基于地统计分析的核桃园土壤养分空间特征研究

【目的】探究核桃园土壤养分的空间特征,了解土壤肥力状况,为核桃园管理单位划分提供依据,从而实现精准施肥。【方法】以湖北保康核桃园为研究对象,采用地统计学和内梅罗法相结合的方法,分析了110块样地的土壤pH值、养分空间特征及肥力水平。【结果】(1)保康县核桃园土壤pH均值为6.68,以中性和微酸性土壤为主,具有弱变异性;有机质、水解性氮、有效钾、有效磷含量(w,后同)均值分别为27.63 g·kg^(-1)、109.41 mg·kg^(-1)、125.43 mg·kg^(-1)和23.74 mg·kg^(-1),具中等变异。(2)中等肥力核桃园占78.3%,肥沃核桃园占20.7%,水解性氮是土壤肥力的主要限制因子;土壤肥力指数与核桃干果每666.7 m2产量呈显著正相关。(3)水解性氮、有效钾含量主要受自然结构的影响,呈现显著空间正向聚集性;有机质、有效磷含量受自然结构和人为因素的双重影响,具有空间正相关性,但空间聚集效应不显著。(4)海拔与水解性氮含量、有效磷含量、土壤肥力指数呈极显著正相关,与有机质含量呈显著正相关,而与有效钾含量无显著相关性。【结论】该地区土壤pH值适宜核桃生长,现存核桃园整体肥力中等偏上,提高土壤肥力能够增加核桃干果产量。土壤空间变异主要受自然结构的影响,其中海拔是影响土壤肥力的关键因素,可以作为核桃园管理单元划分的重要依据。在土壤管理中,需要增施氮肥以提高林地土壤综合肥力。

广义线性地统计模型在典型亚热带丘陵区数字土壤制图中的应用

数字土壤制图在当前的应用越来越广泛,其方法主要包括环境相关模型、空间自相关模型,以及这些模型的混合模型。理论上,混合模型相对单一模型具有明显的优势。广义线性地统计模型(GLGM)也是一种混合模型,相对于最常用的混合模型——回归克里格(RK),又具有能加入随机效应来解决土壤变异的非平稳性等优势。然而,GLGM因计算繁琐等缺点,在国内外应用较少。本文以广西南宁高峰林场内一小面积(3.03 km^(2))丘陵为研究区,以14个地形因子为预测变量,使用广义线性混合模型(GLMM)及其与普通克里格(OK)相结合的模型(即GLGM),对土壤有机碳(SOC)、pH、黏粒和阳离子交换量(CEC)的空间分布进行预测,并与常用的多元线性回归(MLR)、地理加权回归(GWR)、回归森林(RF)、OK、RK和广义可加模型(GAM)进行比较。结果表明:GLMM在预测黏粒上准确度较高;GLMM和GLGM在预测CEC上准确度中等,但在预测SOC和pH上准确度较低。综合线性回归模型的调整决定系数、块金效应和全局莫兰指数,本文认为,当土壤属性与环境变量具有较低的线性回归调整决定系数(即小于5%)、土壤属性具有较弱的空间自相关性(即块金效应大于71%)和较强的局部空间变异(即全局莫兰指数小于0.09)时,GLMM和GLGM具有较高的适用性,例如本文中的黏粒。反之,GLMM和GLGM的适用性不好,例如SOC和pH。鉴于土壤空间变异的高度异质性和多尺度性,GLMM和GLGM具有较好的应用前景。但是,今后研究还需进一步探讨如何提高GLMM和GLGM的模拟效率。

基于探索性空间数据分析和地统计分析的湾区生态安全空间分异及差异化管理——以浙江大湾区为例

湾区是世界一流滨海城市的显著标志,生态安全是湾区可持续发展的基本保障。以浙江大湾区为研究区域,基于生态安全评价,采用探索性空间数据分析(ESDA)和地统计分析(GA)方法揭示生态安全的空间相关性与异质性。结合大湾区生态安全空间特征、未来土地利用管理和行政单元的空间分布提出生态保护的差异化管理策略,为大湾区经济社会发展及生态安全保障提供理论支撑。结果表明:(1)生态安全呈现出“北低南高”的分布格局,生态安全区占比71.7%,生态系统整体较安全。(2)生态安全莫兰指数Moran′I值达0.878,“热点”区域占比50.65%,空间正相关性显著。结构性变异在生态安全空间分布中占据主导,宁波、绍兴受结构性变异和随机性变异的综合影响,人口密度、产业布局是影响生态安全空间异质性的主要随机因素。(3)城市发展类型分为优先发展区、综合开发区和生态保护区,其中优先发展区和综合开发区是大湾区经济发展重点区域,生态保护区是保障大湾区生态安全的关键区域,未来城市管理者应对生态环境分区管理,落实差异化管控措施。

