农田表层土壤镉的典型空间插值方法对比研究

空间插值对于土壤重金属空间分布和污染评价具有重要意义, 以广东省广州市某地区农田表层土壤重金属镉的调查监测结果为例, 选取具有代表性的反距离加权、径向基函数、普通克里金、简单克里金、泛克里金5 种空间插值方法, 进行空间插值及土壤等级划分, 比较不同插值方法结果精度, 分析不同插值方法结果差异。研究结果表明: 不同插值方法识别的土壤镉浓度空间分布特征和土壤等级划分存在差异, 主要体现在局部极值向外过渡区域存在较大不确定性, 其中径向基函数精度最高, 克里金插值法对数据存在“压缩”效应较强。因此, 在开展土壤重金属污染调查时应考虑土壤重金属样本数据特征和空间结构特征, 选择合适的插值模型, 并适当加大土壤重金属浓度过渡区域采样密度。     

土地利用变化对沙地土壤全氮空间分布格局的影响

利用经典统计学和地统计学相结合的方法,分析了科尔沁沙地东南缘草地和8年前开垦的耕地土壤全氮含量和空间分布格局．结果表明,草地与耕地表层(O～10cm)土壤全氮含量差异不显著,亚表层(10～20cm)含量差异显著(P     

关帝山云杉天然更新与土壤有效氮素异质性的空间关联性

在山西关帝山华北次生林分布区选择云杉针叶林和云杉、杨、桦混交林为研究样地,应用地统计学理论和格局分析方法,分析了该地区云杉天然更新的空间格局及结构特征;运用地统计分析中的变异函数分析方法定量分析了样地土壤氮素的空间异质性特征.采用GIS叠加分析和统计分析方法,定量评价云杉更新苗分布格局和土壤有效氮素空间异质性之间的空间关联程度,以了解森林土壤氮营养生境的异质性对云杉幼苗更新的影响.结果表明：1）在云杉针叶林中,云杉更新苗分布呈空间斑块状格局,且表现出自相关空间变异特征;在云杉、杨、桦混交林中,云杉更新苗空间分布格局呈集聚分布特征,但表现为随机性的空间变异.2）云杉针叶林土壤氮素含量相对低,有效氮含量空间异质性特征明显,空间结构性变异所占比例较大;混交林土壤氮素含量相对高,有效氮呈随机性变异特征.3）在土壤氮素含量相对低的云杉针叶林中,云杉更新苗分布格局与土壤有效氮异质性之间存在较明显的空间关联性,在土壤NH₄⁺-N含量相对高的斑块中,云杉更新苗发生数量多.在土壤氮素含量相对高的混交林,云杉更新苗空间分布与土壤有效氮异质性之间的空间关联性不明显.     

沣河沿岸土壤和优势植物重金属富集特征和潜在生态风险

测定陕西省沣河沿岸32个土壤样品和16个优势植物样品中Cr、Cu、Mn、Pb、Zn和Ni 6种重金属元素的含量,并结合数据统计与GIS制图,对土壤和植物中重金属的空间分布、富集特征及潜在风险进行分析。结果表明沣河中下游沿岸土壤和植物中Cr、Mn、Pb、Zn和Ni含量空间分布呈明显富集。土壤中Cr、Mn和Pb的几何均值分别为92.1、611.1和32.9 mg/kg,均高于陕西省土壤元素背景值;植物中Mn、Zn含量在正常范围内,Cr、Cu、Ni含量部分超标,Pb含量整体较高,地上部分对Pb的积累量达到15.5 mg/kg,约为正常情况下的7.8倍。本研究中马齿苋、艾蒿、芦苇和水蓼四种植物生物量大,对这六种重金属富集能力均较强,可作为该地区耐重金属植物。沣河沿岸土壤和植物中重金属污染值得关注。     

