分形方法在土壤特性空间变异研究中的应用

土壤特性空间变异研究对土壤制图、精准施肥、农业可持续发展等方面具有重要意义。分形几何学是一种探索复杂性的事物的新科学方法和理论,在研究土壤特性空间变异中将有大有可为。本文主要综述了2000年以后分形理论在土壤物理特性、化学特性、水分特征及状态参数的空间变异研究中的应用进展,最后对分形理论在土壤特性空间变异研究中的发展方向进行了展望。

土壤特性空间变异研究进展

对土壤特性空间变异的影响因素作了扼要分析 ;对土壤特性空间变异研究方法的发展概况作了初步讨论 ,并对土壤特性空间变异定量研究中涉及的主要分析方法及其参数作了初步介绍 ;

喀斯特峰丛洼地土壤特性空间变异研究进展

文章主要对喀斯特峰丛洼地土壤特性空间变异方面的进展进行综述,包括土壤水、土壤物理性质和土壤化学性质的研究。讨论了地统计学法和空间局部插值法在变异中的应用和研究进展,在分析国内外研究的基础上,提出了应深入研究的若干问题,力求为喀斯特峰丛洼地区土壤肥力的提高,以及促进本区域内植被迅速恢复与生态重建提供理论依据。

土壤特性空间变异研究的定量方法——时域分析和频谱分析

介绍了土壤特性空间变异序列平稳性检验方法和平稳化方法;阐述了土壤特性空间变异定量研究的目的和方法:综合比较了时域分析、频谱分析两种方法的优缺点、异同点及适用范围.

基于GPS和GIS的田间土壤特性空间变异性的研究

以一块面积约为 13 .3 hm2 的冬小麦田为研究区 ,利用 GPS接收机定位 ,按 5 0 m× 5 0 m设置网格 ,共取 63个采样点 ,测定土壤表层 (2 0 cm)内的土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾、容重、田间土壤含水率和电导率 ,研究麦田土壤特性的空间变异规律。采用传统统计学和地统计学相结合的方法对所取的数据进行了分析 ,利用 Arcview3 .2软件的空间分析功能 ,绘制了表达这些土壤特性随机性和结构性的半方差图和空间分布图。研究结果表明 :所有土壤特性均服从正态分布 ;土壤容重具有弱变异强度 ,其它土壤特性具有中等变异强度 ;土壤有机质、全氮、碱解氮、速效钾和电导率具有很强的相关性 ,土壤容重、速效磷和含水率具有中等强度的空间相关性 ,土壤特性的相关距变化范围为 2 46.8～ 42 6.8m。该成果可为农田的定位施肥、灌溉以及其它的农田精细管理提供依据。

不同采样密度下土壤特性的空间变异特征及其推估精度研究

对3种采样密度下的土壤特性进行了空间变异结构研究,并在此基础上对土壤特性的推估精度进行了比较。土壤空间变异结构在不同采样密度下的变化随土壤的特性而定,土壤pH、NH4+-N、P及S的变异分别符合不同的半方差模型,土壤OM、Ca及Mg则均符合同一模型;采样密度与模型的拟合度、变异的有效变程及空间相关性均没有必然联系。对模型拟合度均达显著水平的土壤特性进行推估,土壤OM及S的推估精度随采样密度的提高而增加,但土壤NH4+-N及Ca没有表现出同样的规律。

不同土层土壤特性空间变异性关系的联合多重分形研究

应用联合多重分形理论研究了0～20 cm土层土壤含水率、土壤电导率、砂粒含量、粘粒含量、粗粉粒含量、土壤粒径分布体积分形维数、土壤容重、有机质含量的空间变异性与20～40 cm土层对应变量空间变异性在多尺度上的相互关系。结果表明:相对于0～20 cm土层上述变量的空间变异性,20～40 cm土层粗粉粒含量、有机质含量空间变异性的变化率最大,土壤电导率、粘粒含量、土壤粒径分布体积分形维数空间变异性的变化率最小,砂粒含量、土壤含水率、土壤容重空间变异性的变化率介于两者之间;多尺度上,0～20 cm土层土壤含水率、土壤容重、有机质含量、粘粒含量、砂粒含量、土壤电导率、土壤粒径分布体积分形维数、粗粉粒含量与20～40 cm土层对应变量空间变异性在多尺度上的相关性依次减弱。

