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.     

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     

湖北恩施烟夜蛾幼虫田间分布格局的地统计学分析

烟夜蛾以幼虫取食烟叶,给烟叶生产带来巨大损失.运用地统计学的方法,研究了湖北恩施烟区烟夜蛾幼虫的空间结构和发生动态.结果表明： 恩施烟区烟夜蛾幼虫在烟叶移栽后40 d开始为害,至烟叶成熟前期达到高峰;球形 指数套合模型为烟夜蛾幼虫田间分布的主要模型,属聚集〖JP2〗分布;空间变异度C/(C₀+C)均大于0.75,说明其结构性变异较大,随机性变异较小;烟夜蛾幼虫在烟叶旺长期进行了较大迁移,之后其数量趋于稳定,烟叶成熟期尤其稳定.     

不同群落蒙古栎种群空间格局的地统计学分析

以蒙古栎天然次生林中的蒙古栎种群为研究对象,在吉林省汪清林业局塔子沟林场设置2块1 hm^2的处于不同演替阶段的样地(A、B).采用相邻网格调查法将每块样地划分为100个10 m×10 m的调查单元,对单元内每株林木的空间坐标进行精确定位,调查所有胸径≥1 cm的林木基本信息.采用地统计学分析的半方差函数法和分维数对蒙古栎种群各林木属性的空间异质性程度、组成、尺度、方向进行分析;运用克里格插值法对具有空间自相关的树木属性进行无偏估计并绘制分布图,分析其空间分布格局.结果表明:两块样地各林木属性的最优半方差函数以指数模型和球状模型为主,呈聚集分布,但样地A较样地B的空间自相关程度更高,空间连续性更大;两块样地内部,胸径和东西冠幅均表现出较强的空间异质性和空间自相关性.两块样地各林木属性均在南北方向上表现出较强的空间异质性.此外,样地A在西北-东南方向上也存在较强的空间异质性,而样地B则在东北-西南方向存在较强的空间异质性.两者相比,样地A的空间异质性强度更高、尺度更大.样地A中胸径和东西冠幅变异明显,而样地B中东西冠幅和南北冠幅变异明显.分维数值反映的结果与标准半方差函数值的结果基本一致.样地A各林木属性变量以斑块状和条带状分布为主,空间分布格局和变化趋势明显,而样地B各林木属性变量分布破碎,格局复杂.上述结果说明,种群属性特征、群落发育程度、空间尺度大小和空间水平方向可能影响种群的空间格局.基于地统计学的分析方法有助于定量、直观地描述种群的生长现状和发展趋势,可为东北林区大面积的蒙古栎天然次生林的可持续经营提供理论基础.     

喀斯特峰丛洼地小流域表层土壤微量元素的空间异质性

基于网格取样(80 m×80 m),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小流域163个表层(0～20 cm)土壤样点微量元素(Pb、Cr、Ni、Cu、Zn、B)的空间变异特征.结果表明:研究区土壤6种微量元素含量的差异及变异系数均较大,平均含量大小顺序为Zn＞Cr＞Ni＞Pb＞B＞Cu,平均变异程度依次为Ni＞Cu＞Zn＞Pb＞B＞Cr.不同微量元素具有不同的空间结构和最佳拟合模型,除Cr呈中等程度自相关、变程较长、空间连续性较好外,其他5种元素均呈强烈自相关,变程较短,空间依赖性较强.6种微量元素的Kriging等值线图较为相似,表明研究区土壤微量元素含量有着相似的分布趋势,表现为东部高,南北两头低,洼地高,坡地低.人为干扰和自然条件(植被、裸岩率、坡度、坡向)是土壤微量元素空间异质性的主要影响因素.     

