喀斯特常绿落叶阔叶混交林土壤磷钾养分空间异质性

在木论国家级自然保护区内喀斯特常绿落叶阔叶混交林内建立500 m×500 m长期监测样地,采用经典统计学和地统计学方法研究喀斯特森林土壤磷钾养分含量及其空间变异特征。结果表明:研究区土壤全磷(TP)、全钾(TK)、速效磷(AP)、速效钾(AK)含量分别为(1.60±0.76)g/kg、(5.42±2.74)g/kg、(5.74±3.63)mg/kg、(5.20±2.96)mg/kg;磷钾养分含量均为中等变异,变异强度为APAKTKTP。研究区土壤TP、TK、AP、AK变异函数值的最佳拟合模型均为指数模型,决定系数均很高(0.671-0.995),TP、AP呈中等强度空间自相关,TK、AK呈弱空间自相关。TP、AP的变程较长,分别为336.00 m和373.50 m,空间连续性较好,TK、AK变程较短(33.30 m、64.50 m),空间依赖性较强。土壤TP表现为坡下(含洼地)含量高,坡上含量较低;AK表现为坡中含量高于洼地含量;AP、TK呈斑块破碎化分布。海拔、坡度和地面凹凸度是土壤磷钾养分空间异质性的主要影响因素。喀斯特常绿落叶阔叶混交林土壤磷钾养分存在不同空间异质性和空间关联性,这为小流域尺度上土壤养分管理、可持续利用策略、喀斯特退化生态系统生态恢复提供理论依据。     

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.     

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。     

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.     

北川震后滑坡体表层土壤养分的空间变化

以北川擂鼓镇凤凰山震后滑坡体表层土壤为研究对象,结合网格取样和室内分析,运用地统计学和经典统计学方法对其养分空间变化进行分析.结果表明: 研究区土壤有效磷(AP)属高变异强度,其他养分均属中变异强度.AP和土壤有机碳(SOC)的块基比分别为27.9%和28.8%,表现为中等空间相关性;土壤全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、水解性氮(AN)和速效钾(AK)的块基比分别为20.0%、24.3%、11.1%、11.2%和22.7%,均表现为强烈的空间相关性.土壤TP的变程最大,为1232.7 m;其次为AN(541.27 m)、TN(468.35 m)、TK(136.0 m)、AK(128.7 m)、AP(116.6 m)、SOC(93.5 m).各土壤养分随海拔的变化规律不明显,而从滑坡区、过渡区至未破坏区则呈明显增加趋势.其中,滑坡区表层土壤TP含量较未破坏区减少10.3%,减幅最小,而AP减幅最大,达79.7%;过渡区各养分含量占未破坏区的31.1%～87.2%,降幅最小和最大的仍为TP和AP.地震滑坡扰动是导致土壤养分空间变化的主要原因.     

联合梯田农业文化遗产稻田土壤养分空间变异特征

研究稻田土壤养分(有机质(OM)、碱解氮(AN)、有效磷(AP)和速效钾(AK))空间分布特征对稻田的科学科学管理具有重要意义。选取联合梯田稻田土壤作为研究对象,基于半变异方差函数分析土壤养分的空间变异性,并进一步分析地形因子对其影响。结果表明:(1)联合梯田稻田土壤OM、AN、AP和AK含量范围分别为3.6—49.9 g/kg、67—423 mg/kg、3.1—79.6 mg/kg和15—300 mg/kg;其变异系数范围为24.23%—63.9%,均属于中等变异水平;(2)将土壤养分分为5级,包括偏高(Ⅰ)、丰富(Ⅱ)、中等(Ⅲ)、缺乏(Ⅳ)和偏低(Ⅴ),区内土壤OM和AN丰富,Ⅱ级以上水平分别占94.5%和88.5%;而AP和AK则较为缺乏,IV级以下水平分别占37%和51.5%;(3)土壤OM、AN和AP具有强烈的空间自相关性,表明其主要受结构因素影响;而AK为中等强度的空间自相关,表明其同时受结构和随机因素控制;AN和AK空间自相关尺度较大,且在步长小于2000 m和1600m时,各方向(0°、45°、90°和135°)变化平稳,为各向同性,而OM和AP变程较小,且各方向变化复杂,为各向异性。这些结果表明,政府需加强施肥指导,合理增加磷肥和钾肥,适当降低氮肥施用和秸秆还田量。此外,在后续调查采样时,适当加密OM和AP采样点布设,而AN和AK采样可以在此基础上适当减少样点。     

