基于回归和地理加权回归Kriging的土壤有机质空间插值

基于地形因子与土壤有机质的相关分析,选取相对高程和汇流动力指数作为辅助变量.以普通克里格(OK)作对照,比较地理加权回归克里格(GWRK)与回归克里格(RK)在土壤有机质空间插值及制图上的精度与效果.结果表明:土壤有机质含量与相对高程呈显著正相关,与汇流动力指数呈显著负相关;经半方差分析,土壤有机质及其插值残差具有强烈的空间自相关;对验证集中98个样点的精度加以分析,RK法插值结果的平均误差(ME)、平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)较OK法分别降低39.2％、17.7％和20.6％,相对提高度(RI)为20.63,GWRK法插值结果的ME、MAE、RMSE较OK法分别降低60.6％、23.7％、27.6％,RI为59.79.与OK相比,考虑了辅助变量的RK和GWRK明显提高了插值精度;GWRK考虑了样点位置,成图效果更加精细,对土壤有机质的局部模拟效果优于RK.     

长白山低山区森林土壤有机碳及养分空间异质性

以吉林延边汪清林业局金仓林场境内森林土壤为对象,采用多元线性回归方法和地统计学回归克里格方法,研究了土壤有机碳及养分的垂直分布规律,预测了其空间分布,并对预测结果进行插值.结果表明: 0～60 cm深度土壤有机碳密度为(16.14±4.58) kg·m^-2.随土壤深度增加,土壤有机碳含量、有机碳密度以及土壤全N、全P、全K、有效P及速效K含量都呈减小趋势,其中不同土层间土壤有机碳含量、有机碳密度差异显著(P<0.01).0～60 cm土层土壤有机碳含量和碳密度的拟合方程中,地形因子中高程和坡向余弦值是最优的拟合因子,方程的决定系数分别为0.34和0.39(P<0.01).0～20和0～60 cm土层的半方差函数模型分别为高斯模型和指数模型,利用回归克里格插值方法得到土壤有机碳的空间分布图.与普通克里格法相比,回归克里格法的空间预测精度改进了18%～58%.利用回归克里格插值方法预测了土壤全N的空间分布特征.     

宁夏中宁枸杞林地粉壤土阳离子交换量空间分布预测方法对比

土壤阳离子交换量(CEC)是土壤施肥、改良的主要依据和土壤质量的评价指标,研究土壤CEC的空间分布及模型预测可为土壤养分监测、管理及精准农业实施提供科学依据。本研究以中宁枸杞林地粉壤土为对象,在自相关、交互相关等分析基础上,采用协同克里格(CoKriging)、普通最小二乘法(OLS)、地理加权回归(GWR)和随机森林(RF)模型对土壤CEC进行回归分析,比较了制图效果及模型预测精度。结果表明:中宁枸杞林地粉壤土CEC平均值为13.12 cmol·kg^-1,属中等肥力;土壤CEC的空间分布具有自相关性,并与土壤pH、有机质、黏粒和电导率在不同滞后距离上存在不同的空间相互关系; RF模型预测图避免了CoKriging、OLS和GWR模型预测图中土壤CEC图斑边界两侧破碎程度大、突变明显的缺陷,使土壤CEC在空间变化上表现为自然、平缓的过渡; RF模型RMSE值分别比CoKriging、OLS和GWR模型减少33.82%、20.55%和19.81%,R²分别提高8.84%、51.92%和7.69%。RF模型考虑了样点空间位置,明显提高了插值精度且...     