基于地统计的商品住宅价格时空分布研究——以重庆市中心城区为例

随着我国房地产市场的蓬勃发展,房价问题已成为当前社会各界和学界关注的焦点问题,商品住宅更是关乎民生的重中之重。本文以空间量化研究见长的地统计理论为基础,以重庆市中心城区二手房均价为研究对象,结合链家网站2015—2020年重庆市二手房交易时空大数据,利用探索性空间分析、空间插值、时空立方体等地统计理论、空间数据处理及可视化技术,研究商品住宅价格的空间分布格局和时空演化特征,进而辅助城市管理和决策。研究表明:“房住不炒”提出5年以来,重庆市二手房住宅价格整体上呈现上升趋势;空间上呈现以多个中心为基点、逐渐向外部降低的空间格局;以渝中区为核心的房价高值时空热点聚集效应显著,北碚组团等区域有脱离低值的趋势。

基于地统计空间插值的三维辐射场重构研究

针对源项未知情况下的三维辐射场获取问题,根据辐射场具有空间自相关性的特点,利用地统计空间插值中结合对数变换的普通克里金方法来进行辐射场重构。通过两个实测的辐射场数据集对该方法进行了测试,结果表明,该方法在选取Exponential模型或Spherical模型来进行半方差拟合,且测量点为随机选取的情况下,其重构结果平均偏差的平均值为21.51%~74.01%,证明了该方法在实际应用中具有一定的有效性和可行性。另外,对测量点分布情况与辐射场重构准确性之间的关系进行了初步分析,确定了测量点的分布应尽可能均匀的选取方案。

利用R语言进行地统计学的变异函数教学

地统计学是基于随机场理论、利用克里金法进行空间预测的一种方法。变异函数是地统计学中度量空间自相关性的主要工具,是进行克里金法的基础。变异函数也是地统计教学中的难点。R语言是统计和数据分析领域常用的一种免费开源软件,针对地统计分析具有完善的扩展包。本文结合地统计学课程的基本知识框架,以变异函数作为教学内容,阐述了R语言在地统计学理论和实践教学中的应用和优势,旨在通过本课程培养学生利用开源软件分析和解决地统计学问题的能力。

基于地统计学和GIS的土壤和蔬菜重金属的环境质量评价

以浙江省上虞市东关镇为例,利用地统计学与GIS技术相结合的方法揭示了该地区土壤与蔬菜重金属含量的空间分布特征,并评价其重金属的环境质量状况,在参照评价标准的基础上,绘制了土壤与蔬菜重金属的空间分布图,并对其成因进行了探讨.结果表明:东关镇大部分田块存在着重金属分布不均的情况;Cu、Zn的含量偏低,Pb、Cd含量偏高;全镇土壤和蔬菜重金属含量的空间变异很大,土壤重金属的全量与有效态含量之间存在显著的正相关,空间分布存在一定相似形,与蔬菜的空间分布则存在很大的区别,蔬菜重金属含量与土壤重金属的含量有一定的相关性,基本都未达到显著水平;小青菜中Zn和Cu的含量未超标,Pb、Cd则超标.

地统计法支持的北部湾东部海域沉积物粒径趋势分析

在北部湾东部海域采集表层沉积物71个,通过粒度分析获得其粒度参数(平均粒径、分选系数、偏态),用克里格插值法将不规则采样站位的粒度参数内插为规则网格分布的相应粒度参数。采用地统计法分析其空间相关性,计算度量空间相关性范围的参数,即半方差图中的变程值。结果表明,使用地统计分析获得的粒度参数变程值物理意义较为明确,可作为粒径趋势分析模型的特征距离,其中分选系数变程值作为特征距离的计算结果与前人的海流、沉积物输运信息更为吻合;这在一定程度上消除了传统方法(试算法或经验估计法)获取特征距离可能造成的模型计算误差。采用不同间距插值时得到的粒径趋势矢量具有不同的空间分辨率,其中高分辨率的细化图所反映的海底沉积物净输运趋势与余流和环流等所反映的沉积物输运细节特征吻合较好,低分辨率的概化图可大致反映该区域沉积物的总体输运趋势。地统计分析的结果对未来研究工作中采样间距的选取也具有指导意义。