土壤特性空间变异性研究

在R环境中以半方差函数和克里格插值为基础,对镇江市瑞京园种植区土壤的pH值、有效钾、硝态氮和铵态氮含量进行了空间变异性研究,并绘制了空间分布图。对于使用R语言进行土壤空间变异分析具有一定的理论和实践意义。

空间变异理论在土壤特性分析中的应用研究进展

空间变异理论是研究随机变量空间变异性的理论。该理论是建立在地统计学基础之上,其研究的主要对象就是那些在空间上具有一定变异性的随机变量。空间变异理论被广泛应用到土壤学、生态学、地质学、水文学、气象、资源环境及其存在"空间变异性"的领域。对空间变异理论的研究方法进行简要的介绍,并且对空间变异理论在土壤的物理、化学特性及微量元素中的应用研究进行介绍。在对空间变异理论的研究方法和在土壤特性中应用的归纳和分析中,指出空间变异理论在理论和应用中存在的问题并为其提出展望。

空间变异理论在土壤特性分析中的应用研究进展

空间变异理论是研究随机变量空间变异性的理论。该理论是建立在地统计学基础之上,其研究的主要对象就是那些在空间上具有一定变异性的随机变量。空间变异理论被广泛的应用到土壤学、生态学、地质学、水文学、气象、资源环境以及其它存在“空间变异性”的领域。对空间变异理论的研究方法进行了简要的介绍,并且对空间变异理论在土壤的物理、化学特性及微量元素中应用的研究进行了介绍。在对空间变异理论的研究方法和在土壤特性中应用的归纳和分析中,指出了空间变异理论在理论和应用中的存在的问题并为其提出了展望。

土壤特性的空间变异性与绿洲生态稳定性研究--以张掖绿洲为例

绿洲良性存续的核心是协调绿洲人地关系,维持绿洲稳定性。为从绿洲-荒漠过渡土壤空间变异的角度来探讨人类活动下绿洲生态空间稳定性问题,选择甘肃省张掖市龙渠乡的典型绿洲-荒漠过渡带作为试验区,运用地统计学方法对7种土壤特性值(土壤水分含量、水溶性盐分含量、pH值、机械组成、容重、速效磷含量、水解氮含量)在不同景观的空间变异程度进行分析。得出土壤特性值的空间变异同绿洲边缘不同利用程度下的生态稳定性紧密相关,其土壤特性值在不同景观表现出明显的分层规律,研究这一机理有助于人们更加科学地认识绿洲-荒漠过渡带生态保护问题。

土壤特性空间变异对降雨下渗影响的统计理论研究

本文利用饱和土壤导水率K_5的对数正态特性,通过函数转换方法建立了降雨下渗中积水时间f_p的分布和两个统计特征值(即平均下渗率及估计方差)的表达式。研究了土壤特性空间变异对降雨下渗的影响。结果表明,土壤特性空间变异程度越大,影响越大,在产流计算中如果不考虑这种影响,将会引起较大误差。

吉林省德惠市土壤特性空间变异特征与格局

基于区变量理论,通过地统计学的半变异函数定量研究吉林省中部德惠市土壤有机质、全氮、速效钾和速效磷的空间异质性特征。表明土壤有机质的理论模型属于球状模型、全氮和速效钾的理论模型为指数模型、速效磷则属于有基台值的线状模型。空间结构上,有机质具有很强的空间相关性,全氮和速效钾的空间相关性属于中等程度,而速效磷则具有弱相关性。四种土壤养分的空间自相关范围具有明显的差异,有机质和全氮的有效变程最大,速效钾次之,速效磷的有效变程最小。受研究区形状、地形及土壤母质区域性差异的影响,速效磷各向同性显著,其他养分各向带状性比较明显。根据空间分异的分析结果,在GIS支持下,采用Kriging和IDW两种插值方法,分析研究区土壤养分的空间格局,表明土壤有机质、全氮、速效钾均自东北向西南有规律地分布;速效磷分布的随机性较强,较前三者结构性特征不明显。

