,结构性因素对空间异质性起着主导作用。随着土层深度的增加,各土层有机质空间分形结构表现出差异性,0～20cm空间分布最不均匀,分形程度较高,空间变异性较大; 3个土层有机质的Moran I均大于1.96,呈现出显著的空间正相关,其中20～40 cm的土层有机质空间正相关最显著,空间聚集程度较高。联合变异函数、多重分形分析和空间自相关法能够较好地反映河口湿地不同土层有机质在水平上空间分布特征,为同类区域的土壤有机质空间分布研究提供方法支撑。     

新疆艾比湖流域土壤有机质的空间分布特征及其影响因素

根据新疆艾比湖流域土壤有机质(SOM)数据,分析了土壤质地、植被群落类型和土壤剖面深度3个因素对SOM含量的影响,进一步研究了流域内有机质在不同土壤深度的空间分布特征及其沿土壤剖面深度垂直分布的空间异质性。结果表明:植被群落类型显著影响SOM含量,而土壤质地和深度对有机质总体分布水平影响不显著;随土壤深度变化有机质分布呈现不同的空间变异特征,流域内0—80 cm土壤有机质高含量区域与低含量区域斑块化分布呈现孔穴特征,但在80—120 cm土壤有机质含量变化较为连续,呈现流域东、西两端高而中间低的分布特征;有机质沿土壤深度垂直分布模式在流域内表现出分异特征,流域中部SOM随土壤深度增加而降低,SOM含量从0—20 cm浅层土壤的2.85 g/kg降至100—120 cm深层土壤的1.51 g/kg;但在流域东部和西部SOM随土壤深度增加呈升高趋势,流域西部SOM含量从0—20 cm土壤的1.80 g/kg大幅增加至100—120cm土壤的6.61 g/kg,流域东部SOM含量则从0—20 cm土壤的1.04 g/kg逐步增至100—120 cm土壤的2.86g/kg。艾比湖流域有机质在浅层和深层土壤不同的空间分布特征与干旱区绿洲生态景观斑块化分异特征和植被根际沉积特点密切相关,流域内土壤剖面成土演化的空间异质性对有机质沿土壤深度垂直分布的空间变异性有显著制约。     

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.     

Spatial variability of soil fertility factors in the Xiangcheng tobacco planting region, China

It is essential to understand the spatial variability of soil properties in tobacco planting regions, so that the right decision can be made as to how many fertilizer rates are likely to be appropriated for the highquality tobacco production. A total of 159 soil samples were taken from the surface soil (0-20 cm) in the Xiangcheng tobacco planting fields, Henan Province, in April 2002 to examine the concentration of soil organic matter, pH, available N, available P, and available K. The spatial variability was evaluated using geostatistics and geographic information system (GIS) analyses. The results show that among those five soil fertility factors, the variation coefficient of soil pH was the smallest, while that of available P was the greatest, which resulted from different cultivation methods and uneven fertilization. Analysis of the isotropic variogram indicated that the soil pH, organic matter, and available P semivariogram were well described with spherical models, with the distance of spatial dependence being 21020, 19150, and 8460 m, respectively, whereas the available N and available K semivariogram were well described with an exponential model, with the distance of spatial dependence being ranged from 7484 to 25320 m. Soil pH value was strongly spatially dependent with C0/sill being 0.1935, while the other four soil fertility factors were moderately spatially dependent with C0/sill ranging between 0.3528 to 0.5260. Through the Kriging analysis, the spatial distribution maps of soil properties were drawn using the arcview software. This study provides a scientific basis for field management, which targets soil quality improvement in the Xiangcheng tobacco planting region.     

Spatial variability of soil fertility factors in the Xiangcheng tobacco planting region, China

It is essential to understand the spatial variability of soil properties in tobacco planting regions, so that the right decision can be made as to how many fertilizer rates are likely to be appropriated for the high-quality tobacco production. A total of 159 soil samples were taken from the surface soil (0-20cm) in the Xiangcheng tobacco planting fields, Henan Province, in April 2002 to examine the concentration of soil organic matter, pH, available N, available P, and available K. The spatial variability was evaluated using geostatistics and geographic information system (GIS) analyses. The results show that among those five soil fertility factors, the variation coefficient of soil pH was the smallest, while that of available P was the greatest, which resulted from different cultivation methods and uneven fertilization. Analysis of the isotropic variogram indicated that the soil pH, organic matter, and available P semivariogram were well described with spherical models, with the distance of spatial dependence being 21020, 19150, and 8460m, respectively, whereas the available N and available K semivariogram were well described with an exponential model, with the distance of spatial dependence being ranged from 7484 to 25320 m. Soil pH value was strongly spatially dependent with C0/sill being 0.1935, while the other four soil fertility factors were moderately spatially dependent with C0/sill ranging between 0.3528 to 0.5260. Through the Kriging analysis, the spatial distribution maps of soil properties were drawn using the arcview software. This study provides a scientific basis for field management, which targets soil quality improvement in the Xiangcheng tobacco planting region.     

