基于沿海蝗区飞蝗卵块分布格局的土壤空间异质性

以沿海蝗区南大港水库为研究区域,通过连续2a野外450m,50m规则栅格取样,利用地统计学方法,在GIS平台下,分析东亚飞蝗卵块分布格局与土壤空间异质性的研究,结果表明：（1）飞蝗卵块呈斑块、聚集分布,并具有明显的空间异质性,其空间自相关范围为390m,且主要分布在南大港水库的中部和东部,少数分布在南部,而在西部和北部地块几乎没有卵的分布。（2）研究区域内土壤含盐量和5cm含水量由空间自相关引起的空间异质性分别占总空间异质性的76.15%、78.04%,即表现出较强的空间相关性,空间自相关范围分别为594m,621m,土壤有机质和pH值具有中等强度的空间相关性,由空间自相关引起的空间变异分别为61.85%和57.19%,空间变异尺度分别为1014m,1368m。（3）研究区域内卵块主要集中在土壤含盐量较低（〈1.9%）、含水量适中（10.1%~29.9%）的中部和东部地块,而在土壤含水量较高（〉30%）的西部和盐分过重（〉3%）的北部几乎没有卵块的分布。即在一定程度上,蝗区土壤理化特性的空间异质决定了飞蝗卵块的空间分布特点。（4）卵块和土壤理化特性的空间格局图不仅为野外抽样调查、蝗灾预测预报及其防治提供科学依据，而且对蝗区环境改造具有重要指导作用。

岩溶坡地土壤空间异质性的表述与调查方法-以贵州清镇市王家寨坡地为例

讨论了岩溶坡地土壤空间异质性的表述与调查方法，选取了地表石质土地面积比例及空间分布和土壤厚度及空间分布两个方面作为土壤空间异质性的表述内容，引入了地块破碎度、离散度、变异函数等指标；以王家寨为例，研究发现岩溶坡地土石比、破碎度、离散度、土壤厚度等指标从坡顶到坡下逐渐增大；石质地块破碎度在微观地块上表现为值越大地块越完整，是否与研究尺度有关还需要进一步论证；土壤厚度变异系数基本在1-1.5之间，与土壤厚度变程和土壤平均厚度有关；最后用土壤侵蚀的原理解释了岩溶坡地土壤空间异质性。

水、氮供应和土壤空间所引起的根系生理特性变化

在限制根系生长的胁迫条件下 ,研究了补充和不补充供应水、氮对玉米根系生理特性及养分吸收的影响。结果表明 ,正常生长条件下 ,水、氮供应促进了根系生长 ,增加了根系吸收总面积、活跃吸收面积和TTC还原量 ,促进了根系对养分的吸收 ,从而提高了产量 ;限制根系生长 ,水分的作用与正常条件下相同 ,氮素的作用则受控于土壤水分。补充灌水增强了氮肥作用 ,供氮促进了根系生长 ,改善了根系生理特性 ,减少了限制根系生长所引起的不良影响 ;不补充灌水限制了氮肥作用的发挥 ,供氮导致了根系生物量和生理特性下降 ,加重了限制根系生长的不良影响。

鄱阳湖典型湿地土壤空间分布格局研究

土壤是湿地生态环境的重要组成部分,其空间分布格局对湿地生态系统结构有重要影响.通过对遥感影像解译和历史资料分析,结果表明鄱阳湖典型湿地土壤的空间分布格局与鄱阳湖季节性水位涨落产生的湿地覆盖空间分布具有相似关系,同时也与河流三角洲的空间形态存在密不可分的联系.在所有的影响因子中,鄱阳湖水陆相互作用过程和人类活动既是典型湿地覆盖动态变化的两个主要影响因子,也是目前湿地土壤及其空间分布格局形成的决定性影响因子.

基于地图直接对比的土壤空间表达尺度效应研究——以封丘土壤属性制图为例

将封丘县3 608个土壤样点分为3 463和145个点,分别构成制图数据总集和验证数据总集,再从制图数据总集中通过4%～96%的多尺度随机抽样,构成17个制图子集。分别按Kriging、IDW和以点代面法对土壤有机质、有效磷和速效钾进行预测制图,基于地图直接对比计算制图子集和制图数据总集制图结果的相关系数以评价土壤属性图变化的尺度效应,并与验证数据集评价的多尺度制图结果进行了对比。最后,采用多子集制图结果的变异系数指示多尺度地图表达的不确定性,并将其与基于Kriging估值方差及随机模拟的不确定性表达进行了对比。研究表明,基于地图直接对比可发现,制图效果与样本数量具有显著的分形关系,且分形维数受制图方法和土壤属性空间可变性的双重影响:同样条件下以Kriging方法最小,而以点代面法最大;以土壤速效钾最小,而土壤有效磷最大。验证数据集实测值和估计值的相关系数及均方根误差没有表现预期的分形特征。Kriging估值方差及随机模拟表达的单一尺度制图不确定性明显受采样点分布与Kriging估值大小影响,而基于地图直接对比的多尺度制图的不确定性更客观地反映土壤自然变异,其中土壤有机质、土壤速效钾有较强规律可循,而土壤有效磷则没有规律。