基于地统计学丰林自然保护区森林生物量估测及空间格局分析

基于丰林保护区1997年样地调查数据,根据一元生物量估测模型,计算样地生物量,在此基础上,利用ArcGIS地统计插值方法得到整个研究区森林生物量分布,并从林分结构(林型、林龄组)和地形因子(海拔、坡度、坡向)两个方面对保护区森林生物量空间格局进行了分析。结果表明,利用地统计插值得到区域水平的森林生物量是可行的,保护区森林平均生物量水平为171.5t/hm2,总生物量为3.08Tg(1Tg=1012g);不同林分结构(林型、林龄组)有不同的生物量水平;地形因子与生物量有显著的相关性,并得到它们之间的回归方程,为保护区森林生态系统的可持续经营提供了科学依据。

基于多元地统计的土壤有机质含量空间格局反演

为了提高土壤有机质含量的空间预测精度,该文采用了一种多元地统计方法来构建遥感定量反演模型。考虑到回归误差在空间上具有一定程度的聚类,该文提出了基于局部变化均值的普通克里金方法,然后用其构建土壤有机质含量遥感定量反演模型。对四川省西南部土壤有机质含量进行空间预测试验,并与普通克里金、普通遥感定量反演、基于回归克里金的遥感定量反演等方法相比较。结果表明:该文提出方法的空间预测结果最优,其原因为该方法通过空间统计来建立采样数据与地表反射率间的联系,充分考虑了数据间的空间相关性,因此可以更精确地获得土壤有机质含量的遥感反演模型;相比基于回归克里金的遥感定量反演方法,基于局部变化均值的普通克里金假设回归误差在局部邻域内的均值也不一定为零,更符合实际情况。该方法为农田养分管理及区域农业的可持续发展提供科学依据。

经验正交函数与地统计相结合分析降水时空变异

把经验正交函数展开和地统计分析有机结合,以河南省近51年雨季降水为例,进行降水时空变异特征研究。结果表明,用经验正交函数把降水变量场的主要空间分布结构分离出来,可正确地提取时间函数向量;再运用地统计分析对河南省多年雨季降水空间函数特征向量进行空间变异结构分析与插值,得出了河南省雨季降水量空间分布的主要4种类型：总体一致型、南北差异型、东西差异型和豫西山区异常型;然后对时间函数进行分析,得到了对应空间分布型的年际变化趋势规律。

大西洋金枪鱼延绳钓渔场的地统计分析

使用地统计方法研究大西洋金枪鱼延绳钓渔场空间变异特征及时空分布,分析数据为1982―2010年日本大西洋大眼金枪鱼（Thunnus obesus）延绳钓渔捞数据。结果表明,大眼金枪鱼渔场分布具有较强的空间相关性,6月、10月和11月空间相关性显著（P＆lt;0.05）,其他月份空间相关性极显著（P＆lt;0.01）;指数模型能够较好地表达渔场的空间变异特征,其相关系数介于0.6~0.9之间,模型拟合较好;预测图表明大眼金枪鱼渔场变化呈现出两种轨迹,一种是大西洋中部与美洲近岸之间的循环变化,另一种是大西洋中部与非洲近岸之间的循环变化;预测结果验证表明,地统计能较好地对渔场空间分布进行预测,但是单位捕捞努力量渔获量（CPUE）预测值显著高于2009―2010年实测值,资源状况差异可能是引起本次研究预测值偏高的主要原因。

基于地统计与遥感反演相结合的有机质预测制图研究

土壤水分对土壤光谱反射率有显著影响,而以往有机质遥感反演制图中却很少将水分作为预测建模的变量。为了使遥感制图更加符合野外实际环境,提高有机质预测制图精度,在充分考虑土壤样点空间自相关、异相关与野外复杂环境特点的基础上,通过地统计获得研究区水分的空间分布数据,结合遥感反射率,建立多因子预测模型,得到了吉林省黑土区土壤有机质空间分布图。结果表明,有机质遥感制图中,水分因素的加入,使模型的建立更加符合野外实际情况,显著提高了有机质预测制图的精度。