基于序贯指示模拟的农田土壤重金属风险区域识别

农田土壤重金属的日益累积已对农作物安全、生态环境和人类健康造成严重威胁,高效、精确地识别农田土壤重金属风险区对农田的环境保护、污染预警和风险管控等有重要意义.以广州市增城区为研究对象,共采集204个农田土壤样点,测定了铜(Cu)、锌(Zn)、铅(Pb)、镉(Cd)、铬(Cr)、砷(As)和汞(Hg)7种重金属含量.针对实际采样数据中存在异常值与偏态分布,以及传统克里格法存在的平滑效应等问题,将序贯指示模拟引入农田土壤重金属的风险识别中,与常用识别方法进行比较,并根据Hakanson风险指数评价进行风险区划.结果表明:(1)对比普通克里格法,在精度相似情况下,序贯指示模拟法较为精细地模拟了重金属的空间分布,平滑效应低,预测的细节表现好;对比指示克里格法,其在划分风险区域时的不确定评估中准确度较高,其误判率仅为4.9%~17.1%,表明其能更好地适用于模拟农田土壤重金属的空间分布和风险识别;(2)增城区的农田土壤重金属均未超标,但在南部的极少数区域存在潜在中等风险,主要成因是包括企业生产、人类活动和河流沉积物等.本研究以序贯指示模拟为基础,有效克服了传统克里格法存在的异常值信息丢失和平滑效应问题,结合Hakanson风险指数法,为非均匀采样的土壤重金属空间风险的识别提供一种新的尝试.     

基于小流域尺度的土壤重金属分布与土地利用相关性研究——以厦门市坂头水库流域为例

人类活动改变流域集水区土地利用方式同时提高了土壤重金属水平,并影响地表水重金属负荷。以具有明确地理边界的流域作为研究单元可能实现计量区别不同人类活动或因其引起的土地利用方式对土壤重金属空间分布及其环境风险的贡献。但不同人类活动及其改变的土地利用方式对土壤和地表水重金属负荷的相对贡献研究缺乏可操作性方法论。以我国典型的山塘水库小流域—福建省厦门市坂头水库流域为例,结合遥感影像解译、野外土壤重金属水平调查和GIS地统计方法,针对小流域尺度土壤重金属空间分布及其环境风险与土地利用方式相关性研究进行方法论的探索。坂头水库流域覆盖205km2,土地利用类型有林地、农业用地、城镇用地、绿地和水面等5大类。按照不同土地利用类型覆盖面积为权重,以统计最小样本数为准则,在该流域内共采集150个表层土壤样品,针对6种具有人为源特征重金属(Cu、Zn、Pb、Cr、Ni、Cd)土壤总量及富集水平进行分析,以潜在生态风险指数评价流域土壤重金属风险,并结合土地利用类型分析了其空间特征。结果表明:与林地和绿地相比,城镇用地和农业用地表层土壤重重金属水平显著较高;土壤重金属富集水平及其潜在生态风险依次为:城镇用地农业用地绿地林地;城镇化加重了流域土壤重金属Cu、Zn和Cd的污染风险;土壤Pb富集水平与土地利用方式无关,可能为大气沉降来源;所有土地利用方式土壤Cr和Ni总量低于区域土壤背景值,但城镇用地的富集指数显著高于林地。基于土地利用方式的反距离加权空间插值(LU-IDW)也清晰地揭示了土壤重金属富集及其潜在生态风险与人类活动密切相关,尤其是城镇化。以野外调查结合遥感卫星图像解译和基于土地利用方式的空间插值的研究方法有效地揭示了研究流域土壤重金属的空间分布特征及其潜在风险评价空间模式,为小流域尺度的环境质量演变研究提供了方法论和案例。     

三亚市果蔬地重金属空间分布及其污染评价

通过野外调查采样,采用标准对比法和地累积指数法,评价了三亚市果蔬地表层土壤重金属的污染状况。结果表明:土壤中Hg、Cd、Cr、Pb和As5种重金属的积累不显著,其平均值均未超过国家环境质量二级标准(GB15618-1995);但Hg、Cd和Pb的平均值高于海南岛农用地的自然背景值,表明存在区域轻度污染;Cr、Hg、Pb和As4种重金属元素的变异系数均>1,表明土壤中Cr、Hg、Pb和As的分布极不均匀。同时,利用地理信息系统(GIS)Krging插值方法得到了5种重金属的空间分布图,显示出不同重金属元素的空间分异特征,为三亚市果蔬地的可持续开发利用提供指导。     

