区县域尺度土壤全氮的空间分布格局分析

以赤峰市敖汉旗为研究对象,以实测数据为基础,采用地统计学与典范对应分析相结合的方法研究县域尺度土壤全氮的空间分布格局及其影响因素。结果表明:0—100 cm深度土壤全氮含量在0.43—0.68 g/kg范围变化,土壤全氮平均含量随着土壤深度的增加而降低,其水平分布均呈现为南高北低的分布特征,低值区集中呈片状分布在研究区的东北部,高值区呈岛状分散于研究区的南部区域。各层土壤全氮均属于中等强度的空间相关性,随着土壤深度的增加,随机因素对全氮空间变异的影响作用逐渐减弱,其空间最大自相关距离也随着土壤深度的增加而逐渐减小。各环境因素对土壤全氮含量的影响程度由高到低表现为海拔>NDVI>粘粒含量>土壤容重>坡度,土壤粘粒和NDVI与表层土壤的相关性更高,海拔对60 cm以下土壤全氮的影响更加显著。     

人工恢复黄河三角洲湿地土壤碳氮含量变化特征

为阐明湿地恢复对土壤碳氮含量的影响,本文以黄河三角洲芦苇湿地为研究对象,比较了退化区与连续淡水恢复区土壤pH值、盐分、有机碳、全氮、氨态氮、硝态氮的含量变化,研究结果表明,（1）随着恢复年限的增加,各样地各层土壤pH值总体上降低,电导率显著降低（P < 0.05）,表明退化湿地的人工恢复可明显降低其盐度;恢复区上层（0—20cm）土壤盐分均低于下层（20—40cm）,未恢复区则相反;（2）随着恢复年限的增加,0—20cm土壤有机碳、全氮含量增加,分别由恢复前的（7.710?0.756）g/kg、（0.66?0.021）g/kg增加到恢复7a后的（16.96?0.213）g/kg、（1.277?0.027）g/kg,恢复区有机碳、全氮含量在空间上的变化表现为上层大于下层;（3）各样地硝态氮含量均低于氨态氮含量,碳氮比值介于4—8之间;（4）相关分析表明,湿地恢复后土壤各因子间有显著的相关性,有机碳与全氮两者显著正相关,氨态氮与pH、盐分、有机碳、全氮均达到极显著正相关关系（P < 0.01）。该研究结果对于评估湿地恢复效应,指导湿地恢复的实践具有重要作用。     

基于激光雷达数据的森林表层土壤机质空间格局反演

森林土壤是陆地生态系统的主要碳库,其有机质含量是估算碳储量的基础数据,也是评价土壤碳汇功能的重要指标.利用2009年8月采集的凉水自然保护区激光雷达(LiDAR)数据和55块固定样地土壤有机质含量数据,结合偏最小二乘算法,反演森林表层土壤有机质的空间格局,提取并筛选出与土壤有机质分布相关的变量,分析并确定变量(强度、点数、高程、坡度和坡向)值与土壤有机质含量的相关关系,建立土壤有机质含量的预测模型并检验.结果表明:研究区域表层土壤有机质含量与强度、点数和高程3变量呈极显著相关(r分别为0.765、0.423和0.475);基于此3变量的预测模型对研究区域表层土壤有机质含量的预测结果可靠(精度83.3％,R2=0.725,RMSE=1.955).研究区林缘和郁闭度较小林分的表层土壤有机质含量＜100 g·kg-1;大部分区域表层土壤有机质含量为I00～ 150 g·kg-1,少部分区域为150 ～318.4 g· kg-1.     

沈抚石油污灌区土壤有机质空间分布

利用GIS技术对沈抚灌区土壤有机质的空间分布规律进行了研究,并分析了其影响因素.结果表明:土壤有机质含量沿灌渠上游至下游逐渐减少,且在垂直灌渠方向上,距灌渠越远,含量越低,表层土壤有机质含量显著高于亚表层(平均值为亚表层的1.7倍);沈抚灌区土壤有机质空间分布受土地利用方式、污灌形式和污灌年限影响;水田有机质变异系数大于旱田,随灌渠水流的流向,土壤中有机质含量逐渐减少,在下游地区存在异常区;土壤有机质含量随污灌年限的增长而上升,污灌36-50年的水田表层和亚表层有机质含量是其它年限的1.71-2.36和2.51-2.87倍,旱田表层有机质含量在污灌16年后变化不大,保持在3.2%-3.6%.     