Spatial Variability of the Topsoil Organic Carbon in the Moso Bamboo Forests of Southern China in Association with Soil Properties

Understanding the spatial variability of soil organic carbon (SOC) must be enhanced to improve sampling design and to develop soil management strategies in terrestrial ecosystems. Moso bamboo (Phyllostachys pubescens Mazel ex Houz.) forests have a high SOC storage potential; however, they also vary significantly spatially. This study investigated the spatial variability of SOC (0-20 cm) in association with other soil properties and with spatial variables in the Moso bamboo forests of Jian’ou City, which is a typical bamboo hometown in China. 209 soil samples were collected from Moso bamboo stands and then analyzed for SOC, bulk density (BD), pH, cation exchange capacity (CEC), and gravel content (GC) based on spatial distribution. The spatial variability of SOC was then examined using geostatistics. A Kriging map was produced through ordinary interpolation and required sample numbers were calculated by classical and Kriging methods. An aggregated boosted tree (ABT) analysis was also conducted. A semivariogram analysis indicated that ln(SOC) was best fitted with an exponential model and that it exhibited moderate spatial dependence, with a nugget/sill ratio of 0.462. SOC was significantly and linearly correlated with BD (r = −0.373**), pH (r = −0.429**), GC (r = −0.163*), CEC (r = 0.263**), and elevation (r = 0.192**). Moreover, the Kriging method requires fewer samples than the classical method given an expected standard error level as per a variance analysis. ABT analysis indicated that the physicochemical variables of soil affected SOC variation more significantly than spatial variables did, thus suggesting that the SOC in Moso bamboo forests can be strongly influenced by management practices. Thus, this study provides valuable information in relation to sampling strategy and insight into the potential of adjustments in agronomic measure, such as in fertilization for Moso bamboo production.     

喀斯特森林土壤养分的空间异质性及其对树种分布的影响

以贵州省茂兰国家级自然保护区喀斯特峰丛坡面中原生性常绿落叶阔叶混交林为研究对象, 以建立的100 m × 100 m样地的群落学调查数据和基于网格取样的土壤养分数据为基础, 采用半方差函数、Kriging空间插值和典范对应分析(canonical correspondence analysis, CCA)等方法分析了喀斯特森林土壤养分的空间异质性特征及其对树种分布的影响。结果表明: 喀斯特峰丛坡面土壤养分的变异系数为10%-80%, 变异程度中等。各土壤养分指标均具有良好的空间自相关性, 其中全磷(TP)、全钾(TK)、全镁(TMg)和pH值呈强烈的空间自相关, 而有机质(OM)、全钙(TCa)、速效磷(AP)和速效钾(AK)为中等程度的空间自相关; TCa的空间变异尺度最小, OM、TP和AK的空间变异尺度较大。土壤TK、TP、TCa、TMg、AP和pH值等随着海拔高度的增加和岩石裸露率的降低而逐渐减少, OM则随着海拔高度的增加而趋于增加, 这表明喀斯特地形因子是造成土壤养分空间变异的重要因素。CCA分析表明, 土壤养分的空间变异性显著影响到群落中树种的组成与空间分布, 其中TK、TMg、pH值、TCa和OM的影响最为明显, 体现了不同植物在土壤资源利用上的生态位分化, 这有助于喀斯特森林群落物种多样性与稳定性的维持。     

沈阳城市土壤全钾和碱解氮的空间变异性

采用地统计学和地理信息系统（GIS）相结合的方法研究了沈阳城市土壤全钾、碱解氮2种土壤养分的空间变异性.结果表明：全钾的最佳拟合模型为指数模型,碱解氮的最佳拟合模型为高斯模型;其块金值/基台值［C₀/(C₀+C)］分别为10.65%和17.96%,说明沈阳城市土壤全钾和碱解氮的空间相关性较强,其空间变异主要是由结构性因素引起的.通过克立格插值对沈阳城市土壤全钾和碱解氮的空间分布特征进行分析发现：全钾的空间分布没有明显的规律性;碱解氮的空间分布则为周边高、城区中部低.     

黑河中游绿洲区不同土地利用类型表层土壤水分空间变异的尺度效应

了解表层土壤水分空间变异及其尺度效应,可获取土壤水分真实变异,并可为客观揭示土壤水分空间变异制定合理采样方案提供参考.用“再采样”方法对黑河中游张掖绿洲区林地和农地表层土壤水分空间变异的尺度性进行研究.结果表明： 研究区林地和农地表层土壤水分变异程度随土壤水分含量的增加而增加;变异系数随采样尺度的增大而更接近真实变异值.在干旱和湿润条件下,当采样幅度在一定范围内增大时,林地和农地土壤水分的变异系数、Moran I指数、块金值、基台值及林地变程均不断变大,而农地在干旱条件下的变程无固定变化规律.当采样密度在一定范围内增大时,块金值、变程不断增大,但变异系数、Moran I指数、基台值均不受影响.
     

基于协同克里格的橡胶园土壤速效钾空间变异性

选取有效变量的协同克里格方法能够提高县域尺度橡胶园土壤速效钾的空间预测精度,对橡胶树精准施肥管理具有重要意义。本研究以海南省白沙县橡胶园0～20 cm耕层土壤为对象,采用地统计学分析土壤速效钾的空间变异特征,运用相关分析筛选显著的特征变量,并比较不同变量的协同克里格(COK)空间插值精度。结果表明: 研究区土壤速效钾平均含量为44.65 g·kg^-1,总体处于缺乏状态;变异系数为52.6%,属中等变异强度;块金效应为12.5%,存在较强的空间自相关。有机质、高程与土壤速效钾含量关系密切,均呈极显著相关;有机质(COK₁)、高程(COK₂)、有机质+高程(COK₃)3种协变量的COK空间插值预测精度均高于普通克里格法(OK),交叉验证模型拟合精度为COK₁>COK₃> COK₂>OK;拟合精度与协变量选取的数量不呈正比,选取相关性更高的协变量更有利于反映区域土壤属性的空间异质性。研究区土壤速效钾含量具有西北部较高、中偏东部地区较低的分布特点。研究结果为今后开展橡胶园土壤钾素管理提供了理论依据。