土壤空间分辨率对BTOPMC模型径流模拟的影响

以湄公河为例,给出了3种不同分辨率的网格土壤类型,分析了不同的土壤空间分辨率对BTOPMC模型参数的影响。结果表明:不同分辨率下,用1980年优化得到的BTOPMC模型参数模拟1982年径流时,都能体现湄公河流域的水文过程,且峰现时差几乎不受土壤空间分辨率的影响;使用不同土壤分辨率的数据进行优化得到的Nash效率相近;BTOPMC模型对土壤信息的敏感性较弱。

鄂西南亚热带常绿落叶阔叶混交林土壤空间异质性

大样地是监测森林生物多样性及生态因子动态变化的重要平台,以湖北木林子国家级自然保护区常绿落叶阔叶混交林为对象,依托15 hm2动态监测样地,对每个400 m2样方进行取样并测定7个化学性质指标,运用地统计与多元统计方法,分析了该大样地内不同土壤因子的富集程度、空间格局、变异性、相关性。结果如下:1)研究区土壤酸性较强,有机质、有效氮、全氮、有效钾丰富,有效磷、全磷亏缺;2)有效氮、全氮、有效磷呈东高西低,p H呈西高东低,有效钾呈斑块状分布,有机质呈中间高,西北与东南低的"凸"型分布,其中以有效钾空间结构最复杂(A=50 m,D=1.96),p H空间结构最简单(A=180 m,D=1.83);3)土壤因子的块基比范围为0.14—0.69,14对因子显著相关(P<0.05),其中以全磷的空间自相关最强,并与其余因子显著相关;4)土壤因子的变异系数范围为0.05—0.34,其中全磷、有效磷变异系数最高,分别为0.29和0.34,p H变异系数最低(0.05),土壤全磷在主成分中具有最大载荷(2.27)。结果表明:1)木林子常绿落叶阔叶混交林土壤酸性较强,除了磷素亏缺,其余土壤养分富集;2)土壤的变异性不强,空间分布具有明显的自相关特征,并具有一定的尺度效应;3)除了土壤有效磷以外的土壤因子之间存在较为普遍的相互联系;4)土壤全磷对于土壤的综合变异最具代表性。

分形在土壤空间变异性评价中的应用研究

针对土壤空间变异性问题,研究了分维数和土壤空间变异性的关系。应用Green-Ampt入渗模型模拟出十种土壤的下渗湿峰深度值,它们的大小依次是:壤质砂土、沙壤土、沙质黏壤土、壤土、粉砂壤土、砂质壤土、黏质壤土、粉砂黏壤土、黏土、粉砂黏土,然后计算出十种土壤随机组合构成的100种土壤剖面的湿峰形状分维数,用这些分维数来描述土壤空间变异性。同时用反距离加权法和相邻两参数平方均值法算出土壤区域属性值,并与分维数进行比较,再通过对土壤空间变异性(用土壤饱和水力传导度来表示)的统计分析和分维数关系的分析,得出湿峰的分形维数与KS具有较明显的分带关系,而且这种关系在实际流域中会更明显。总的来说,土壤空间变异性越大,分形维数df越大。因此可以看出,用分形来评价土壤空间变异性是可行的,并取得了不错的效果。

土壤空间变异对溶解性有机氮淋失风险影响的模拟研究

本文应用COMSOL软件对土壤中溶解性有机氮(DON)的迁移转化过程进行了模拟,采用局部敏感性分析和全局敏感性分析两种方法,探究了土壤初始状态和土壤水力学参数的空间变异对土壤水分渗漏和DON淋失的影响。结果表明:土壤累积水分渗漏量与初始基质势的大小正相关,累积DON淋失量的大小与初始基质势以及DON初始含量的大小正相关。土壤在弱变异条件下,累积水分渗漏量的不确定性主要是由饱和导水率(K_(s))和饱和含水率(θ_(s))的空间变异引起的,累积DON淋失量要受到K_(s)的影响;在中等变异条件下,累积水分渗漏量和累积DON淋失量都对K_(s)的波动更为敏感。对于大尺度地区,土壤在弱变异条件下,大部分区域水分渗漏和DON淋失程度一致,在中等变异条件下,土壤水分渗漏和DON淋失量空间分布不均匀性增大,部分区域会发生大规模的水氮淋失。在水氮管理中考虑土壤空间变异特征,有利于降低土壤水分渗漏和DON淋失量,减轻土壤养分的流失,进而降低DON向地下水的淋失风险。

