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.     

江门市新会区耕地土壤养分空间变异特征

运用地统计学方法,结合GIS技术研究了江门市新会区土壤pH值、有机质、阳离子交换量、全氮、有效磷和缓效钾种养分要素的空间分布特征.结果表明,各变量符合正态分布或经对数转换后符合正态分布.半方差函数分析结果显示,除全氮具有强空间相关外,其余均具有中等空间相关性.Kriging插值结果表明,研究区域耕地土壤pH值和阳离子交换量在东北部最高,有机质含量在中部和东北部较高;全氮含量在1.5～2.0g·kg^-1的面积占研究区域耕地面积的74.7%,主要分布于研究区域西部和东部地区;有效磷含量＞40mg·kg^-1的面积占研究区域耕地面积的48.7%,主要分布于研究区域东北部和西部;缓效钾含量在10～350mg·kg^-1的面积占研究区域耕地面积的48.1%,主要分布于研究区域东部、东北部和中部.     

整治区植烟土壤养分空间变异及肥力适宜性等级评价

采用地理信息系统(GIS)技术和地统计学方法,研究了湖北省恩施市“清江源”现代烟草农业科技园区、恩施城郊和利川柏杨基地单元新整治区域的土壤属性和速效养分空间变异特征,并采用模糊数学法对其土壤肥力适宜性指数(SFI)进行评价.结果表明: 土地整治对土壤速效磷含量的变异和空间分布的影响较大,这种影响程度可能与地形地貌特征和整治程度有关;土地整治对土壤pH值的影响较小,但是柏杨土壤酸化严重(pH<5.5).77.6%的城郊土壤具有较低的SFI,而柏杨和清江源分别仅有17.1%和31.4%的土壤具有较低的SFI.柏杨需要重点解决土壤酸化问题,城郊需要重点解决整个区域土壤培肥和肥力均衡化问题,而清江源则需解决SFI较低区域的培肥问题.     

西南峡谷型喀斯特坡地土壤养分的空间变异特征

基于网格(20 m×20 m)取样,采用经典统计学和地统计学方法,研究了西南峡谷型喀斯特坡地土壤养分的空间异质性和分布格局.结果表明:峡谷型喀斯特坡地土壤养分含量为中等和强变异,变异性大小顺序为:速效磷全钾有机质碱解氮全氮全磷速效钾,pH值表现为弱变异,有机质表现为中等程度的变异;不同土壤养分具有良好的空间自相关性,其自相关函数均表现出由正相关向负相关方向发展,拐点为80~100 m,其中全钾和速效磷的Moran I较小,其他指标较大;不同土壤养分的空间变异特征不同,全钾和速效磷最佳拟合模型为指数模型,块金值与基台值的比值[C0/(C0+C)]和变程(A)很小,分形维数(D)较高,空间相关性强烈;其他土壤养分指标的最佳拟合模型均为球状模型,C0/(C0+C)、A和D均呈中等程度的空间相关;Kriging分析表明,pH值、有机质、全氮、全磷和碱解氮呈凹型分布,速效磷和速效钾呈斑块状分布.植被、地形、人为干扰和高异质性的微生境是造成峡谷型喀斯特坡地土壤养分格局差异的主要因素.     

黔南山地植烟土壤主要养分空间变异和管理分区

利用地统计学和模糊c-均值聚类算法,对贵州省黔南州山地植烟土壤主要养分的空间变异特征和管理分区进行研究.结果表明:研究区土壤有机质含量适中,碱解氮、有效磷和速效钾含量丰富;4种土壤养分都具有中等强度变异,服从对数正态分布;有机质与碱解氮、有效磷与速效钾含量呈中度相关.土壤有机质和碱解氮的半方差函数为高斯模型,有效磷和速效钾为指数模型;4种土壤养分都具有中等的空间自相关性,滞后距离差异较大.研究区绝大部分土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量处于适中至很丰富水平,含量缺乏的面积比例分别为0.93%、0.53%、0.24%和7.91%.研究区可划分为2个管理分区,分区1和分区2的面积比例分别为69.8%和30.2%,分区1土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量极显著低于分区2.     