农田土壤特性的空间变异性及分形特征

对 2 4 m× 2 4 m面积内的 49个观测点进行了土壤含水量和坚实度的空间变异性研究。根据测定结果 ,用经典统计方法计算了均值、标准差、变异系数等统计特征值 ,认为该法不能定量的描述土壤特性的空间变异性。于是 ,用分形理论计算了含水量与坚实度的分形维数。结果表明 ,在一定范围内 ,土壤具有分形特征 。

田间土壤特性的空间变异性

在田间对土壤的一些基本特性参数──体积密度、初始含水率、饱和含水率、饱和水力传导度和孔隙大小分布参数进行了测试。对各土壤特性参数实测样本的统计分析结果表明，所选定的试验田块中除孔隙大小分布参数服从对数正态分布外，其他参数均服从正态分布。根据各参数在该田块内的等直线分布图，分析了参数的空间分布特征。

农田土壤特性的空间变异性及Kriging估值法

以自相关和半方差函数对 40 m× 45m面积内的 90个点进行了土壤容重、田间持水量的空间变异性研究。结果表明 ,土壤特性表现出空间变异结构 ,但不是完全的随机变异 ,在一定范围内存在着空间相关现象 ,且空间结构无明显的方向 ,并对以空间变异结构为基础的 Kriging估值法作了探讨 ,其较普通平均法估值精度高。

绿洲—荒漠过渡带土壤特性空间变异规律初探

近年来在干旱区绿洲—荒漠过渡带出现了诸如土地沙漠化、荒漠化、盐渍化等影响绿洲生态空间稳定性的严重问题。为探索其发生和演变的内在机理,更好地维护绿洲的生态稳定性,选择甘肃河西张掖绿洲边缘3个典型的绿洲—荒漠过渡带作为试验区,通过对7种土壤特性值(分别为土壤水分含量、水溶性盐份含量、pH值、机械组成、速效磷含量、水解氮含量、容重)的分析,归纳出试验区绿洲—荒漠过渡带不同土壤特性的水平和垂直变异部分规律。

基于地统计学和联合多重分形的土壤入渗特性空间变异性的研究

利用地统计学和联合多重分形法,分析了杨凌一级阶地和三级阶地稳定入渗率和120min累积入渗量的空间变异性,以及多尺度上120min累积入渗量与土壤各理化特性的相关关系。结果表明,一级阶地,稳定入渗率和120min累积入渗量的空间异质比分别为0.175和0.245,120min累积入渗量与土壤初始含水率、土壤密度和粗粉粒的多尺度相关程度较高。三级阶地,稳定入渗率和120 min累积入渗量的空间异质比分别为0.243和0.288,120min累积入渗量与土壤密度的相关系数为-0.773,与其余各土壤特性之间的多尺度相关程度较弱。不同质地土壤的稳定入渗率在单一尺度上的空间变异性不同。

土壤水力特性空间变异的试验研究进展

土壤水力特性的空间变异是影响土壤中水分及溶质运移动态的主要因素。７０ 年代以来国内外有关学者就土壤水力特性空间变异进行了大量的试验研究， 通过对试验结果分析， 得出了许多可供参考的结论， 如水力特性空间变异尺度随研究区域尺度的增大而增大， 且两者呈一定的比例关系， 大多数水力特性遵从对数正态和正态分布， 这些结论对于研究区域溶质 （污染物）

坡面尺度土壤特性的空间变异性

通过对20m长坡面土壤特性空间变异性的经典统计学分析,结果表明:(1)在同一土壤剖面内,各级粒径含量呈弱变异性,而有机质含量随土层深度的增大而逐渐降低,呈中等变异性;(2)土壤干容重的空间变异性较小,呈弱变异性,但土壤饱和导水率的空间变异性较大,呈中等变异性;(3)水分特征曲线具有一定的空间变异性,比水容量空间变异性较大,呈中等变异性。坡面土壤饱和导水率和干容重的等值线图表明,土壤饱和导水率的变化趋势并不仅仅取决于土壤干容重的相对大小,可能与有机质含量、黏粒含量以及根系分布情况等也有一定的关系。