遵义市植烟土壤肥力综合评价及空间分布

了解遵义市植烟土壤综合肥力状况,为烟草种植规划提供理论支持。在遵义市13个区(县)168个乡镇采集3772份植烟土壤样品进行化学性状测定,运用模糊数学法评估植烟土壤肥力状况,采用Kriging插值法绘制植烟土壤化学性状和综合肥力评价空间分布图。结果表明:①遵义市植烟土壤酸碱度、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾的含量相互间呈极显著相关关系;有机质、碱解氮含量达到高或较高水平,土壤有效磷、速效钾含量较高,保障了烤烟生长所需的主要营养;②植烟土壤各肥力指标具有明显的空间变异特征,有机质与碱解氮分布基本一致,呈现极大的关联性,有机质、碱解氮和有效磷为斑块状分布态势,土壤pH值和速效钾呈块状分布。其中钾含量较高的区域与土壤pH值较低区域基本一致;③遵义市植烟土壤肥力综合评价得分为0.73,变异系数为16.8%,Ⅰ~Ⅲ级合计占比超过93%,遵义市植烟土壤肥力状况较好,空间变异较小。综合来看,遵义市植烟土壤肥力能供给优质烟叶生产的需求,但部分地区仍需加强有机肥、氮肥的使用,针对不同区域的肥力差异进行改良。

样点规模与采样方法对表层土壤pH空间预测精度的影响

土壤空间预测与数字化制图的精度受土壤样点规模、采样策略、预测模型选择、目标区域地貌与成土环境复杂程度、协变量数据质量等多种因素共同制约。选择河南省为研究区,基于9种土壤样点规模、5种采样方法,应用5种最具代表性的机器学习(Machine learning,ML)算法对耕地表层土壤pH实施空间预测与数字化制图,用以对比分析不同样点规模与采样方法对ML模型的性能表现及土壤pH预测精度的影响。结果表明:(1)当研究区土壤样点规模从200个经由400个、800个、1200个、1600上升至2000个时,无论使用何种采样方法,所有ML模型的性能表现与预测精度均呈快速上升的总体趋势;当样点规模达到并超过2000个时,大多数ML性能表现及预测精度趋于稳定,表明2000个土壤样点可能是这些ML模型预测研究区耕地表层土壤pH的样点规模阈值。(2)5种ML模型性能表现及其土壤pH预测精度存在明显差距,基于树结构的随机森林(Randomforests,RF)和Cubist表现最好,无论使用哪种采样方法,这两种模型预测结果的决定系数(R2)均可稳定在0.75~0.80之间、RMSE保持在0.50以下。(3)当土壤样点规模足够大时,采样方法对ML模型性能和土壤pH预测精度的影响很小,五种采样方法的效果相差不大。当土壤样点规模小于2000个时,采样方法的影响逐渐凸显。比较而言,条件拉丁超立方采样在样点规模较小时具备优势。当样点规模为1000个时,条件拉丁超立方采样仍可使随机森林和Cubist预测的R2维持在0.80左右;在样点规模小至200个时,条件拉丁超立方采样方法下5种ML模型预测的R2均在0.55以上。(4)不确定性分析结果显示,平均73.9%的验证样点表层土壤pH观测值落入随机森林模型90%预测区间,表明该模型的可靠性被轻微高估,但处于可接受范畴。此外,数据显示模型预测的不确定性与样点规模无明显关联。

地统计学在土壤空间变异研究中的应用

地统计学应用于土壤科学中,探索其空间分布特征及其变异规律,已为越来越多的学者所推崇。本文对地统计学基本原理及地统计学在土壤物理特性、土壤养分、土壤盐分、土壤重金属等土壤空间变异研究中的应用进行了论述,并针对存在的问题及发展趋势提出了一些看法。

尖峰岭热带山地雨林土壤物理性质小尺度空间异质性研究

采用地统计学的方法,对海南岛尖峰岭热带山地雨林原始林土壤物理性质小尺度空间异质性进行了研究,结果表明:(1)土壤各物理性质空间异质性明显,其半方差函数可以用指数模型、高斯模型和球状模型拟合,变程变化范围为10.810 48.650 m,块金值与基台值比值范围为10.2%87.8%,表明各物理性质有不同程度的空间自相关性;土壤孔隙度和持水特性有较大的块金值,说明存在小尺度(<10 m)的空间异质性;(2)普通克里格插值及绘制物理性质空间分布轮廓图表明,土壤各物理性质在空间分布上具有斑块性,各物理性质在不同土壤深度的空间分布有一定的一致性,地形是影响土壤物理性质空间分布格局的一个主要原因。

土壤空间变异研究现状及展望

阐述了应用地统计学方法 ,定量研究土壤空间变异的基本理论和基本方法以及国内外土壤空间变异的研究现状 ,探讨了该领域研究中存在的问题 ,展望了土壤空间变异研究前景。