基于神经网络模型和地统计学方法的土壤养分空间分布预测

采用径向基函数神经网络模型与普通克里格法相结合的方法,预测川中丘陵区县域尺度土壤养分(有机质和全氮)的空间分布,并与普通克里格法和回归克里格法进行比较.结果表明：各方法对研究区土壤养分的预测结果相似.与多元回归模型相比,神经网络模型对验证样点土壤有机质和全氮的预测值与样点实测值的相关系数分别提高了12.3%和16.5%,表明神经网络模型能更准确地捕捉土壤养分与定量环境因子间的复杂关系.对469个验证样点预测结果的误差分析表明,神经网络模型与普通克里格法相结合的方法对土壤有机质和全氮预测结果的平均绝对误差、平均相对误差、均方根误差较普通克里格法分别降低了6.9%、7.4%、5.1%和4.9%、6.1%、4.6%,降低幅度达到极显著水平(P<0.01);与回归克里格法相比则分别降低了2.4%、2.6%、1.8%和2.1%、2.8%、2.2%,降低幅度达显著水平(P<0.05).     

基于神经网络模型和地统计学方法的土壤养分空间分布预测

采用径向基函数神经网络模型与普通克里格法相结合的方法,预测川中丘陵区县域尺度土壤养分(有机质和全氮)的空间分布,并与普通克里格法和回归克里格法进行比较.结果表明：各方法对研究区土壤养分的预测结果相似.与多元回归模型相比,神经网络模型对验证样点土壤有机质和全氮的预测值与样点实测值的相关系数分别提高了12.3%和16.5%,表明神经网络模型能更准确地捕捉土壤养分与定量环境因子间的复杂关系.对469个验证样点预测结果的误差分析表明,神经网络模型与普通克里格法相结合的方法对土壤有机质和全氮预测结果的平均绝对误差、平均相对误差、均方根误差较普通克里格法分别降低了6.9%、7.4%、5.1%和4.9%、6.1%、4.6%,降低幅度达到极显著水平(P<0.01);与回归克里格法相比则分别降低了2.4%、2.6%、1.8%和2.1%、2.8%、2.2%,降低幅度达显著水平(P<0.05).     

竹林土壤碳储量的空间变异分析：以四川长宁县为例

竹林在我国视为一种特殊的森林类型,固碳潜力大;然而竹林碳储量的估算具有较大的不确定性,这在一定程度上与竹林的异质性分布有关。与竹林植被碳储量的研究相比,关于竹林土壤碳储量空间异质性的研究较少。本文以四川长宁县竹林土壤为对象,基于实测数据采用地统计法(克里金插值法)开展竹林土壤碳储量的空间变异研究。四川长宁的竹林土壤碳密度在0～20 cm土层空间自相关程度低,在20～40和40～60 cm土层为中等强度空间自相关;空间自相关性随着土层深度的增加逐渐增大。竹林土壤碳密度克里金插值的最优插值邻域为1.5 km。随着土壤深度的增加,土壤碳储量不断减小,全县竹林0～60 cm土壤碳储量为2.45 Tg。空间分布显示,长宁南部土壤碳密度高值区呈片状分布,北部为块状镶嵌分布,总体呈现从南向北减少的趋势。相关分析表明,全氮、土壤湿度和植被指数是长宁县土壤碳密度的主要影响因子。本研究结果可为提高竹林土壤碳储量的估算精度以及竹林抽样设计、森林经营管理决策等提供重要依据。     

西双版纳勐养自然保护区土地利用对自然景观的影响

使用ARC/INFO和ARC/VIEW地理信息系统,对以1995年3月的卫星影像图、相关图件及数据为基础的图形数据库进行分析,研究了土地利用对勐养自然保护区自然景观的影响.结果表明,土地利用使季节雨林生境的异质性最高(多样性指数H为2.1759,优势度指数D为1.2831),季风常绿阔叶林异质性最小(H为1.2531,D为2.3318).该保护区总的人为干扰强度指数(HD)为0.1287,其中季节雨林生境受干扰最强烈,HD达0.8809.季风常绿阔叶林是保护区的优势植被(占总面积的78%),土地利用使其约12.36%(或10895hm₂)的面积被损坏.热带雨林(季节雨林、山地雨林和季雨林,占总面积的12%)是重点保护对象,土地利用使其损失了约19%(2557hm₂),是受到严重干扰的生境组分.耕地的斑块数量最多(占斑块总数的25.86%)而面积却很小(占总面积的2.2%),呈小块状散布在保护区里.人们因经营耕地而活动在保护区里,构成了大面积的干扰,使灌丛草地基本随着耕地散布在保护区里.要保护好西双版纳勐养自然保护区,必须以改善土地利用方式来控制耕地的扩散.     