红壤区土壤有机质和全氮含量的空间预测方法

如何利用有限的土壤采样点准确预测土壤属性一直是研究的热点。近些年来,结合辅助信息的克里格空间插值应用广泛,但将土地利用类型信息作为辅助变量提高预测精度的研究鲜有报道。以中国南方红壤丘陵区的余江县为案例区,用网格法采集254个土壤样品,通过普通克里格(OK)和以土地利用方式为辅助变量的克里格(KLU)方法对土壤有机质(SOM)和土壤全氮(STN)进行空间预测,并通过102个验证点比较了两种方法的预测精度。分析表明KLU对SOM和STN的预测值与实测值的相关系数(rSOM=0.786,rSTN=0.803)明显高于OK(rSOM′=0.224,rSTN′=0.307);OK对SOM和STN的预测RMSE分别为12.48g.kg-1和0.64g.kg-1,而KLU的预测RMSE分别为6.86g.kg-1和0.37g.kg-1,仅为前者的55%和58%。可见,KLU对研究区SOM和STN的预测精度均大幅提高。同时分析也表明,KLU对不同土地利用方式SOM和STN预测精度的提高幅度存在差异,其中对旱地预测精度的提高幅度最大,对林地预测精度的提高幅度最小,水田则介于两者之间。研究表明,KLU是南方红壤丘陵区进行SOM和STN空间预测的现实和高效方法。     

基于协同克里格的橡胶园土壤速效钾空间变异性

选取有效变量的协同克里格方法能够提高县域尺度橡胶园土壤速效钾的空间预测精度,对橡胶树精准施肥管理具有重要意义。本研究以海南省白沙县橡胶园0～20 cm耕层土壤为对象,采用地统计学分析土壤速效钾的空间变异特征,运用相关分析筛选显著的特征变量,并比较不同变量的协同克里格(COK)空间插值精度。结果表明: 研究区土壤速效钾平均含量为44.65 g·kg^-1,总体处于缺乏状态;变异系数为52.6%,属中等变异强度;块金效应为12.5%,存在较强的空间自相关。有机质、高程与土壤速效钾含量关系密切,均呈极显著相关;有机质(COK₁)、高程(COK₂)、有机质+高程(COK₃)3种协变量的COK空间插值预测精度均高于普通克里格法(OK),交叉验证模型拟合精度为COK₁>COK₃> COK₂>OK;拟合精度与协变量选取的数量不呈正比,选取相关性更高的协变量更有利于反映区域土壤属性的空间异质性。研究区土壤速效钾含量具有西北部较高、中偏东部地区较低的分布特点。研究结果为今后开展橡胶园土壤钾素管理提供了理论依据。     

基于辅助环境变量的土壤有机碳空间插值——以黄土丘陵区小流域为例

利用普通克里格法(OK)、反距离加权法(IDW)、径向基函数法(RBF)、基于土地利用类型修正的普通克里格法(OK_LU)4种插值方法,对黄土丘陵羊圈沟小流域的土壤有机碳含量进行空间插值。预测结果的准确性通过Pearson相关系数(R),平均绝对误差(MAE),均方根误差(RMSE),准确度(AC)来评价。研究结果表明:(1)在前3种常规空间插值方法中,OK对刻画区域土壤有机碳的空间分布趋势效果最佳,其预测MAE值和RMSE值均为最小,Pearson相关系数(R)和准确度(AC)最大,说明其预测结果的准确性最好、预测的极端误差也最小;其次为RBF;IDW预测的效果最差。(2)OK_LU在空间特征表达方面能够更好地反映复杂地形区的局部变异,其插值结果的精度相比OK有一定程度的提高,其平均绝对误差(MAE)从0.900%降到了0.567%,均方根误差(RMSE)从1.101%降到了0.777%,Pearson相关系数(R)从0.4026提高到0.5589,准确度(AC)从0.9081提高到0.9505。综合比较,在黄土丘陵地区,OK_LU能使插值结果的精度有较大提高,是土壤有机碳空间制图的有效途径。     