黄淮海冲积平原区土壤有机质时空变异特征

通过分析124个样点1980年和2000年耕层土壤的有机质含量,研究了黄淮海冲积平原区河北省曲周县土壤有机质的时空变异特征,研究结果表明,该县目前土训有机质含量平均为12.89g/kg。与1980年相比较增加了4.11g/kg,年均增加0.21g/kg。但因各农户施用有机肥量的不同和管理水平的差异。占全县耕地面积6%的土壤有机质含量不升反降,县内各区域有机质的增长趋势为西南部和东南部高于中部和北部,潮上,盐土和褐土2000年有机质含量分别比1980年增加45.51%,82.48%和68.57%。     

盐渍化灌区土壤盐分的时空变异特征及其与地下水埋深的关系

土壤盐分空间变异特征和地下水埋深状况是指导灌区合理用水和防治土壤盐碱化的重要依据。运用经典统计学和地质统计学方法,结合GIS技术,分析了河套灌区沙壕渠灌域0-20 cm、20-40 cm、40-60 cm土壤EC值的空间变异特征及地下水埋深对土壤盐分分布的影响。结果表明:沙壕渠灌域土壤盐分Cv值在不同灌溉时期和不同土壤深度均大于36%,表现为强变异特征;各灌水时期和不同土壤深度土壤EC值均表现为中等强度的空间自相关性,表层0-20 cm土壤空间自相关程度最高;秋浇前不同层次土壤EC值的空间分布在灌域内从南到北呈增大趋势,秋浇后土壤含盐量的高值区在西北部或东北部;土壤盐分受地下水埋深影响显著,灌域内地下水埋深南深北浅,土壤盐分随地下水埋深的增大而减小,二者之间满足指数关系。因此,应采取合理措施控制地下水埋深,防止区域土壤盐渍化加剧。     

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。     

禹城市耕地土壤盐分与有机质的指示克里格分析

针对目前黄淮海平原盐渍土改良区存在的土壤盐碱、瘠薄等障碍问题,以该区域典型县域禹城市为研究对象,综合运用GIS和非参数地质统计学的指示克立格法,对0-20 cm深度的耕地土壤盐分和有机质的空间变异性进行了分析,并给出了土壤盐分和有机质满足一定阀值条件的概率分布图。结果表明,土壤盐分和有机质采用指示克里格方法都可以获得较为稳健的变异函数;受结构性因素与随机性因素共同影响,它们的指示半方差均表现为中等强度的空间自相关性,且单元指示克里格与多元指示克里格插值结果表明,土壤盐分、有机质的概率分布存在空间上的规律性与相似性;在空间分布上,研究区域土壤盐分含量高和有机质含量低的高概率区域主要分布在西北部的张庄镇、西部的房寺镇以及南部的莒镇乡等地区,该区域有一定的次生盐渍化风险;而土壤盐分含量高和有机质含量低的低概率分布区域主要分在徒骇河流经的河滩高地,土壤类型为褐土化潮土,是研究区域的主要高产区,基本无盐渍化。研究获取的综合指示概率分布图和概率风险评价对土壤可持续利用管理具有重要意义,为区域土壤质量的提高和土壤障碍因子消减提供参考。     

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。     

黄土区采煤塌陷对土壤全氮和有机质含量空间变异性的影响

煤矿开采导致地表塌陷,并改变原有土壤肥力性质。为了更好地开展矿区土地复垦,进行土壤重构和植被重建工作,必须要对塌陷区土壤养分状况进行分析。本研究以山西省朔州市平鲁区安家岭3号井工矿塌陷稳沉区为对象,分层采集原地貌、塌陷区1、塌陷区2和塌陷复垦区的土壤样品,测定不同区域土壤全氮和有机质含量,采用经典统计学和地统计学方法研究了土壤全氮和有机质含量的空间变异性。结果表明:垂直方向上,塌陷区表层0~20 cm土壤全氮和有机质含量小于原地貌,但20 cm以下土壤,塌陷区全氮含量大于原地貌,塌陷区有机质含量小于原地貌。塌陷复垦区的有机质含量大于塌陷区,但塌陷复垦区各层次土壤全氮含量与塌陷区相比,没有呈现一定规律。塌陷增加了土壤有机质和全氮含量在水平方向的分异程度,而土地复垦则降低了土壤有机质和全氮含量在水平方向的变异性。本研究可以为黄土区采煤塌陷地复垦提供一定的理论依据和技术支持。     

