黑土区小流域土壤氮素空间分布及主控因素研究

在经典统计学和地统计学的基础上,结合"3S"技术,对黑土区海沟河小流域土壤表层(0~20 cm)中全氮(TN)、碱解氮(AN)的空间变异、分布特征及主控因素进行深入探讨.结果表明:海沟河小流域土壤TN含量处于较高水平,AN含量为中等水平;TN和AN的变程分别为900 m和1282 m,其空间变异均受地形、成土母质等结构性要素影响较大,在东-西(E-W)方向的空间变异相对剧烈;TN含量与坡度等地形指标显著性相关,AN含量与高程等地形要素显著性相关;回归协同克里格插值结果显示,TN自东向西呈现"高-低"交替的带状格局,与土地利用方式在东西方向上的演替相近,AN的高值在东部山区,低值在中部旱地分布集中的区域,呈现"两边高,中间低"的特征;水系、居民点等环境要素对TN和AN的空间分布存在明显的作用距离,土地利用方式及坡位对TN和AN含量分布影响显著,且存在较大差异.     

我国东北黑土丘陵区小流域土壤有机质空间分布模拟

为探索小流域w(SOM)(SOM为土壤有机质)空间分布模拟的最佳方法,以我国东北黑土丘陵区海沟河小流域为例,借助地统计学和3S技术提取与w(SOM)显著相关的地形及环境因子,对海沟河小流域表层(0~20 cm)w(SOM)分别进行协同克里格插值、回归克里格插值和地理加权回归克里格空间插值模拟,并进行精度验证. 结果表明:我国东北黑土丘陵区海沟河小流域表层w(SOM)平均值为12.96 g/kg,空间变异程度为中等. 海拔、距水系距离均与w(SOM)显著相关,能够用来辅助w(SOM)的空间分布插值;与协同克里格插值结果相比,回归克里格对w(SOM)的插值精度提高了56.09%;地理加权回归克里格插值精度提高了90.87%;对地理加权回归克里格插值所产生的残差进行二次统计分析及合理插值,能够进一步提高插值模拟精度;将人类干扰因素纳入插值模型,是未来提高w(SOM)空间分布模拟精度的关键. 研究显示,地理加权回归克里格插值有效提高了w(SOM)空间插值模拟的精度,并且存在改进和提高的空间.      

黑土耕作区土壤含水量空间自相关及农业生产分区

论文以东北黑土耕作区土壤表层（0~20 cm）含水量为研究对象,基于3S技术和Moran指数进行空间自相关分析,掌握黑土区土壤表层含水量的空间自相关类型及其分布格局,划定农业生产中的优先区域,为农业生产中土壤含水量的分区管理、农业设施合理配置提供理论依据。结果表明：海沟河小流域土壤含水量空间差异大,变异程度为中等变异,受人类活动等随机因素的影响较大;全局空间自相关系数为0.417 7,表现出较强的正自相关特征,且不同方向存在较大差异;局部空间自相关系数为0.374 4,局部空间自相关类型主要为H-H型（高-高关联）和L-L型（低-低关联）,空间集聚特征明显,H-H型主要分布于研究区西北部地势平坦的地区,形成高含水量且高度空间自相关的格局,耕作优势突出,为农业生产中的优先区域,L-L型分布于东部山地与平原的过渡带,形成低含水量集聚的格局,为农业生产中的一般区域。基于土壤含水量空间自相关分布特征,进行农业生产区域的划定及分区管理具有重要的实践价值。     

基于贝叶斯最大熵的黑土区小流域土壤有机质空间分布预测

进行w（SOM）空间预测研究,对掌握区域w（SOM）空间分布现状、实施精准农业以及保护区域生态环境都有着重要意义.以土地利用类型为辅助变量,将不同土地利用类型所对应w（SOM）的概率分布作为“软数据”,采用BME（贝叶斯最大熵）方法对我国东北黑土丘陵区海沟河小流域表层w（SOM）的分布情况进行空间预测,并与以w（TN）和土地利用类型为辅助变量的CK（协同克里格）方法进行比较,探讨两种方法的可行性与精度.结果表明:我国东北黑土丘陵区海沟河小流域表层w（SOM）平均值为24.04 g/kg,空间变异程度为中等.w（SOM）与w（TN）呈极显著正相关,与土地利用类型存在较强的相关性,不同土地利用类型w（SOM）差异明显,w（TN）与土地利用类型能够用来辅助w（SOM）的空间分布插值.相较于CK方法,BME方法能更好地利用“软数据”进行空间插值,使对w（SOM）预测结果的平均误差（ME）、平均绝对误差（MAE）和均方根误差（RMSE）均有所降低,精度大幅提高,空间插值效果明显优于CK方法.研究显示,研究区w（SOM）以阶梯状自东向西依次递减分布,在南北方向上变化不大,空间变化特征较为明显,BME方法利用“软数据”插值后的结果能较好地反映研究区w（SOM）空间分布的实际情况.      