土壤细菌多样性空间预测方法对比

为探索适合土壤微生物多样性的空间预测方法,本文以内蒙古中部赤峰市周边为研究区域,采集35个草地土壤样品,利用高通量测序技术,结合从相关网站获取的气候、植被和高程相关数据集,采用多元线性回归(MLR)、普通克里格(OK)、回归克里格(RK)和经验贝叶斯克里格回归预测(EBKR)4种方法,对土壤细菌多样性进行空间预测,并比较其预测精度。结果表明：干旱指数、年平均降水和净光合作用是解释土壤细菌多样性变化的最佳环境变量组合;4种方法预测的细菌多样性空间分布总体趋势相似,均表现为东南高西北低,但涉及回归的3种方法可以更好地反映细菌多样性的局部变异特征;MLR、OK、RK和EBKR的留一交叉验证决定系数(R~2)分别为0.408、0.439、0.476和0.638,ME分别为-0.065、0.033、0.017和-0.009,RMSE分别为5.23、5.04、4.95和4.05,表明OK的预测精度稍高于MLR,而整合了辅助环境变量的RK和EBKR的预测精度得到进一步提升,且由于EBKR克服了RK用单一半方差函数概括所有位置数据空间结构的局限性,其预测精度最高。综上可知,结合辅助环境变量并同时考虑空...     

基于地理加权回归克里格模型的帽儿山地区森林碳储量空间分布

森林碳储量对于全球气候变化具有重要影响,以往的模型估算未考虑到模型残差的空间相关性和碳储量数据的非平稳性,影响模型的预测精度.本研究基于东北林业大学帽儿山实验林场的ETM+遥感影像数据和193块固定样地,利用地理加权克里格回归(GWRK)建立森林碳储量与遥感和地形因子的回归模型,同时对比最小二乘模型(OLS)、地理加权回归模型(GWR)的预测精度.结果表明: 对于帽儿山地区的森林碳储量估算,GWRK的平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)低于OLS模型和GWR模型,GWRK模型的平均误差(ME)低于GWR模型,与OLS模型相近.GWRK模型的预测精度为83.2%,较OLS模型(73.7%)和GWR模型(77.3%)分别提高6%和10%,拟合精度明显提高,说明GWRK模型是森林碳储量估算的有效方法.利用GWRK模型预测的研究区森林碳储量平均值为70.31 t·hm^-2,在海拔较高的地区,森林碳储量值相对较高,说明海拔对其有较大影响.     

综合土地利用及空间异质性的土壤有机碳空间插值模型

土壤有机碳库是陆地碳库的重要组成部分,土壤有机碳库及其动态变化对陆地生态系统碳循环有着重要的影响.土壤有机碳密度(SOCD)是土壤碳储量的重要参数,也是评价农田土壤质量的重要指标,准确预测区域SOCD空间分布对发展精确农业有重要意义.本文使用江汉平原地区242个农田土壤样本数据,探究平原地区土地利用类型对SOCD空间分布的影响,以及当SOCD空间分布规律呈现空间异质性且存在空间异常值的情况下,虚拟变量回归克里格法(DV_RK)、均值中心化克里格法(MC_OK1)和中位数中心化克里格法(MC_OK2)这3种结合土地利用的克里格法在SOCD空间预测中的应用.结果表明: 土地利用方式的差异是研究区水田和水浇地SOCD存在空间异质性的原因之一,导致SOCD存在空间非平稳特征,降低了普通克里格法(OK)的预测精度;而DV_RK、MC_OK1和MC_OK2在消除了由土地利用引起的SOCD空间异质性对建模的影响后,模型的稳定性提升,其预测精度均高于OK,其中,MC_OK2的模型可靠程度、预测精度和对SOCD总方差的解释能力最优.因此,土地利用类型作为易获取的辅助变量,可以有效减弱空间异质性和空间异常值对SOCD空间插值的影响,提升模型精度,降低不确定性,并与MC_OK2结合生成更高精度的SOCD空间分布图,帮助揭示SOCD空间分异规律,指导农业生产.     

