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 .     

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 …

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分析变得较为方面,研究表明,全氮、碱解氮、速效磷、有机质变异函数曲线的理论型符合球状模型,速效钾的理论模型表现为指数模型和有基合值的线性模型的套合结构;碱解氮、全氮、速效磷、有机质     

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。     

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。     

格氏栲天然林土壤养分空间异质性

采用地统计学与GIS技术相结合方法对格氏栲天然林土壤养分和pH值空间异质性进行了研究,结果表明:pH值为弱变异,土壤养分为中等变异,变异强度为有效磷＞速效钾＞水解性氮＞全氮＞全钾＞全磷＞pH值.半方差最优模型拟合分析表明,pH值、全钾、有效磷符合指数模型,全氮符合高斯模型,全磷、水解性氮符合球状模型,速效钾符合线状模型;全钾、速效钾、pH、全氮、全磷、水解性氮和有效磷的有效变程依次为1806、549、267、130、120、182 m和117m;从空间结构特征看,pH值、全氮、全磷、水解性氮、有效磷表现出强烈的空间自相关,其空间异质性主要受结构性因素影响;全钾具有中等强度的空间自相关,其空间异质性是随机性因素和结构性因素共同作用的结果;速效钾具有微弱的空间自相关,其空间异质性主要受随机性因素影响.土壤养分空间分布特征:全氮、全磷由南向北递增;全钾含量呈环状分布,向南北分别呈递增趋势;pH值由东北到西南递增,呈条带状分布;水解性氮从东北向西南递减;有效磷从东南到西北逐渐递增;速效钾分布较均匀,在西北和东南角各有一个高值区,从西南到东北表现为先增加后减少的规律.其结果为区域尺度上土壤养分的空间内插、制图和取样设计提供参考,也为土壤可持续利用、格氏栲天然林的恢复与重建提供科学依据.     

陕西洛川旱塬苹果园地深层土壤水分和养分特征

测定了陕西洛川旱塬11、15、20、25和43龄苹果园地0～1500 cm土层土壤湿度和0～300 cm土层土壤有机质、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、速效钾含量,分析了测定深度范围内土壤干燥化情况、各养分指标丰缺状况及其随种植年限和土层深度的变化特征.结果表明： 11、15、20、25和43龄苹果园地0～1500 cm土层土壤湿度依次为18.6%、13.7%、170％、11.5%和13.1%,随树龄增加果园土壤湿度总体呈降低趋势,有补灌果园土壤尚未发生干燥化,而旱作果园均发生了轻度或中度干燥化,0～300 cm土层土壤湿度高于麦田.0～300 cm土层土壤有机质、全氮和碱解氮含量分别小于10 g·kg^-1、0.75 g·kg^-1和50 mg·kg^-1,均处于亏缺状态;速效磷含量介于3.30～6.42 mg·kg^-1,总体表现为浅层适宜、深层亏缺状态,速效钾含量介于78.09～98.31 mg·kg^-1,尚未亏缺.果园0～100 cm土层有机质和氮、磷、钾含量均高于100～300 cm土层.随果树种植年限增加,土壤有机质、全氮、碱解氮含量及土壤养分指数（SNI）均表现为先增加后降低趋势;除全钾外,随土层深度增加,各养分含量在0～100 cm土层范围内快速降低,之后维持相对稳定.土壤有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷和速效钾含量之间呈极显著正相关,而全钾与其他6个养分指标之间的相关性不显著.     

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。     

黄土高原小流域土壤养分的空间异质性

利用地理信息系统的空间分析功能,通过地统计学的半变异函数定量研究了黄土高原典型小流域土壤养分的空间异质性特征。结果表明;土壤有机质,全氮,有效氮,全磷和有效磷的理论模型均为球状模型,由随机因素引起的空间变异占空间总变异的比例小,其值分别为13.333%,10.938%,22.000%,9.091%和27.536%,反映5种养分具有较强的空间自相关格局,但它们的空间自相关范围具有明显的差异。土壤全氮和有效氮变程小,分别是90m和110m,有机质次之,变程是120m,而土壤全磷和有效磷的变程最大为160m,研究成果将有效地指导土壤的取样设计,以及进行土壤养分的空间内插和制图。     

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.     