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.     

豫南黏板土壤分层酸化和耕层速效磷分布特征

黄淮海平原南部以黄褐土和砂姜黑土等为代表的耕地土壤酸化趋势明显.为深入认识该类型黏板土壤垂直剖面上pH值和耕层养分的空间变异情况,以豫南西平县为例,对县域范围内63个耕地样点进行pH值和速效磷测定,运用地统计学方法和ArcGIS技术分析不同深度土壤pH值和耕层土壤(0～20 cm)速效磷的空间分布状况,并分析了pH值与...     

干旱区典型流域土壤肥力空间变异特征

以新疆阜康三工河流域为研究对象,分析了不同样点的土壤肥力特征,利用地统计学和地理信息系统(GIS),研究流域土壤的空间异质性和格局。结果表明,土壤肥力要素的变异系数在5.00%~66.77%,各土壤肥力质量要素接近正态分布;8种土壤肥力要素均存在空间变异结构特征;土壤有机质与氮素空间变化趋势相似,且相关性极显著;速效磷和速效钾的空间格局相似性较大;人类干预极大影响土壤空间格局。     

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。     

黄河中下游典型河岸带土壤性质空间变异及其对环境的响应

土壤和植被作为河岸带生态系统服务维持的根基,其空间分布与变异对河岸带生态功能的发挥起着决定性作用.本研究以黄河中下游典型河段河岸带为研究对象,采用野外调查、实验分析与冗余分析(RDA)相结合的方法,研究了河岸带土壤理化性质空间分异特征及其对环境的响应.结果表明: 研究区土壤物理性质的横向梯度效应较为明显,随缓冲距离增大,土壤容重呈现先增后减的趋势,而土壤含水量呈相反趋势;不同缓冲区土壤的全磷(TP)、有效磷(AP)、全碳(TC)、有机碳(TOC)、全氮(TN)、铵态氮(NH₄⁺-N)和硝态氮(NO₃^--N)含量差异均不显著;不同植被类型(杨树人工林和柳树人工林)的土壤化学性质差异均不显著.相关性分析表明,研究区土壤TOC与TN、NO₃^--N含量均呈极显著正相关、与NH₄⁺-N含量显著正相关,土壤TC和TOC含量均与砂粒呈极显著负相关,与粘粒极显著正相关.RDA结果显示,土壤TOC和NH₄⁺-N含量随乔木层高度和盖度的增加而增加,土壤TP与NO₃^--N随乔木层树木胸径和草本层植物盖度的增加而增加,而NH₄⁺-N含量随海拔升高呈递增的趋势,说明黄河中下游河岸带土壤性质受群落结构和海拔梯度的影响显著.     

黄河三角洲垦利县夏季土壤水盐空间变异及土壤盐分微域特征

黄河三角洲作为我国重要的后备土地资源区,土壤盐渍化问题突出,切实掌握季节性土壤水盐状况及其微域特征是该区土壤盐渍化防控和土地资源高效利用的重要基础。选择黄河三角洲垦利县,通过野外调查实测与室内化验分析获取土壤水盐含量数据,利用统计分析、GIS空间插值、实地观测与数据分析对比等方法,分析了研究区夏季土壤水盐状况及其微域变异规律。结果显示:研究区夏季土壤水盐含量总体较高,含盐量以中度盐渍化为主,随着土层深度的增加含盐量呈上升趋势,且各层土壤含盐量呈显著正相关性;含盐量较高的地区主要分布在该区东北部和中东部,含盐量较低的地区主要分布在西南部和中部;土壤含盐量从大到小的植被类型依次为光板地→碱蓬→高粱→芦苇→茅草→水稻→棉花→玉米;土壤盐分微域变化特征明显,含盐量受距路边远近、不同耕作措施、地形部位、植被群落等因素影响较大,表现出微域规律性和复杂性。该研究基本摸清了研究区夏季时相的土壤水盐状况及其微域特征,为黄河三角洲农作物栽培管理及土壤资源可持续利用提供了科学依据。     