宁夏中宁枸杞林地粉壤土阳离子交换量空间分布预测方法对比

土壤阳离子交换量(CEC)是土壤施肥、改良的主要依据和土壤质量的评价指标,研究土壤CEC的空间分布及模型预测可为土壤养分监测、管理及精准农业实施提供科学依据。本研究以中宁枸杞林地粉壤土为对象,在自相关、交互相关等分析基础上,采用协同克里格(CoKriging)、普通最小二乘法(OLS)、地理加权回归(GWR)和随机森林(RF)模型对土壤CEC进行回归分析,比较了制图效果及模型预测精度。结果表明:中宁枸杞林地粉壤土CEC平均值为13.12 cmol·kg~(-1),属中等肥力;土壤CEC的空间分布具有自相关性,并与土壤pH、有机质、黏粒和电导率在不同滞后距离上存在不同的空间相互关系; RF模型预测图避免了CoKriging、OLS和GWR模型预测图中土壤CEC图斑边界两侧破碎程度大、突变明显的缺陷,使土壤CEC在空间变化上表现为自然、平缓的过渡; RF模型RMSE值分别比CoKriging、OLS和GWR模型减少33.82%、20.55%和19.81%,R~2分别提高8.84%、51.92%和7.69%。RF模型考虑了样点空间位置,明显提高了插值精度且制图效果更加平缓。     

陇中黄土高原主要造林树种细根生物量分布

以2 mm为粗、细根的划分界限,采用根钻法对黄土高原安家沟流域油松、白杨、山杏、刺槐、沙棘和柠条6个主要造林树种细根分布进行研究,并测定不同林地下土壤含水率和土壤理化性质.结果表明： 在水平方向上,油松细根生物量呈先增大后减小的二次多项式分布,其他5个树种细根生物量均呈对数分布,水平根系发达,细根主要分布在冠幅半径2~3倍的范围内,表明各植被通过水平扩展来获取更多的土壤水分.在垂直方向上,随着土层深度的增加,细根生物量均呈减小趋势.6种植被细根生物量与土壤水分、容重呈显著负相关,与有机质、全N含量呈显著正相关.     

三种植被恢复树种的冠层气孔导度特征及其对环境因子的敏感性

应用Granier热消散探针,长期监测华南地区荷木、大叶相思和柠檬桉林不同径级样树的树干液流,结合同步观测的气象数据,求算冠层气孔导度(g_c),并分析其对环境因子的响应方式及敏感性.结果表明: 不同季节荷木林日间平均g_c显著高于大叶相思和柠檬桉(P<0.05)（除3月外）.在干季和湿季,g_c与光合有效辐射(PAR)呈现对数正相关关系(P<0.001),湿季g_c对PAR响应比干季更敏感.g_c与水汽压亏缺(VPD)在干湿季均呈现对数负相关关系(P<0.001),同样在湿季表现出更高的敏感性.湿季g_c与VPD的偏相关系数高于干季,VPD对气孔行为的调控作用在湿季更为明显.随着土壤含水量的降低,g_c对VPD的敏感性下降,荷木和柠檬桉林下降的幅度大于大叶相思林,荷木和柠檬桉林下降的幅度相当.通过综合分析g_c对环境因子(PAR和VPD)的敏感性及其对土壤含水量变化的响应规律,发现乡土树种荷木作为植被恢复树种比外来引种的大叶相思和柠檬桉更为适宜.     

典型黑土区不同水土保持林表层土壤磷素形态及有效性

以典型黑土区人工营造的落叶松林、水曲柳林、樟子松林和美青杨林表层土壤(0～10 cm)为对象,研究不同类型水土保持林土壤磷素的形态和有效性.结果表明: 水曲柳林和美青杨林土壤全磷、速效磷和磷各组分含量均显著高于落叶松林和樟子松林;4种林地土壤磷主要以有机磷形式存在,并且中活性有机磷NaOH P_o含量最高,占土壤磷素总量的58.9%;对植物有效性相对较高的H₂O P_i和NaHCO₃ P含量较低,分别占土壤磷素总量的1.2%和6.6%;除NaHCO₃ P_o外,土壤中不同磷素形态之间以及磷各组分与土壤有机质、全磷和有效磷之间具有显著相关关系.表明研究区内阔叶林比针叶林能够显著地提高土壤磷的有效性.     