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。     

基于样带的滨海盐碱地土壤养分和盐分的空间变异

在黄河三角洲北部刁口黄河故道盐碱地设置一条南北土壤样带,采用地统计学方法分析土壤养分指标(有机质、全氮、有效磷、速效钾)和全盐含量的空间分布规律及其影响因素.结果表明:研究区土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾和全盐含量的块金系数分别为0.38、0.40、0.50、0.32和0.34,5个土壤指标均具有中等的空间相关性;样带上土壤有机质和全氮含量的分布趋势基本一致,土壤速效钾与全盐含量的分布具有很强的相关性,土壤有效磷含量呈波动式的空间分布.综合土壤有机质和全盐含量,将样带土壤划分为盐大肥低型、盐大肥高型、盐小肥高型3种类型.研究区各土壤指标的空间分布格局与成土母质、土地利用方式、距海距离、道路阻隔等因素密切相关.     

不同干扰程度下土壤有机质空间最优插值法研究

选择最优空间插值方法对明确不同干扰程度下干旱区土壤有机质空间分布规律具有重要意义。通过对新疆阜康市土壤采样分析,分别运用普通克里格法(Ordinary Kriging, OK)、反距离权重法(inverse distance weight, IDW)、径向基函数法(radial basis function, RBF)、局部多项式法(local polynomial, LPI)4种插值方法,描述不同人为干扰程度下干旱区土壤有机质空间分布特征,以探讨其最优空间插值方法。结果表明:①随干扰程度增加,土壤有机质含量降低,空间变异性由弱到中等,变异系数由9.27%增加至28.7%;同时,土壤有机质空间自相关性逐渐降低,从无人为干扰区、人为干扰区到重度人为干扰区分别呈强烈、中等、弱相关关系,即干扰程度越强受随机因素作用越大。②虽然4种方法的插值精度均随干扰程度的增强而降低。但OK法在空间结构性较强的无人为干扰区插值效果最好,R~2为0.625;在人为干扰区及重度人为干扰区RBF法的插值精度均最高,R~2分别为0.562和0.434。该结果为寻找适合于不同干扰程度下干旱区土壤有机质的空间插值方法提供一定的科学参考。     

基于沿海蝗区飞蝗卵块分布格局的土壤空间异质性

以沿海蝗区南大港水库为研究区域,通过连续2a野外450m,50m规则栅格取样,利用地统计学方法,在GIS平台下,分析东亚飞蝗卵块分布格局与土壤空间异质性的研究,结果表明：（1）飞蝗卵块呈斑块、聚集分布,并具有明显的空间异质性,其空间自相关范围为390m,且主要分布在南大港水库的中部和东部,少数分布在南部,而在西部和北部地块几乎没有卵的分布。（2）研究区域内土壤含盐量和5cm含水量由空间自相关引起的空间异质性分别占总空间异质性的76.15%、78.04%,即表现出较强的空间相关性,空间自相关范围分别为594m,621m,土壤有机质和pH值具有中等强度的空间相关性,由空间自相关引起的空间变异分别为61.85%和57.19%,空间变异尺度分别为1014m,1368m。（3）研究区域内卵块主要集中在土壤含盐量较低（〈1.9%）、含水量适中（10.1%~29.9%）的中部和东部地块,而在土壤含水量较高（〉30%）的西部和盐分过重（〉3%）的北部几乎没有卵块的分布。即在一定程度上,蝗区土壤理化特性的空间异质决定了飞蝗卵块的空间分布特点。（4）卵块和土壤理化特性的空间格局图不仅为野外抽样调查、蝗灾预测预报及其防治提供科学依据,而且对蝗区环境改造具有重要指导作用。     

北方农牧交错带土地利用类型对土壤养分分布的影响

对北方农牧交错带多伦县5种土地利用类型进行118个土壤样点分析表明,农田土壤养分含量最低,草地含量处中等,林地含量最高.分别对4种不同土地利用类型在4种＞15.坡的小流域进行布点采样,研究不同土地利用结构对土壤有机质、速效磷、速效氮和全氮的影响.结果表明,在垂直方向上,由坡底到坡中到坡顶,对应的耕地-草地-林地土壤养分要比对应草地-林地-耕地这一土地利用类型中土壤营养元素含量高出1倍左右,说明此种土地利用类型具有较好的土壤养分保持能力,从而优化出最适合当地的土地利用类型,为改善生态环境、提高当地经济效益提供科学依据.     