白城市黑土区农田土壤重金属来源解析及积累评价

土壤重金属污染与农产品安全息息相关,为探究东北黑土地的重金属及有机质的含量特征,选择吉林省白城市黑土区农田为研究区域,共采集111个表层土壤样本,分析了土壤重金属Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As和土壤有机质含量,由普通克里金插值分析得到土壤重金属和有机质含量的空间分布,并结合相关性分析、主成分分析和聚类分析探究土壤重金属的可能来源及其与土壤有机质的赋存特征.同时,采用地累积指数法、单因子指数法等方法,结合地统计学评价白城市黑土区农田土壤重金属积累状况.结果表明,土壤中Cu、Zn、Cr、Ni、Pb、Cd、As含量均值分别为14.68、27.66、44.64、16.81、9.01、0.08、5.38 mg·kg^-1,与吉林省土壤环境背景值相比,均低于背景值.来源分析显示,土壤中Zn、Ni和Pb相伴而生形成明显的地质成因趋势,主要来源于自然源;Cu和Cr与当地悠长的农业耕种历史密不可分,主要受农业活动影响及与畜禽粪便及污水污泥进入农田土壤有关;当地的工业发展主要依赖于重工业,As与工业生产尤其是与采矿活动和燃煤密切相关.土壤有机质含量与土壤重金属Cd、Pb含量呈...     

吉林省农田黑土中Cd、Pb、As含量的空间分布特征

利用地统计学方法研究了吉林省黑土区耕层土壤(0～20cm)中Cd、Pb、As含量的空间结构及其分布特征.结果表明,研究区土壤Pb含量属中等程度的空间相关,而Cd、As含量属空间弱相关.3种元素含量的空间变异主要受人为的随机性因素的影响.利用半方差函数的分析结果经普通克立格插值得到了3种元素含量的空间分布图.结果显示,在空间分布上,受不同污染源的影响,土壤Cd、Pb、As含量表现出不同的分布特征.土壤Cd含量较高的地区主要分布于煤矿区周围;土壤Pb含量高的样点主要分布于城郊及公路两侧;煤矿区周围及城郊农田土壤中As含量相对较高.     

黄土高原沟壑区小流域土壤养分空间变异特征及其影响因素

了解表层土壤有机质与全量养分的空间变异规律及其影响因素,能够为黄土高原生态脆弱带的土壤养分管理提供参考。基于王东沟的93个野外采样点,综合多种地统计学方法,分析了土壤养分的空间变异特征及其影响因素。结果表明:研究区表层土壤养分含量处于中等水平,空间变异大小依次为全磷>全氮>有机质>全钾,均由结构性因素主导;有机质、全氮较全磷、全钾变异尺度小、空间自相关性弱、空间复杂程度高。有机质、全氮的分布格局为南高北低,主要影响因素包括海拔、坡度、曲率和土地利用;全磷呈现相反的北高南低分布,海拔、坡度、土地利用、土壤机械组成和人类活动对其影响较大;全钾则为内部高四周低,分布较破碎,坡向和土壤机械组成作用较强。据此建立了9个环境因子与土壤养分之间的回归预测模型,以期为研究区土壤资源的可持续利用提供数据支持。     