陕北沙地3种典型灌木根木质部解剖结构及水力特性

比较了陕北沙地沙柳、柠条和沙棘3种典型灌木不同土壤深度(0～20和30～50 cm)根木质部解剖结构和水力特性.结果表明： 沙柳具有较高的叶水势,根木质部导管平均最大直径(d_max)、平均最小直径(d_min)、平均导管面积(A_lum)以及导管面积占木质部面积比例(A_ves/A_xyl)显著高于柠条和沙棘,根导管密度(VD)与沙棘相当但显著高于柠条;沙柳根的比导水率分别为柠条和沙棘的5.0和2.8倍;沙柳根栓塞脆弱性指数与柠条根相当,但显著高于沙棘根.表明沙柳属耗水型水分利用策略,而柠条和沙棘属节水型水分利用策略,且柠条更耐旱.3种灌木在2个土层深度的d_max、d_min和A_lum无显著差异,但30～50 cm土层根VD和A_ves/A_xyl显著高于表层;30～50 cm土层根比导水率显著高于表层根,但脆弱性指数小于表层根,深层根具有高的水分传输效率和低的水力脆弱性.     

基于辅助变量的森林半腐层厚度空间插值精度

基于地统计学方法,利用3种以海拔作为辅助变量的空间插值算法［局部平均的简单kriging法(simple kriging with locally varying mean,SKlm)、带有外部漂移的kriging法(kriging with an external drift,KED)和协kriging法(cokrging,COK)］计算了森林半腐层厚度的空间插值精度,并进行了交叉验证.结果表明：KED法既考虑了变量之间的空间变异,又考虑到影响局部空间变化的因素,与其他插值方法相比,其精度有很大提高;由于海拔与半腐层厚度之间的相关关系较弱,导致SKlm法的插值精度没有达到预期效果;COK法直接将海拔用于估计半腐层厚度,由于在边界地区缺乏采样点数据,因此边界地区的插值出现了多处突变区域.对比地统计学方法与距离反比权重法(inverse distance weighting, IDW)在本研究中的插值精度,除了KED方法的插值精度较高外,其余方法的插值精度均不及IDW,原因可能是利用辅助变量辅助地统计学插值时,主、辅助变量之间的相关关系在插值中起着重要作用.     

不同苹果砧木对缺锌胁迫的耐性评价

为筛选适应缺锌胁迫环境的砧木资源,以山定子、丽江山定子、小金海棠、锡金海棠、新疆野苹果、八棱海棠、平邑甜茶、火焰海棠8种苹果砧木资源为试材,对砧木株高、干物质量、根系构型及锌含量等指标进行测定,利用模糊隶属函数法进行耐缺锌能力综合评价.结果表明： 缺锌处理下,丽江山定子、锡金海棠和新疆野苹果均先表现出新生叶小、簇生等缺锌症状,而小金海棠、火焰海棠缺锌症状不明显;缺锌显著降低了苹果砧木株高和地上部锌积累量,而小金海棠的降低幅度最小;缺锌胁迫下小金海棠和山定子叶片锌含量较高,分别为23.2和21.3 mg·kg^-1.采用模糊隶属函数法综合评价参试砧木耐缺锌能力：小金海棠最强,火焰海棠次之,山定子、锡金海棠、八棱海棠和平邑甜茶的耐缺锌能力较弱,丽江山定子和新疆野苹果的耐缺锌能力最弱.     