崇明东滩盐沼土壤重金属含量的高光谱估算模型

高光谱遥感技术现已被广泛应用于地表矿物成份的识别以及它的含量、植物化学成份的估测,土壤调查等方面的研究。利用地物光谱仪测定了长江口崇明东滩盐沼土壤的光谱信息,根据EO-1卫星Hyperion高光谱仪的波段设置,提取各波段平均波长的光谱反射率,并结合实验室实测的土壤重金属含量,应用偏最小二乘法(PLS),预测盐沼土壤重金属含量。结果表明,盐沼土壤重金属Zn、Cr、Cu预测值与实测值相关系数分别达到0.822**、0.761**和0.775**,均为极显著相关,其实测值与预测值的平均相对误差为4%、3%和4%。研究结果可以为高光谱遥感技术反演盐沼土壤重金属含量,进一步应用空间或航空遥感进行大尺度环境污染遥感、遥测信息提取和反演提供技术支撑。     

交通要道重金属污染对农田土壤动物群落结构及空间分布的影响

为了解交通要道重金属对路边农田土壤动物群落结构及空间分布的影响,分季节分层次对104国道浙江上虞段周围农田5条样带及1条对照样带进行取样调查,共获得土壤动物4046个,计50个类群,隶属于4门7纲,弹尾目、前气门亚目、甲螨亚目为优势类群,其余为常见类群和稀有类群。同时测定了采样带土壤理化性质和重金属含量,结合类群特征指数,研究农田土壤动物群落结构特征以及土壤动物对土壤重金属污染的响应。结果表明,6条样带土壤理化指标全磷和pH、重金属各因子差异显著(P0.05),公路周围重金属含量明显高于对照和土壤背景值,随着采样距104国道的距离的减小,土壤动物的类群数和个体数呈现减少的趋势,在土层垂直分布上,并呈现表聚性减弱的现象。灰色关联分析表明,在调查样带中全磷对土壤动物的影响最大,土壤pH次之,其次是铅、铬的影响,锌的影响最小。土壤理化指标全磷和pH对农田土壤动物的影响大于土壤重金属,但重金属对污染样带土壤动物群落结构的影响已不能忽视。     

阜新市农田土壤重金属含量及其分布特征

通过对辽宁省阜新市城郊区县180处农田土壤的取样调查分析,初步了解了农田土壤重金属As、Cu、Zn、Ni的含量特征及其空间分布,并探讨了当地矿业开采活动对农田土壤重金属积累及空间分布的影响.结果表明,研究区域内农田土壤Cu、Zn和Ni的几何平均含量均高于背景值,且这3种重金属存在普遍累积的现象;不同种植类型土壤中,菜地土壤Cu、Zn、As含量显著高于粮田,且重金属积累更为明显;4种重金属的空间分布均呈城区高于郊县的趋势;重金属含量较高的区域与矿山开采区域基本重叠.研究区域内采矿活动是农田重金属的重要来源,同时畜禽养殖业所产生的畜禽粪便可能对农田土壤中Cu、Zn和As的增加有一定作用.当地农牧业生产和布局应适当考虑土壤污染的风险.     

Mapping abundance distribution of small pelagic species applying hydroacoustics and Co-Kriging techniques

Hydroacoustic technology provides ground tools for the estimation of abundance and spatial distribution of pelagic species. The final products of such surveys, the interpolated choropleth maps, are based on a Geostatistical analysis of the acoustic measurements to minimise, as much as possible, the interpolation error, and to quantify uncertainty. The current study is based on fisheries acoustic measurements and satellite images covering the sea area of Thermaikos Gulf over the years 1996, 1997 and 1998. Spatial interpolations describing the abundance and distribution of small pelagic species in the research area, as well as sea surface temperature (SST), Chlorophyll-a content (SSC) and average depth, were produced, based on Ordinary and Universal Kriging and Co-Kriging Geostatistical methods. The results of the Geostatistical analysis showed that the Co-Kriging spatial interpolation method produced the best results regarding fish abundance when SST and average depth variables were included in the model. The latter indicates that there is an existing spatial cross-correlation between fish abundance and the environmental variables. Consequently, the potential reduction of the overall error in the estimation process, as presented in this study, is very significant, particularly with regard to error reduction in stock assessment and management. Guest editor: V. D. Valavanis Essential Fish Habitat Mapping in the Mediterranean     

In Situ Spatial Patterns of Soil Bacterial Populations,Mapped at Multiple Scales,in an Arable Soil