基于GIS的农田土壤、作物特征空间变异性及其相互关系

The objective of this research was to investigate the variability and the quantitative relationships among soil nutrients and crop growth status and yield. All data were analyzed by both classical statistics and geostatistics based on GIS. Soil properties included soil pH, total N, organic matter, available P and available K, while crop growth status was indicated by SPAD, LAI and SPAD × LAI. All parameters except soll pH exhibited spatial correlation.Soil total N and organic matter, SPAD, LAI and SPAD × LAI were all correlated to rice yield. Kriged interpolation maps provided good indication of the spatial variability in crop yield and growth status. Spatial interpolation and correlation analysis proved that SPAD × LAI was more indicative of crop growth status than individual variables, and useful for implementing growth season and topdressing as needed.     

黔中喀斯特山区村域稻田土壤理化特性的空间变异特征及空间自相关性

以贵州省安顺市西秀区旧州镇文星村为研究区域,采用地统计学方法,研究了黔中喀斯特山区土壤容重、总孔隙度、毛管持水量、毛管孔隙度、通气孔隙度等物理特性与土壤pH、有机质、速效养分(S、Si、N、P、K、Fe、Zn、Cu、Mn)、全量养分(N、P、K)、交换性盐(Ca、Mg)及阳离子交换量等化学特性的空间变异特征及自相关性。在土壤各特征值中,pH、毛管孔隙度变异系数分别为4.59%、8.28%、9.83%,为弱变异;其他变异系数在10%-100%之间,为中等程度变异。半方差分析表明,土壤毛管持水量、通气孔隙度、毛管孔隙度、速效养分(S、Si、Cu、Mn)、全量养分(N、P、K)、交换性盐(Ca、Mg)及阳离子交换量的C₀/(C₀+C)<25%,表现为强烈的空间自相关性;容重、pH、速效养分(N、P、K、Fe、Zn)及有机质的C₀/(C₀+C)在25%-75%之间,表现为中等空间自相关性,而Moran''s I指数分析表明,除毛管孔隙度、有效S、速效P及有效Mn的空间自相关性较弱外,其他均呈正的显著空间自相关性。根据克里金插值图,在研究区域内土壤毛管孔隙度及毛管持水量与pH、速效养分(S、Si、Zn、Cu、)全P、全N、有机质、交换性Ca、Mg及阳离子交换量在东北方向和西北角分布较低,在西南角方向土壤容重及通气孔隙度分布较低,而pH、速效K、有效Cu、全P、全K、有机质、阳离子交换量分布较高,且速效养分(N、K、S、Cu)、全P、有机质的含量及阳离子交换量均存在从西南向东北方向递减的趋势。     

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.     

黔中喀斯特山区村级尺度土壤养分空间变异性及其与水稻产量的关系

以贵州省安顺市西秀区旧州镇文星村为研究区域,采用地统计学方法,研究了黔中喀斯特山区土壤pH值、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、全氮、全磷、全钾、有效铜、有效锌、有效铁、有效锰和水稻产量的空间变异规律及其相互关系.结果表明: 土壤pH值、碱解氮、有效磷、速效钾、全磷、有效铜及水稻产量构成因素的C₀/(C₀+C)<25%,表现为强烈的空间相关性,有机质、全氮、全钾、有效锌、有效铁、有效锰及水稻产量的C₀/(C₀+C)为25%~75%,具有中等空间相关性.土壤速效钾含量与水稻产量关系最为密切,偏相关系数达到极显著水平(r=0.4669,P<0.0001),土壤碱解氮、速效钾和有效磷对有效穗数和千粒重的直接通径系数均为正值,其大小顺序与偏相关分析结果一致.克里金插值结果表明,土壤有机质、碱解氮、速效钾、全氮、有效铜、有效锌的含量在研究区均存在从西南向东北逐渐递减的趋势;产量在西北部及东南部较高.     

华北太行山前平原农田土壤养分的空间变异性研究

采用地统计方法,分别对栾城县(面积约30490hm^2)和中国科学院栾城生态农业试验站示范区(15hm^2)农田耕层土壤养分的空间变异特征进行了研究．结果表明,在2个不同采样间距下,各土壤养分含量均具有空间相关性,县域范围近似以1km网格采样,最大相关距离为4．2～15．6km,在示范区以20m网格采样,则为112～223m;在同一采样间距下,土壤有机质、全氮、全磷、速效养分(N、P、K)含量的空间变异结构也各不相同,具有块金方差效应,半方差图分别遵从高斯和球函数模型．认识本区土壤的这种空间变异结构有助于实现对农田土壤养分的分区和合理管理．     

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.