不同饵料对魁蚶稚贝生长和存活的影响

在温度23.5～24.0 ℃和盐度29.5～30.0条件下,研究了球等鞭金藻、小球藻、牟氏角毛藻和新月菱形藻4种单细胞藻类单独及组合投喂24 d后对魁蚶稚贝生长与存活的影响.结果表明: 不同饵料投喂条件下,稚贝存活率均在95%以上,不同处理组间差异不显著.单一饵料投喂组中,球等鞭金藻组的稚贝生长最快,小球藻组的稚贝生长最慢.组合投喂组中,球等鞭金藻与其他3种单胞藻混合(1∶1)投喂组稚贝壳长及特定生长率均优于其他组,其中与小球藻混合投喂的效果最好,稚贝壳长和壳高的特定生长率分别为5.6%·d^-1和6.4 %·d^-1.研究结果可为魁蚶人工苗种培育技术的优化提供参考依据.
     

胜利油田滩涂区石油降解菌的筛选、鉴定及其多样性分析

基于传统的实验方法,对胜利油田滩涂区土壤中石油降解菌进行了筛选和鉴定,并利用PCR-DGGE (变性梯度凝胶电泳)技术分析了胜利油田滩涂区的菌群多样性.结果表明：由研究区土壤中筛选出13株石油降解菌,其中,6株石油降解菌的石油降解率>90%,能降解大部分C₁₂～C₂₆的石油烷烃,系统发育学鉴定为Alcanivorax、Halomonas和Marinobacter,均属于γ-proteobacteria分支;胜利油田滩涂区未培养优势菌有Sulfurovum、Gillisia和Arcobacter;该区优势菌群中γ-proteobacteria所占比重较大,其次为α-proteobactiria、ε-proteobactiria、Actinobacteria 和Flavobacteria.     

滨海盐土土壤水分的高光谱参数及估测模型

基于滨海盐土5个试验点的土壤含水量和室内土壤表面高光谱反射率,综合分析了350～2500 nm波段范围内土壤含水量与土壤光谱之间的关系,并基于比值光谱指数(RSI)、归一化光谱指数(NDSI)和差值光谱指数(DI)确定了光谱参数,进而构建土壤含水量估测定量模型.结果表明： 滨海盐土原始光谱反射率与土壤含水量呈显著负相关关系,且最大负相关出现在1930 nm(r=0.86)附近.对RSI、NDSI和DI的直线回归方程、幂函数回归方程进行对比,以RSI(R₁₄₀₇,R₁₄₅₉)为自变量构建的土壤含水量指数函数线性回归方程决定系数最大(0.780),标准误较小(0.016),拟合方程为y=0.00001e^9.72053x.估测模型能够更好地监测滨海盐土土壤水分状况.基于RSI(R₁₄₀₇,R₁₄₅₉)构建的模型可实现对江苏省滨海盐土土壤水分的精确监测.     

植物枝叶与根系耦合固土抗蚀的差异性

以4年生4种内蒙古鄂尔多斯地区常见水土保持植物柠条、沙柳、白沙蒿和沙棘为研究对象,选取反映枝叶防风特性和根系特性的13项指标,即单株防风效能、林带防风效能、群落防风效能、直根抗拉强度、代表根本构特征、代表根弹性模量、侧根分支处抗拉强度、累计根表面积、拉拔摩阻特性、根-土界面摩擦系数、累计根长、根-土复合体粘聚力、根-土复合体内摩擦角,采用层次分析法对春季大风和夏季暴雨2种自然条件下4种植物枝叶与根系耦合固土抗蚀的差异性进行评价.结果表明： 4种植物枝叶与根系耦合固土抗蚀指数为：春季大风条件下为沙柳(0.841)>柠条(0.454)>白沙蒿(-0.466)>沙棘(-0.829);夏季暴雨条件下为柠条(0.841)>沙柳(0.474)>白沙蒿(-0.470)>沙棘(-0.844).沙柳可作为研究区重要的防风抗蚀植物种之一;柠条则可作为研究地区重要的水土保持植物种之一.