基于多元地统计和GIS的珠江三角洲典型区域土壤有机氯农药残留状况及其空间分布研究--以惠州市为例

选取位于珠江三角洲的惠州市为研究区域,对该市土壤进行了系统采样分析,测定了42个表层土壤样品中的17种有机氯农药的含量。利用多元地统计和GIS相结合的方法,研究了17种有机氯农药的残留状况及空间分布情况。结果表明,17种有机氯农药在42个土壤样品中均有不同程度的检出,其中p,p′-DDE检出率为100%,3种有机氯农药检出率在90%以上,6种有机氯农药的检出率在80%以上。其中六六六和滴滴涕残留较普遍,但并未达到污染水平。分析显示,近期可能仍有新的六六六输入土壤环境,而滴滴涕则主要来自过去施用农药的残留。与国内其他地区比较,惠州市土壤HCH和DDT含量处于较低水平。主成分分析显示上述17种有机氯农药可以由5个主成分反映,分别对应于工业HCH的使用、自然因素、林丹的使用以及七氯和艾氏剂等农药的使用。采用克里格插值法对有机氯农药在研究区的空间分布进行了研究,结果表明不同有机氯农药在研究区分布存在很大差异。

遥感与地统计方法在表层土壤有机碳空间格局研究中的应用比较

土壤有机碳为土壤肥力的核心指标之一,精确、及时、低耗的土壤有机碳空间格局估测对促进精准农业的发展和科学施肥具有重要意义,分别利用地统计方法和遥感技术测定法分析了海伦市表层土壤有机碳的空间分布格局,发现:1)表层土壤有机碳与遥感影像的TM1波段之间存在着极显著的相关性(p<0.01),而与TM2、TM3和NDSVI显著相关(p<0.05);2)通过对两种方法所得结果比较得出在精度基本一致的前提下,遥感技术测定法所需样本量低于地统计法所需样本量,且前者所得结果与当地实际情况更为相符,是一种潜在、高效的表层土壤有机碳空间格局研究方法。

基于地统计分析的南京钟山风景区景观格局尺度效应分析

基于地统计分析理论,选取香农多样性指数和斑块密度2个景观格局指数,对南京钟山风景区不同幅度下的景观格局进行分析,选出南京钟山风景区的最佳景观格局研究尺度,并在最优尺度下,对2个景观指数进行插值分析,将单一的景观指数转换为丰富的面状数据,进而研究钟山风景区景观指数的空间分布特征。结果表明:南京钟山风景区地类景观的最佳分析尺度是600 m,在该尺度下,钟山风景区的景观多样性指数空间分布分为3个较高值区域和1个较低值区域,斑块密度指数则呈现环状分布。

中国土壤调查结果的地统计特征

【目的】我国于1979—1987年进行了第二次土壤普查(以下简称“二普”),2005—2017年进行了农田耕层土壤养分调查。两次调查均为地面采样量大的全国性调查。两次调查生成数据是我国目前最精细的土壤资源与质量时空数据。通过地统计检验方法,探讨我国在这两次调查中所获土壤质量数据的地统计检验特征,为这些数据用于表征土壤资源与质量时空分布状况,及其在其他行业和研究领域的应用提供参考。【方法】检验方法是在我国东、南、西、北、中不同地域选取7个代表性类型区,提取7片区在两次调查中获得的土壤剖面点和耕层采样点0—20 cm土层的土壤有机质含量。选择土壤有机质含量作为检验指标的原因之一是有机质含量是最重要土壤质量性状之一,其二该要素可量化表达。剖面点数据源于二普对典型土壤类型的剖面采样,采样特征为优先选取典型土壤类型,全国完成了10万个0—100 cm剖面分层采样、化验。经数据整合和多要素匹配,有6万个剖面点获得坐标。耕层采样点数据源于2005—2017年农田耕层养分调查,采样为网格化均衡分布的大样本量,全国完成了1000万个有GPS定位坐标的耕层样本。每片区含土壤剖面点500—1300个,耕层采样点50000—250000个。用普通克里格插值方法进行地统计分析和检验。对每片区剖面点和耕层采样点数据分别随机选取80%数据作为训练样本集建模,20%作为验证样本集。将验证样本预测值与实测值进行线性回归,计算R;(决定系数)和RMSE(均方根误差),以此评价两组数据表达土壤要素空间分布特征的可靠性和误差。【结果】剖面数据的地统计检验显示,7片区二普剖面点数据表达的有机质含量分布状况可靠性均达极显著水平,但校验集预测值与实测值相关性较差,R;值较低,为0.223—0.380,RMSE较高。2005—2017年耕层采样点数据地统计检验显示,通过网格化均衡分布和大样本量的地面采样,耕层采样点所获有机质含量分布图的可靠性和预测精度优于剖面点数据,R;提高,RMSE下降。两组数据地统计结果还显示:尽管相隔30年,两时段调查展现的土壤有机质含量有一定变化,但两组数据反映的各片区土壤有机质含量空间分布总体规律相似。【结论】当土壤调查为网格化均衡分布的大样本量采样时,就表征土壤要素空间分布特征而言,其可靠性和精度较好;二普生成大比例尺土壤专题图数据(土壤图,有机质含量图,pH图,土壤氮、磷、钾养分含量图)和2005—2017年农田耕层养分调查数据均源于网格化均衡分布的大样本量地面调查,可靠性和精度优于二普剖面点数据。但剖面点含数据类别多,具有点坐标,也有可靠的土壤专题图表达,对了解多类别土壤要素空间分布特征极具价值。二普与农田耕层点养分调查间隔约30年,两时段数据有利于了解土壤质量时空演变。本研究还显示,获取精细土壤质量数据需要进行大样本量地面调查和采样,对于表征土壤类型、土体构造等稳定性要素而言,若地面采样量较小,将难以获得可靠性和精度优于二普的数据。从实际需求和我国已有工作基础考虑,今后土壤调查重点可考虑以土壤功能调查或缺区补漏调查为主。