干旱荒漠区土壤有机质空间变异特征

以内蒙古阿拉善左旗为例 ,研究了干旱荒漠区土壤有机质的空间变异特征。传统统计分析结果表明 ,研究区内土壤有机质含量总体水平较低 ,平均为 6 .6 5 g/ kg;变异系数为 1.4 2 ,属强变异。在半方差结构分析和球状模型套合的基础上 ,结合普通Kriging插值方法 ,分析了土壤有机质的地统计特征。比较不同趋势效应和异向性的普通 Kriging插值的误差结果表明 ,宜考虑各向异性和二阶趋势效应。获得了研究区土壤有机质含量的等值线图 ,并分析了其空间分布规律     

土壤—作物系统的养分转化及其对土壤养分平衡的影响

土壤作为一个开放系统,与作物间通过物质转化与能量流动组成相互依存和影响的体系。近几年来我们对我国太湖地区稻田土壤生态系统中氮、磷、钾养分的转化及其可能产生的影响作过为期3年的田间定位试验研究,本文谨将其中的部分结果整理成文,以供共同探讨。     

基于GIS的缓坡烟田土壤养分空间变异研究

综合运用地统计学和GIS相结合的方法,分析了缓坡地形下土壤养分的空间变异规律,并绘制养分空间分布图,为山地缓坡烟田养分分区及精准施肥决策提供理论依据.结果表明:研究区内4种养分含量均具中等程度变异.土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾的变程分别为61.8、76.3、70.5 m和57 m.土壤速效钾的分形维数最高,有机质和碱解氮其次,速效磷最低.有机质和速效钾的最适模型为指数模型,块金系数分别为30.9％和31.1％;碱解氮和速效磷可用球状模型进行较好拟合,其块金系数分别为37.7％和26.4％,4种养分均有中等程度的空间相关性.各向异性和趋势性分析均显示,有机质和速效磷具有较强的各向异性,碱解氮和速效钾的各向同性范围最广.研究区4种养分的空间分布格局在海拔和坡度的影响下呈现出一定的规律性,低值均在坡度较大的中北部出现,东北部和南部较平缓区域出现高值.     

丘塘景观土壤养分的空间变异

理解土壤养分空间分布的异质性对于评价和管理土地资源具有重要意义。利用地理信息系统和地统计学方法定量研究了丘塘景观土壤养分的空间异质性特征。结果表明 ,土壤全氮的有效变程最大 (为 16 5 m) ,有机碳次之 (10 2 m) ,而全磷的变程最小(90 m)。土壤有机碳含量由高到低 5个不同级别的土壤面积与丘塘景观整个面积的比值的变化范围较小 (10 .5 4 %～ 2 3.15 % ) ,土壤全氮含量比值变化范围较大 (5 .79%～ 32 .73% ) ,土壤全磷的比值的变化范围最大 (1.80 %～ 4 2 .0 6 % )。土壤有机碳和土壤全氮的分布情况较为一致 ,不同级别斑块分布也很相似 ,土壤有机碳含量高的地方土壤全氮也高。表层土壤有机碳和全磷的空间异质分布用球状模型拟合最佳 ,而全氮的空间分布规律更宜用指数模型来拟合。景观尺度的半方差拟合总体上优于斑块尺度。相对有机碳和全氮 ,全磷的空间异质性更多由随机因素 (如人类施肥活动 )引起和决定。土壤全氮的取样尺度应大于 16 5 m,而有机碳、全磷的取样距离则分别可大于 10 3m和 90 m。     

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     

异质景观中水土流失的空间变异与尺度变异

综述了景观格局与水土流失过程的空间变异与尺度变异的理论和方法研究进展,提出了水土流失空间变异与尺度变异的研究方向。景观格局与生态过程的尺度变异一般处于单一尺度变异和多重尺度变异的连续体之中。尺度转换即尺度外推包括尺度上推和尺度下推,其可行性决定于尺度变异特征。水土流失不仅是多因子综合影响的一个复杂的时空变异过程,而且也是一个典型的多重尺度变异过程。传统的水土流失研究一般集中在坡面径流小区和小流域两个单一尺度上,这在很大程度上限制了水土流失的空间尺度外推和过程分析。近年来,尽管国内外很多学者开始关注水土流失的尺度变异及其影响因子．但只是对水土流失在不同大小的样地尺度以及小集水区尺度上的差异及其影响因子进行了初步的比较研究,尤其缺乏水土流失及其相关环境因子的连续尺度变异特征的机制分析。空间变异和尺度变异研究方法包括统计模型模拟法、物理模型与物理过程模拟法以及综合分析与综合预报法三大类。每种方法都有其优缺点和其特定的适宜性,最佳方法组合的选取因研究对象、研究地区和研究时间的不同而异。土壤侵蚀预报模型包括经验统计模型和物理过程模型,就解决水土流失的跨尺度关系而言,基于物理过程的空间分布式的土壤侵蚀预报模型显著优于经验模型。这些模型在关键参数的空间变异性描述和水土流失的尺度变异性分析方面非常薄弱,尤其缺乏模型分辨率和研究范围对输出结果的影响研究。完善水土流失的“尺度一格局一过程”理论,加强多重尺度上水土流失及其相关环境因子的空间变异格局和尺度变异性的实地观测与数学分析,改进土壤侵蚀预报模型这3个方面是将来的研究重点。     