Very little is known about the spatial organization of soil microbes across scales that are relevant both to microbial function and to field-based processes. The spatial distributions of microbes and microbially mediated activity have a high intrinsic variability. This can present problems when trying to quantify the effects of disturbance, management practices, or climate change on soil microbial systems and attendant function. A spatial sampling regime was implemented in an arable field. Cores of undisturbed soil were sampled from a 3 × 3 × 0.9 m volume of soil (topsoil and subsoil) and a biological thin section, in which the in situ distribution of bacteria could be quantified, prepared from each core. Geostatistical analysis was used to quantify the nature of spatial structure from micrometers to meters and spatial point pattern analysis to test for deviations from complete spatial randomness of mapped bacteria. Spatial structure in the topsoil was only found at the microscale (micrometers), whereas evidence for nested scales of spatial structure was found in the subsoil (at the microscale, and at the centimeter to meter scale). Geostatistical ranges of spatial structure at the micro scale were greater in the topsoil and tended to decrease with depth in the subsoil. Evidence for spatial aggregation in bacteria was stronger in the topsoil and also decreased with depth in the subsoil, though extremely high degrees of aggregation were found at very short distances in the deep subsoil. The data suggest that factors that regulate the distribution of bacteria in the subsoil operate at two scales, in contrast to one scale in the topsoil, and that bacterial patches are larger and more prevalent in the topsoil.     

基于地统计学和CFI样地的浙江省森林碳空间分布研究

基于浙江省2009年CFI固定样地数据、森林资源规划设计调查林相图,利用地统计学方法对浙江省森林碳空间分布进行了模拟分析。结果表明,CFI固定样地数据用于省域范围的森林碳汇空间特征研究是合适的。数据显示,浙江森林植被平均碳密度为22.07Mg/hm2;与四川、福建、海南等地相比,平均碳密度较低。受人类活动、自然环境等因素影响,浙江省森林碳分布主要表现为:总体上森林碳密度空间变化趋势自西向东逐渐降低,与自然空间(海拔、地势等)趋势一致。基于地统计学和CFI固定样地,对省域范围的森林资源空间分布的研究,可以为省域森林碳汇管理提供依据,为我国特别是亚热带南方集体林区利用国家CFI数据进行大区域同类研究提供借鉴。     

Spatial variation of arbuscular mycorrhizal fungi in two vegetation types in Gurbantonggut Desert

Geostatistical techniques were used to assess the spatial patterns of spores densities and biovolume of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) in soils from two contrasting vegetation communities: an Ephedra distachya-ephemeral plant vegetation community and an Eremurus anisopteris vegetation community. Also evaluated the relationship between the spatial distribution of spore densities and biovolume of AMF and soil properties. Spatial dependence of spore densities and biovolume of AMF were exhibited further by kriged maps. The results showed spore density and biovolume indicated strong spatial autocorrelation and a patchy distribution within both sites. However, the patch size of genera and biovolume of AMF differed between the two communities. The correlation between distribution of spore and biovolume of AMF and distribution of soil parameters was expressed by Spearman rank-correlations coefficients. These results suggest that spore or biovolume distribution of AMF was affected significantly by some soil properties.     

The assessment of soil contamination by heavy metals using geostatistical sequential Gaussian simulation method

Soil contamination by heavy metals is continuously increasing with a great attention in the world. Because, these elements negatively affect living life and the ecosystem. A total of 652 surface soil samples were collected at 100, 200, 400 m regular grid intervals from the study area in Turkey. The observed data does not show normal distribution. Cell declustering was done due to fact that data are not normal. Directional experimental semivariogram of the Cu and Ni showed that both geometric and zonal anisotropy exists in the data. Pb, Zn, Cr and Ba are qualified with omnidirectional experimental semivariogram models. The semivariograms characterized by spherical and Gaussian models of the elements were achieved. Geostatistical sequential Gaussian simulation (SGS) was applied to the study. A hundred simulated realizations depicted the spatial distribution and uncertainty of the elements in the site using a probabilistic approach which produced maps of the heavy metals. These maps showed contaminated and uncontaminated areas in the study site. The results revealed that 23%, 27%, and 24% of the study area at 60% probability were contaminated by the heavy metals including Cu, Cr, and Ni respectively. SGS results have been verified by a number of tests.     