基于地统计分析西印度洋黄鳍金枪鱼围网渔获量的空间异质性

西印度洋公海海域是世界上围网黄鳍金枪鱼渔业的主要作业海域之一,根据印度洋金枪鱼委员会1999—2004年的1°×1°的各月黄鳍金枪鱼围网渔获量统计数据,采用地统计方法探索该海域黄鳍金枪鱼渔获量的空间异质性特征及其相关生态动力过程。进行了如下分析:(1)利用GIS制图观察渔获量的时空分布特征,发现其空间格局的变异受到的季节变化和年际变化共同影响,且前者明显强于后者。(2)采用地统计方法计算各月渔获量的空间异质性参数,并按照年际和季节情况分别进行了统计分析,发现渔获量的地统计参数值和变异函数模型有明显的季节和年际差异;渔获量的空间相关距离(变程)平均在1000nm左右,冬季要小于夏季;渔获量的空间变异函数模型主要为相关距离较大且空间依赖性较弱的指数模型;渔获量的空间结构方差比例(平均为65.82%)远大于随机性方差比例(平均为34.18%);渔获量在1°×1°尺度下具有明显的空间自相关性。(3)对地统计参数值和渔获量的相关关系研究,并探讨季节变化下渔获量的空间异质性特征与相关生态动力过程关系,发现各月渔获量随着空间总变异(基台值)增加而增加,两者存在强相关性;各月渔获量和南北和西北-东南向分维数值有一定相关性,意味着海洋动力过程在南北和西北—东南向过程越强,渔获量越低。西印度洋黄鳍金枪鱼围网渔获量的空间变异原因在于季风气候和ENSO循环过程引起的海洋流场、营养盐和温跃层等变化外在因素,以及围网捕捞方式和鱼类的行为方式的内在因素共同导致的。

ArcGIS地统计分析在甘肃省人口空间分布研究中的应用

利用2006年甘肃省各县级行政单元人口及面积数据,通过GIS技术提取县级行政中心的几何中心,通过地统计分析方法建立了甘肃省县级行政单元人口密度表面模型,在此基础上进行了人口密度空间分布相关与变异分析。结果表明:甘肃省2006年人口密度的空间分布极度不均衡,为高狭峰分布;在东西方向上,自东向西人口密度增加,在南北方向上,拟合曲线呈倒U型,人口密度的空间分布南北低,中部高;人口密度空间分布具有圈层结构,在人口高密度区域外测,人口密度由高到低可以分成6个圈层,每一个圈层大致沿北西-南东方向延伸。

基于地统计学方法的城市灰尘重金属污染的空间变异特征

运用ArcGIS的地统计学组件,分析了金华市城市地表灰尘中重金属Pb、Cr、Cu、Zn、Ni、Mn的空间分布特征.结果表明:上述重金属具有复合污染或一定的同源性特征,其中Pb、Cr、Cu、Mn可能主要受金华市城市产业布局和功能分区等结构性因素的影响,而Zn则受非结构性因素影响更大,来源比较复杂.Pb、Cr、Cu、Zn、Ni等重金属的空间分布比较相似.