黄土高原小流域土壤养分空间变异特征及预测

在黄土高原小流域尺度上,地形和土地利用是影响土壤属性变异的重要因素.在横山县朱家沟小流域采集111个表层土样,比较不同土地利用及景观位置土壤养分变异及分布特征,分析土壤养分与地形因素的关系并利用相关环境信息进行空间预测.结果表明,不同土地利用类型土壤养分存在显著性差异.有机质和全氮含量表现为坝地最高,灌木地最低,而全磷含量以梯田最高.在不同景观位置,沟平地有机质和全氮含量显著高于其他景观位置,而全磷差异不显著.土壤有机质与复合地形指数CTI、汇流动力SPI、沉积物运移指数STI显著负相关,全氮与沉积物运移指数STI显著负相关,而全磷只与坡度β显著负相关.多元线性逐步回归模型预测土壤有机质和全氮较好,而全磷预测结果较差;回归-克里格预测有效地减小了残差,与实测值较为接近,预测精度高于回归预测.     

Effects of pulse precipitation on soil organic matter mineralization in forests: spatial variation and controlling factors

脉冲降水对森林中土壤有机物矿化的影响：空间变化和控制因素 降水脉冲效应使土壤有机物在短时间内迅速分解并释放大量CO₂到大气中。降水脉冲效应对生态系统的碳循环和土壤碳平衡的研究具有十分重要的意义,但它在森林土壤中的空间变化和基本机制仍不清楚。我们采集中国东部22个典型森林生态系统的土壤样品(0–10cm),研究模拟脉冲降水对土壤微生物呼吸速率的影响。模拟降水脉冲使土壤样品达到65%饱和含水量,以分钟为单位测量R_s,持续48 小时。研究结果显示,降水脉冲可以使微生物呼吸速率迅速增加1.70–38.12倍。微生物最大呼吸速率 (R_s-soil-max)、碳释放总量R_s (A_Rs-soil)和达到呼吸峰值的时间(T_Rs-soil-max)在不同的土壤中存在显著差异。此外,不同 气候区的脉冲效应也有明显不同。中温带的R_s-soil-max (11.701 µg C g⁻¹ soil h⁻¹)和A_Rs-soil (300.712 µg C g⁻¹ soil)最高。土壤化学特性(总碳和总氮、pH值和氧化还原电位)和土壤粒径与森林土壤的脉冲效应密切相关,但土壤微生物的贡献较小。我们的研究结果表明,在大尺度范围内,脉冲变化短期内增加森林土壤中CO₂的排放,并揭示了对这种变化影响最大的因素。这些发现为未来对森林生态系统的碳循环和调节全球生态系统碳循环的研究提供科学数据支持。     