不同干扰程度下土壤盐分和有机质空间变异特征

为明确人类活动影响下土壤盐分和有机质的空间变化特征,对新疆阜康市土壤实地定点取样,基于GIS和地统计学方法,分析不同人为干扰程度下土壤盐分和有机质的相关性及空间变异特征。结果表明:1)随干扰程度的增加,土壤盐分含量逐渐增加,有机质含量逐渐减小,两者变异系数在15.45%～60.19%,均属中等变异;2)各干扰程度下土壤盐分和有机质的相关性为:相对无人为干扰区>人为干扰区>重度人为干扰区,相关系数分别为:-0.614、-0.412、0.043;3)干扰程度越大,土壤盐分和有机质受随机因素作用越来越强,相对无人为干扰区两者块基比为12.5%和9.68%,具有强烈的空间相关性;4)Kriging插值结果为:相对无人为干扰和人为干扰区土壤盐分高、有机质低分布区域具有一致性,重度人为干扰区两者分布复杂,关系不明显。研究结果可为盐渍土的改良利用及人类合理适度开垦提供参考。     

基于改进麻雀搜索算法优化BP神经网络的土壤有机质空间分布预测

土壤有机质是衡量土壤肥力的重要指标,提高区域有机质空间分布预测精度十分必要.利用黄河流域卫宁平原采集的1 690个土壤表层（0~20 cm）有机质及自然环境、人类活动数据,通过1 348个点采用经典统计学、确定性插值、地统计插值和机器学习的方法分别建立了土壤有机质空间分布预测模型,以342个样点数据为测试集检验分析不同模型预测精度.结果表明,卫宁平原土壤表层ω（SOM）的平均值为14.34 g·kg^-1,1 690个采样点土壤有机质变异系数为34.81%,为中等程度变异,呈现出东北部、西南地区含量低,中间黄河左右岸和地势平缓的黄河阶地相对含量高的空间分布趋势.4类方法的预测精度大小为：机器学习法>地统计插值方法>确定性插值方法>经典统计学方法.通过对比,基于改进麻雀搜索算法优化的BP神经网络预测精度最好,改进后的麻雀搜索算法具有更优的收敛精度,避免了陷入局部最优,防止了数据过拟合,具有较好的预测能力,该优化算法可以提高土壤有机质含量预测精度,在土壤属性预测上有良好的应用前景.     

江汉平原县域尺度土壤有机质空间变异特征与合理采样数研究

土壤有机质含量是衡量土壤肥力和评价耕地质量的重要指标。在县域尺度下,利用合理数量的样点反映其空间分异特征具有重要意义。论文选取位于江汉平原腹地的湖北省公安县为研究区,布设了4 045个样点并测定其有机质含量,采用半方差分析得到土壤有机质空间变异特征,基于Moran’s I揭示空间变异较大地区,并通过二分法的思想逼近最佳合理采样数值。结果表明：研究区土壤有机质分布呈中等空间相关性,有6个局部区域的空间变异明显高于邻近地区,采样点数量与插值精度呈正相关,合理采样数为598个。研究结果可以为江汉平原县域耕地质量监测和管控提供指导。     

基于环境因子和邻近信息的土壤属性空间分布预测

为探索乡镇尺度上土壤属性空间分布预测的最佳方法,以江西省万年县齐埠镇为例,借助四方位搜索法、地统计学和遥感影像分析技术提取环境因子（地形因子和植被覆盖指数）和邻近信息[w（有机质）与w（速效钾）],构建OK法（普通克里金法）、RK1法（仅基于环境因子的回归克里金法）以及RK2法（基于环境因子和邻近信息的回归克里金法）对齐埠镇耕地表层（0~20 cm）土壤w（有机质）、w（速效钾）空间分布进行预测.结果表明:齐埠镇土壤w（有机质）平均值为35.03 g/kg,w（速效钾）平均值为96.73 mg/kg,均为中等空间变异性.对62个样点进行建模,16个测试样点进行独立验证的误差分析表明,RK2法对土壤w（有机质）、w（速效钾）预测结果的均方根误差、平均绝对误差和平均相对误差较OK法分别降低了18.05%、18.01%、21.77%和7.25%、9.49%、9.84%;较RK1法分别降低了22.48%、20.91%、22.02%和9.27%、12.61%、13.52%.研究显示,RK2法明显提高了土壤w（有机质）、w（速效钾）空间分布模拟精度,并且存在改进和提高的空间.      