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。     

广西不同森林类型土壤有机碳的空间异质性

采用经典统计学和地统计学相结合的方法,研究广西10类主要森林类型不同土层(0~10、10~20、20~30、30~50、50~100 cm)土壤有机碳含量的空间异质性。结果表明:广西森林不同土层土壤有机碳平均含量变化为8.01~29.78 g·kg-1,变异系数在50.27%~74.89%之间;10~20 cm土层土壤有机碳的半变异函数符合球状模型,其余土层符合指数模型,且拟合效果均较好;各土层土壤有机碳半变异函数的块金效应为16.75%~49.33%,表现为强烈或中等强度的空间自相关性;Kriging插值结果显示,不同森林各土层土壤有机碳含量的分布具有一定相似的空间分布特征,总体表现为北高南低,最高和最低值分别出现在东北和东南;广西不同森林类型不同土壤深度土壤有机碳含量和变异系数不同,0~100 cm土壤有机碳平均含量的大小顺序为硬阔杉木石山林软阔竹林八角桉树油茶栎类松树,总体上土壤有机碳含量随土壤深度的增加而降低,变异系数则相反。广西森林土壤的空间异质性受结构性和人为因素的共同制约,其中结构性因素起主导作用。因此,加强自然林封育和人工林保育、优化调控桉树林和经济林种植规模是提高广西森林固碳潜力的重要措施。     

喀斯特峰丛洼地不同森林表层土壤有机质的空间变异及成因

基于动态监测样地(200 m×40 m)的网格(10 m×10 m)取样,以农作区为对照,用地统计学方法研究了喀斯特峰丛洼地人工林、次生林和原生林3类典型森林生态系统表层土壤(0—15 cm)有机质的空间变异,通过主成分分析和相关分析,探讨了其生态学过程和机制。结果表明:喀斯特峰丛洼地土壤有机质很高,沿着农作区-人工林-次生林-原生林的恢复梯度,土壤有机质显著提高,变异系数逐步增大;农作区和3类森林土壤表层有机质均具有良好的空间自相关性;农作区试验半变异函数C0/(C0+C)值为26.5%,呈中等程度的空间相关性;3类森林的C0/(C0+C)值为9.0%—22.6%,呈强烈的空间相关性;农作区和人工林土壤有机质呈单峰分布,次生林呈凹型分布,原生林呈凸型分布;不同森林的主导因子不同,农作区的主导因子为主要土壤养分,人工林为地形和物种多样性,次生林为森林结构和物种多样性,原生林为地形和物种多样性,且同一因子在不同森林与土壤表层有机质的正负作用关系和相关程度也不同。因此,农作区和3类森林应根据其土壤表层有机质的空间变异及主要影响因子制定相应的固碳措施。     

喀斯特峰丛坡地不同土地利用方式下土壤N、P空间变异特征

基于网格点(5 mx5 m)采样法采集土壤样品,利用经典统计学和地统计学方法,研究了喀斯特峰丛坡地不同土地利用方式(火烧迹地、刈割地、草地、封育地)下表层(0～20cm)土壤氮、磷的空间变异特性.结果表明:研究区4种不同土地利用方式土壤全氮(TN)、全磷(TP)、速效氮(AN)、速效磷(AP)均为中等程度变异,含量分别为5.40 ～6.26 g·kg-1、1.24 ～1.44 g·kg-1、365.87～507.32 mg·kg-1、3.91 ～8.04 mg·kg-1,封育地、火烧迹地土壤质量优于草地和刈割地;4种土地利用方式中火烧AN、火烧AP、刈割AN、封育TN的半方差函数最佳拟合模型为球状模型,火烧TN、刈割TN、刈割AP最佳拟合模型为指数模型,其他指标的最佳拟合模型均为高斯模型.刈割TP、火烧TP、草地TP、刈割TN、火烧AP、草地AP、封育TP表现为强烈的空间自相关性,其他土壤养分表现为中等的空间自相关.4种土地利用类型土壤TN与AN、TP与AP具有相似的空间分布格局.火烧、刈割处理TN和AN呈凹形分布,TP和AP呈单峰分布特征,中下坡含量最高,往两端含量逐渐降低;草地TN、AN、TP、AP 4种养分含量均随着坡位的升高而降低;封育样地中4种养分呈类似凹形分布,中间含量低,两端略微升高.土地利用方式的变化改变了喀斯特峰丛坡地土壤养分质量,造成了土壤养分空间格局的变化,因此,在地形破碎、土层浅薄的喀斯特地区进行生态恢复与重建时,应采取合理土地利用方式,进行保护和适度开发,提高喀斯特退化生态系统土壤质量.     