塿土土壤剖面中N2O浓度的时间和空间变异

用土壤探头法对塿土玉米—小麦轮作体系下不同剖面层次N2O浓度变化进行了2a的田间原位监测。结果表明：塿土土壤剖面中N2O浓度具有较大的时间变异,表现为土壤N2O浓度在一年的不同时期变化较大,以温度高、水分充足的7—8月份为最高,温度较低的冬季最低;全年中土壤剖面中各层N2O浓度在降水或者灌溉后均有一个峰值。从空间上来看,土壤不同剖面层次的N2O浓度的变化以60cm土层最高,表层10cm最低,浓度在剖面中的变化顺序为10cm＜30cm＜150cm＜90cm＜60cm。2a的研究结果相比,降水量较高的1999年土壤剖面各层的N2O浓度较高。2a试验期间对照和施肥处理各土壤层次的变异系数分别为7．1％-29．4％和10．8％-50．9％,其中1999年变异系数分别为20．2％-29．4％和32．11％-50．9％,2000年分别为7．14％-18．4％和10．8％-25．9％。从变异系数上来看,1999年高于2000年;施肥处理高于对照;N2O浓度较高的下层土壤高于10cm表层土壤。两个处理N2O出现的时间和剖面变化趋势相同,但施肥处理各时期、各土层的浓度均高于对照。这些结果充分说明塿土土壤存在明显的反硝化N2O气态损失,施肥显著地增加了其产生量,深层土壤N2O的产生是塿土N2O的一个不容忽视的来源;N2O的产生和排放具有极大的时间和空间变异。     

太原市农业土壤全氮和有机质的空间分布特征及其影响因素

利用GPS定位,2005年在山西省太原市主要农业用地采集土样1821个,分析了全氮和有机质的含量.应用传统统计学和地质统计学方法对数据进行了分析.结果表明,按照1980年全国第二次土壤普查养分分级标准,土壤全氮和有机质的平均含量均属中等水平.通过半方差函数分析,土壤全氮和有机质在一定范围内存在空间相关性;它们的空间相关距离分别为122.4 km和75.6 km;全氮的空间变异主要受结构性因素的影响,而土壤有机质的空间变异是由结构性因素和随机性因素共同作用引起的.太原市土壤全氮含量的空间分布呈现由西南向东北逐渐降低的趋势,而有机质的分布规律较为复杂,它们的空间分布主要受土壤类型、海拔高度、土地利用方式和人类生产活动等因素的影响.土壤全氮与有机质的空间分布存在很大的差异,这与娄烦县、古交市当地土壤受煤粉尘污染严重以及所处地形地貌密切相关.研究揭示了在自然和社会条件十分复杂的情况下太原市土壤全氮和有机质的空间变异规律及其影响因素,为实现土壤肥力评价和养分资源精准管理提供了科学依据.     

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。     

桂西北喀斯特洼地土壤有机碳和速效磷的空间变异

空间变异性的研究有助于认识土壤养分的空间分布特征与生态过程之间的关系。采用网格取样(20m×20m),利用地统计学方法分析了典型喀斯特洼地土壤有机碳(SOC)和速效磷(AP)的空间变异特征。结果表明SOC和AP的半变异函数分别用球状模型和指数模型拟合的效果较好。块金效应对SOC和AP总变异的贡献分别为37.9%和49.8%,说明SOC主要受结构性因素控制,而AP受结构性因素和随机因素双重控制。SOC的分布呈明显的带状各向异性特征,在洼地的长轴方向具有较大的变程和较小的基台值,其全向半变异函数的相关距离为135.5m,与洼地不同种植类型地块的覆盖尺度基本相当。AP的分布特征与SOC存在明显差异,具有较大的漂移趋势,其相关距离为413.4m;但在分离漂移趋势后,其相关距离为167.4m,反映了不同地块间的施肥差异对AP的影响较大。喀斯特洼地SOC的空间分布主要受地形和土地利用结构控制,而AP的分布的规律性不明显,可能与施肥等因素的随机性较强有关。     

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。     

基于多光谱遥感影像的表层土壤有机质空间格局反演

利用多光谱LandSat TM遥感影像反演辽宁省阜新镇表层土壤有机质的空间格局,筛选出与土壤有机质分布相关的TM波段,分析并确定表层土壤有机质含量与TM1、TM2、TM3、TM4、TM5、TM6、TM7波段亮度值(digital number,DN)的相关关系,建立了土壤有机质含量的光谱预测模型.结果表明:研究区表层土壤有机质含量与TM4、TM5波段DN值呈极显著的负相关关系(r分别为-0.617和-0.623,P0.001),与TM3、TM5波段DN值之间满足负二次多项式回归关系(R2=0.9134,P0.001);基于TM3、TM5波段DN值的回归模型对研究区表层土壤有机质含量的预测结果可靠(R2=0.9151,P0.001).研究区表层土壤有机质含量10g·kg-1的农田主要分布在山地边缘地带,而平坦地区农田表层土壤有机质含量一般10g·kg-1,部分达到15～20g·kg-1.     

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。