作物种植前后土壤有机质及养分因子的空间变异分析

以作物土壤试验数据为基础,结合多年的农户调查数据,采用Moran's I指数分析、Pearson相关系数分析和Kriging插值3种地统计学方法,探讨了浙江省浦江县作物种植前后土壤有机质及氮磷钾等养分因子的空间演化规律。研究发现Moran's I指数分析证实随着区域范围的加大,各因子间自相关程度产生较大差异。这一点在Pearson相关系数分析中也得到证实,并在kriging插值图中直观表达。结果还表明:有机质和碱解氮的形成与水的关系较为密切,水源区两因子的含量较周边高,且会促进前者向后者转化。养分投入后,过多的养分在土壤中降解过程与区域自然环境条件的关系较密切。同一作物的农户养分投入在不同区域差异较大,不同作物的农户养分投入在区域内却存在量的相关。     

广东新会地区耕地土壤肥力指标的时空变异性

运用地统计学,结合GIS技术研究了近20年广东新会地区土壤pH值、有机质、全氮和全磷等4种土壤肥力指标的时空变异规律.样本的t检验以及Kriging插值结果表明,2003年调查的土壤pH值和有机质含量比1982年显著减小,而全氮和全磷含量显著增加.4种土壤肥力指标的空间分布特征也不同程度地发生了变化.研究区域大部分地区pH值呈减小趋势;研究区域中部银洲湖两岸、南部和西北部的部分地区有机质含量呈升高趋势,其余地区呈降低趋势;研究区域的大部分地区全氮含量呈增加趋势;整个研究区域全磷含量基本上呈增加趋势.     

喀斯特峰丛洼地土壤有机质的空间变化及其对干扰的响应

通过网格(10 m×10 m)取样,运用地统计学方法研究了喀斯特峰丛洼地4类典型干扰区表层土壤（0～20 cm）有机质的空间变异、分布,及其生态学过程和机制.结果表明:随着干扰强度降低,植被由农作物(Ⅰ)—人工林(Ⅱ)—次生林(Ⅲ)—原生林(Ⅳ)顺向演替,土壤有机质逐步提高,且达到了显著水平(P＜0.05).4类干扰区均具有良好的空间自相关性,不同干扰区空间变异特征不同,除Ⅲ类干扰区土壤有机质半变异函数优化符合指数模型外,其他3类干扰区均符合高斯模型;Ⅰ类区土壤有机质的空间自相关呈中等程度,C₀/(C₀+C)值达26.5%,其他3类干扰区C₀/(C₀+C)值在9.0%～22.6%,呈强烈的空间相关性;由于人类干扰强烈,Ⅰ和Ⅱ类区呈低能量匀质状态,变程及空间自相关范围较大,Ⅳ类区植被覆盖率较高,变程也较大;Ⅲ类区干扰强度中等,植被类型多且分布不均,变程最小;Ⅱ和Ⅳ类区的分维数（D）值较小,土壤有机质的空间依赖性较强;而Ⅰ和Ⅲ类区D值较大, 土壤有机质空间分布的随机变异较大;Ⅰ和Ⅱ类区土壤有机质呈单峰分布,Ⅲ类区土壤有机质呈凹型分布,Ⅳ类区呈凸型分布.减少干扰是喀斯特峰丛洼地脆弱生态系统土壤质量改善、植被迅速恢复及生态重建的重要保障.     

基于GIS和地统计学的稻田土壤养分与重金属空间变异

以湖南省长沙县北山镇3.56 hm²的水稻田为研究区域,基于网格法(25 m×25 m)等距离取样,采用GIS和地统计学相结合的方法,对研究区土壤耕作层(0～20 cm)的pH值、有机质、全氮、速效磷、阳离子交换量(CEC)与3种典型重金属元素Cd、As、Pb的空间变异特征进行了定量分析.结果表明: 研究区内土壤pH值和Pb含量表现为弱变异,其他各项指标均表现出中等强度变异,变异顺序的大小为:速效磷＞Cd＞全氮＞有机质＞CEC＞As＞Pb＞pH.半方差检验结果表明,有机质、速效磷、As的半方差函数的最佳拟合模型为指数模型;pH、全氮、CEC、Cd和Pb的最佳拟合模型为球状模型;除CEC呈中等空间相关外,其余指标均表现出强烈的空间相关.克里格插值分析表明: pH、全氮、CEC、Pb呈斑块状分布;有机质、速效磷、Cd、As呈块状和带状分布.植被、地形和人类活动是造成研究区土壤养分与重金属格局差异的主要因素.相关性分析表明,部分土壤养分与重金属含量的相关性达到显著水平,其中pH与有机质、Cd与Pb的相关性达到了极显著相关水平.