黄土丘陵区林草景观界面雨后土壤水分空间变异规律

对黄土丘陵区刺槐林-草地景观界面上雨后土壤表层(0～10 cm)和亚表层(10～20 cm)水分的空间变异规律进行了研究.经典统计学分析表明,草地两层的土壤含水量分别高于林地;林草界面两层的土壤含水量均为弱变异程度,并具有明显的生态梯度.移动窗口法分析表明,林草界面对土壤表层和亚表层的水分影响范围为边界两侧4 m、3 m,影响域分别为8 m、6m.地统计学分析表明,草地两层土壤含水量空间分布均表现为纯块金效应,林地两层均可拟合成线性模型,而林草界面两层均可拟合成球状模型;林草界面土壤表层、亚表层水分空间依赖性和空间自相关较强,其空间结构异质性明显高于林地和草地.克立格制图描述的林草界面土壤水分的空间分布格局为从边界处向两侧的一定距离范围内,土壤含水量呈条带状分布,而在较远的距离,水分的空间分布呈现出几个明显的斑块状.     

粤北山地常绿阔叶林自然干扰后冠层结构空间异质性动态

以受2008年冰灾破坏的广东始兴车八岭山地常绿阔叶林为研究对象,采用半球面影像技术、地统计学的空间异质性和空间自相关分析方法,连续3年(2008-2010年)对林冠结构空间异质性动态进行了检测研究.结果表明:(1)从2008到2010年,林冠开度的平均值、标准差、变异系数、最大值、最大值和最小值的差值以及林冠结构的空间异质性均在逐渐减小,且后两年较为接近;(2)受灾当年冠层结构由随机因素造成,其半方差拟合函数属纯块金模型,后两年冠层结构则由结构性因素引起,其半方差拟合函数属球状模型;(3)受灾当年冠层结构不存在空间自相关;随着时间推移其空间自相关越来越强.说明冰灾后常绿阔叶林冠层结构在没有人为干预的情况下会逐渐恢复到灾前水平,体现出天然的空间分布状况.     

水稻与蔬菜/玉米邻作下稻纵卷叶螟幼虫和食虫沟瘤蛛的空间格局与变异

应用地统计学的原理和方法研究了水稻与白瓜、番茄及玉米等邻作生境内稻纵卷叶螟幼虫和食虫沟瘤蛛的空间格局与变异.结果表明:整个水稻生长过程中稻纵卷叶螟幼虫和食虫沟瘤蛛的空间分布基本为聚集分布,且两者的空间相关变程范围分别为1.91～182.57m和3.70～9.70m;种群密度的等值线图表明,两者在空间及时间上的吻合程度高,说明食虫沟瘤蛛对稻纵卷叶螟幼虫有较强的追随效应和控制作用;不同邻作模式下以白瓜邻作水稻田的控制效果最佳.     

稻水象甲在浙江和福建省扩散的空间格局分析

应用地统计学方法和GIS技术分析了稻水象甲在浙江和福建省早稻上的空间分布和动态（1993-2001）。结果表明：稻水象甲主要分布于沿海一带,其空间分布格局在所有年份均表现为聚集分布,并且这种分布格局随时间发生变化。在1993年该虫入侵面积大约为392100公顷,在以后的几年中其面积随时间而持续增加,至2001年达最大,为2533900公顷。稻水象甲起初沿海岸线向南扩散,接着向北,现在该虫已入侵约26个县和190个乡镇。通常,该虫在南部的为害重于北部,玉环、乐清、温岭等地发生最重。稻水象甲主要沿公路和水路扩散,这表明该虫的传播为人类活动所致,因此其扩散速率可以通过对国家和地区间的交通货运进行严格的检疫而得到控制。     

小菜蛾幼虫空间格局的地统计学分析

应用地统计学方法分析了小菜蛾Plutellaxylostella (L .)幼虫空间格局 ,建立了东西和南北 2个方向上多个半变异函数曲线模型。结果表明 ,在菜花 (Brassicaolenaceavar.botrylis)和早甘蓝 (Brassisaoleracea)地中小菜蛾幼虫种群的半变异函数曲线皆为球形 ,其空间格局为聚集型 ;小菜蛾幼虫在菜花上和在早甘蓝上的空间变程分别为 0 62～ 1 5 9m和 2 47～ 5 98m ,空间不连续性强度分别为 0 8779～0 9999和 0 862 1～ 0 91 2 4。