南方红壤区不同侵蚀程度下土壤有机质空间变异的影响因素研究

研究不同侵蚀程度下土壤有机质空间变异的影响因素对指导耕地利用和水土保持工作的开展具有重要意义。论文以江西省兴国县耕地土壤有机质为研究对象,分析了不同侵蚀程度下土壤有机质的空间变异及其影响因素。结果表明：随着侵蚀程度的加深,兴国县土壤有机质含量呈下降趋势。不同侵蚀程度下土壤有机质含量差异显著（P<0.001）,等级均为四级。变异系数由大到小依次为中度侵蚀（43.70%）>剧烈侵蚀（37.78%）>重度侵蚀（34.88%）>极强度侵蚀（34.44%）>无明显侵蚀（34.38%）>轻微侵蚀（28.91%）。在无明显侵蚀和轻微侵蚀时,高程和剖面构型是影响土壤有机质空间变异的主要因子。在中度侵蚀和重度侵蚀时,主要影响因素变为坡度。但在极强度侵蚀和剧烈侵蚀时,高程、坡度、坡向、成土母质和剖面构型对土壤有机质含量都影响显著（P<0.05）。因此,不同侵蚀程度下土壤有机质空间变异影响因素不尽相同。在不同侵蚀程度下合理开展耕地利用和水土保持工作有利于最大限度地节约资源。     

森林类型对土壤表层有机碳空间异质性的影响

对西南山地阔叶林区的天然阔叶混交林、天然次生林和人工柳杉林的土壤表层有机碳（SSOC）进行了测定,并用地统计学理论构建了3种亚热带森林生态系统在小尺度上的SSOC半方差理论模型。结果表明,不同森林生态系统间SSOC含量差异性显著,表现为天然阔叶混交林>天然次生林>人工柳杉林,SSOC含量与土壤含水率、容重、孔隙度和有机质相关性显著;天然阔叶混交林的SSOC空间相关性最强,次生林次之,人工林较弱;天然阔叶混交林SSOC在45°方向上空间变异最明显,天然次生林和人工林在各个方向上的变异均较弱;天然阔叶混交林SSOC的等值线较密,梯度变化急剧,天然次生林次之,人工林等值线稀疏,梯度变化不明显。总之,不同森林类型对SSOC含量和分布有着重要影响。     

喀斯特小流域土壤有机碳密度空间异质性及影响因素

论文为阐明喀斯特小流域土壤有机碳密度分布格局及其主要影响因素,运用野外布点采样、实验室测定和地统计学分析相结合的方法,采用2 755个详细调查的剖面样地,共计23 536个土壤样品,定量研究了土壤有机碳密度的空间异质性及分布特征,并利用典范分析法分析了影响土壤有机碳密度的主要环境因子。结果表明：后寨河流域各层土壤有机碳密度随土壤深度的增加而逐渐降低,最大值为12.47 kg/m²,最小值为0.11 kg/m²,100 cm土壤深度有机碳密度平均值为12.11 kg/m²,高于全国100 cm土壤深度有机碳平均密度。流域土壤有机碳密度最佳拟合模型为高斯模型,呈中等强度空间相关,Kriging插值显示土壤碳密度高值区在东部区域,低值区在南部区域,表现为中部低、四周高的趋势。后寨河100 cm深度下土壤碳密度在不同植被类型、土地利用方式、土壤类型下表现出一定差异。土壤厚度与有机碳密度呈正相关,石砾含量、坡向、坡度、土壤容重、岩石裸露率与有机碳密度呈负相关。土壤厚度、岩石裸露率、石砾含量是影响后寨河流域土壤有机碳密度的主要因子,其中以土壤厚度影响最大。     

1985—2005年聊城市土壤有机质的时空变异分析

通过统计及地质统计学方法,研究了山东省聊城市1985—2005年土壤w(有机质)的时空变异性. 结果表明:近20年来聊城市表层土壤有机质共增加了34.31×104 t,但不同土壤类型的增幅不尽相同,本底值较低的土壤亚类有机质增加较多,本底值较高的则增加较少. 2005年w(有机质)插值结果表明,研究区w(有机质)分布存在四周高、中部低的趋势. 聊城市北部、临清县南部以及高唐与茌平县之间部分区域w(有机质)比1985年下降明显,而冠县以南及以北、茌平县东部及南部部分区域的w(有机质)增加明显. 影响土壤有机质时空变异的因素主要为土壤类型和区域内农业种植及生产管理方式的改变.