贵州喀斯特山区不同植被下土壤C、N、P含量和空间异质性

西南喀斯特地区是中国四大生态脆弱地区之一,为了解喀斯特生态环境下植被演替对土壤养分循环的影响,选取贵州中部喀斯特地区由乔木林、灌木林和灌草丛等不同植被类型下的土壤为研究对象,采用样块法采集了表层土壤样品,测定C、N、P全量及有效态含量,分析了这些元素的空间异质性特点.结果表明,各养分元素无论全量和有效态含量均在乔木林下最高,灌木林下有机碳及N、P全量的下降并不显著,但养分有效态含量显著下降,而灌草丛下土壤养分无论是全量还是有效态含量均较灌木林下显著降低下降;土壤养分空间异质性在灌木林下最高,土壤全磷素特别是速效磷的空间异质性高于有机碳和N.这显示,不仅是土壤养分含量,而且土壤养分的空间异质性都随植被演替而改变.这种变化中,土壤养分有效态较全量更为剧烈.植物类型和结构变化下凋落物返还及土壤生物化学转化环节的变化可能是引起喀斯特生态系统退化下土壤养分库降低而空间异质化提高的主要原因,这最终也会影响土壤养分在生态系统内的循环和分布.     

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.     

红壤旱坡地农田生态系统养分循环和平衡

通过田间定位试验从生态系统的角度比较研究了中亚热带红壤低丘岗地几种主要旱坡地农田生态系统的水土流失、养分循环和平衡特征、土壤养分消长动态及空间分异,结果表明：水土流失是红壤旱坡地生态系统养分损失的重要途径之一,固体径流具有养分富集现象,速效养分损失以地表径流为主,水土流失养分损失量大小顺序为：有机碳＞全钾＞速效钾＞全氮＞全磷＞水解氮＞速效磷;免耕覆盖和垄作能显著减少水土流失及养分损失量;红壤旱地淋溶也是养分,尤其是氮素损失的重要途径;在养分平衡有盈余状况下,土壤养分水平是可以逐步提高的,其中,土壤速效磷、速效钾提高的速度较快,土壤全氮、有机质和全磷也有所提高,但仍处于较低水平;复合农林系统中,土壤养分存在明显的空间分异,农作物区域由于养分投入较高,土壤养分水平明显高于林木区域。     

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     

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。     

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。     

毛乌素沙漠-黄土高原过渡带土壤养分空间异质性

毛乌素沙漠-黄土高原过渡带土壤养分的空间异质性和生态学过程,对沙荒地整治的机理研究具有重要的意义。以毛乌素沙漠-黄土过渡带为研究区,结合布点取样和室内分析,运用经典统计学和地统计学方法对其全氮、有效磷、速效钾含量的空间异质性进行分析。结果表明,(1)土壤全氮、有效磷、速效钾的平均含量分别为0.39 g/kg、9.65 mg/kg和106.84 mg/kg。3种养分的变异系数为40.54%—84.62%,均属于中等程度变异,其中全氮变异系数最大,速效钾变异系数最小。(2)半方差分析结果显示,3种养分空间变异性的最佳拟合模型均为高斯模型,空间自相关性均随着滞后距离的增加而呈下降趋势。3种养分空间变异性的块金值/基台值比值在0.09%—32.82%,全氮、有效磷具有强烈的空间相关性,结构性因素对变异起主导作用;速效钾具有中等强度的空间相关性,结构性因素和随机性因素共同对变异起主导作用。(3)克里金插值图显示3种养分含量均表现为随着地势的降低而逐渐升高的趋势,全氮含量整体呈斑点状分布,插值图较破碎,有效磷和速效钾含量整体呈条带状分布,连续性较好。(4)毛乌素沙漠-黄土过渡带土壤养分的空间变异性与地形、地貌、植物分布以及非自然因素都有关,但是以地形因素的影响为主。开展沙漠-黄土过渡带土壤养分空间异质性特征研究,为开展沙荒地整治工程,生态系统修复提供了理论依据。     

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.     

西双版纳望天树林土壤养分含量及其季节变化

 对西双版纳望天树(Shorea chinensis)林地0～10 cm和10～25㎝土层的有机质,全氮、磷、钾,速效氮、磷、钾等几种营养元素的含量状态及雨季前后的变化进行了研究。结果表明：土壤的养分含量变化为旱季结束＞雨季结束,沟谷地带雨林＞低山地带雨林,并且差异显著;表土0～10 cm是养分富集区,10 cm以下土层的养分含量锐减,两层养分含量对比,除钾元素以外均差异显著,表明望天树热带雨林生存的环境与植被的生活习性,对土壤养分的含量都有一定的影响。雨季对林地土壤的全钾和速效磷含量影响很大,对有机质、全磷和速效钾的含量影响较小,对氮素的影响是低山雨林＞沟谷雨林。雨季期间土壤中的磷素消耗到严重缺乏的水平。