土壤速效磷含量空间插值方法比较研究

采用土壤空间变异及其插值方法,对上海五四农场现代化农业园区水稻田60m×60m间隔采样,得到280个土壤有机质含量、速效磷、速效钾、全N、全P等采样数据,用逆距离加权、球面多项式、局部多项式、辐射基础函数、简单克立格、通用克立格、平常克立格(指数模型、球形模型、高斯模型、静态模型)等插值方法,对该区土壤速效磷含量的140采样点进行插值,得到各种插值的速效磷连续空间分布,将插值所得拟合值与同期测得的另140个采样点数据进行比较,则局部多项式插值、球面多项式和3种克立格插值方法效果较好,其中局部多项式插值方法效果最佳,平常克立格的静态模型、高斯模型和球形模型插值效果较佳。

土壤性质空间变异对飞蝗卵块分布格局的影响

利用地统计学方法，在GIS平台下研究了沿海蝗区南大港水库土壤空间变异对东亚飞蝗Locusta migratoria manilensis卵块分布格局的影响。结果表明，研究区域内土壤含盐量、5cm土层含水量、土壤有机质和pH具有明显的空间异质性，其中前两者表现出较强的空间相关性，后两者具有中等强度的空间相关性。飞蝗卵块亦具有明显的空间自相关，且集中分布在研究区域内土壤含盐量较低（〈1．9％）、含水量适中（10．1％～29．9％）的中部和东部地块，而在土壤含水量较高（〉30％）的西部和盐分过重（〉3％）的北部几乎没有卵块的分布。表明研究区域内飞蝗卵块的分布与土壤性质在空间上的变化有一定关系，即蝗区土壤性质空间异质在一定程度上决定了飞蝗卵块的空间分布格局。

人工神经网络在作物产量与土壤空间分布信息关系分析中的应用

应用BP神经网络分析作物产量与土壤空间分布信息之间关系.把人工神经网络技术引入回归分析过程,通过对给定样本的学习,不断调整网络权值,实现在变量与自变量之间的非线性映射,从而达到确定土壤特性与作物产量之间因果关系的目的.研究结果表明,基于BP神经网络的回归分析方法,具有较好的估计结果.

土壤空间分布多样性与景观指数的关联分析

选取河南省中部典型样区为研究对象,利用仙农熵变形公式计算了1 km×1 km、3 km×3 km、5 km×5 km三种网格尺度下的土壤空间分布多样性,运用GIS技术和灰色理论探讨了多样性指数与景观指数之间的关联性,综合评价了研究区的土壤类型空间分布格局,研究表明:平均斑块形状指数大多小于2.0,说明土属斑块形状相对比较规则,受人为干扰的程度比较高;同一土属的空间分布多样性指数在不同网格尺度下具有相似的分异规律,其中空间分布相对比较均匀的土壤是黄砂潮褐土(多样性指数为:0.790);景观分离度指数与土壤空间分布多样性之间存在一定的负相关关系,相关系数为R2=0.866;平均斑块面积指数与空间分布多样性指数之间的回归方程为y=0.099ln(x)+0.644,R2=0.625;面积指数与土壤空间分布多样性之间存在明显的正相关关系,相关系数R2=0.865。

祁连山青海云杉分布带土壤的空间变异性研究

为了揭示土壤特性的空间变化规律,对祁连山青海云杉分布带不同土壤剖面(0～40cm)及不同海拔梯度上(2 500～3 100m)的土壤温度、有机质、质量密度、水分等特征进行了分析.结果表明:研究区土壤温度随剖面深度的增加和海拔梯度的上升,表现出明显的降低趋势.在0～10、10～20、20～40cm土层内,土壤有机质含量分别为(13.52±2.46)%、(11.12±1.43)%、(9.17±1.29)%;变异系数分别为18.23%、12.83%、14.10%.土壤有机质含量随土壤深度的增加逐渐降低,随海拔升高逐渐增加.土壤质量密度在土壤垂直剖面上自上而下具有明显的增大趋势,在海拔梯度上表现为波动下降趋势,且与土壤有机质变化呈显著负相关.土壤水分在0～40cm土层内随着深度的增加逐渐降低,在海拔梯度上表现为波动变化,无明显的上升或下降趋势.

空间分析方法在土壤变异研究中的应用

土壤空间变异作为土壤科学研究中的热点,引起了广泛的关注,但其定量描述一直困扰着土壤学家。然而随着空间分析方法的引入,土壤变异的定量化程度将得到提高。常用的空间分析方法有地统计学、空间自相关分析、分维数分析、趋势面分析、尺度方差分析等。为此,介绍了这些方法的基本原理,并比较各种方法在土壤变异研究中的优缺点。