基于秸秆还田条件下的黄灌区稻旱轮作土壤硝态氮淋失特征研究

宁夏引黄灌区农田面源污染较为严重,区内大部分排水沟水质为劣Ⅴ类,其主要污染物硝态氮与铵态氮。设置常规施肥(CK)、常规施肥条件下施用4500kg/hm~2(T1,半量还田)和9000 kg/hm~2(T2,全量还田)秸秆3个处理。利用树脂芯法吸附10、20、30、60、90cm土层的硝态氮流失量。2009—2013年的试验结果表明:秸秆还田能够减少土壤30cm土层的硝态氮淋失。与对照硝态氮淋失量(15.76 kg/hm~2)相比,T1(13.76 kg/hm~2)与T2(13.74 kg/hm~2)均达到显著差异(P0.05),淋失量分别减少12.71%和12.84%,T1与T2没有达到显著差异。秸秆还田对土壤硝态氮淋失的影响效应主要体现在30cm土层处,10、20、60与90cm土层处的处理与对照都没有达到显著差异。秸秆还田提高了30cm土层的土壤有机质与土壤总氮,与对照(13.78 g/kg)相比,T1与T2土壤有机质分别提高0.89 g/kg和1.24 g/kg;试验结束后,对照、T1和T2的总氮是达到0.64、0.66和0.69 g/kg,与对照相比,处理分别提高了2.76%和6.83%。秸秆还田有助于作物增产,T1与T2的水稻平均增产9.24%和10.37%,小麦增产10.11%和11.51%。     

沿黄地区盐碱地种植水稻土壤理化性质的比较

土壤盐碱化是一个世界性的问题,中国盐渍土面积为3. 47×105 km2(不包括滨海滩涂) [1]. 陕西省沿黄地区分布有大面积盐碱地,该地区土地利用率极低. 盐碱地治理通常采用水利工程、化学改良和生物改良等措施[2-4] ,植物改良技术因具有费用少、见效快以及在改善大面积盐碱土的同时能获得经济效益等优点而受到广泛关注. 已有的在盐碱地区种植水稻(Oryza sativa Linn.)的研究集中在不同改良剂对盐碱地的改良效果及对水稻产量的影响,盐分胁迫对水稻生长的影响以及作物收获还田后对盐碱地的改良等方面[5-7]. Hussain等[8]研究了水稻在盐碱地的耐盐机制;罗新正等[9]认为,连续多年采用种稻模式进行单纯性洗排盐碱可明显降低松嫩平原盐碱地表层土壤的含盐量.     

基于时序突变检测的植被空间变化特征识别方法——以海河北部山区为例

长时序植被变化趋势分析是分析植被生长与退化状况的主要手段之一,但难以精细揭示分析时段内植被变化动态的时空特征。将归一化植被指数(NDVI)时序突变检测与趋势分析结合起来,建立了精细识别植被空间变化特征的方法,并以海河北部山区为案例,开展了实证研究。案例分析结果表明:2000—2018年间,海河北部山区有78.1%的区域NDVI发生了突变,其中1.7%的面积发生退化。应用基于时序突变检测的植被变化识别方法进一步发现:植被变化在2011年出现突变拐点,突变前(2000—2011年)在西北草原区和东南林农区存在1.6%的显著退化,突变后(2011—2018年)在东部林农区存在1.2%的显著退化。分析表明,海河北部山区植被整体改善与气象因子的关系不大,局部恶化则是气象因子与人类活动共同作用的结果。与常规长时序植被变化趋势分析相比,基于时序突变检测的植被空间变化特征识别方法揭示了评估时段内植被空间变化的动态趋势,可为明确区域植被的变化以及差异化的植被恢复策略提供决策信息。