黑土丘陵区小流域土壤有机质空间变异及分布格局

土壤有机质的空间变异和分布格局是土壤科学领域研究的热点.在经典统计学和地统计学的基础上,结合"3S"技术,对黑土丘陵区海沟河小流域土壤表层(0~20 cm)中有机质的空间变异、分布特征及影响因子进行深入探讨.结果表明,海沟河小流域土壤有机质含量在黑土区处于较低水平,变异程度为中等变异,且存在空间自相关性;土壤有机质的空间变异受人类活动、耕作措施等随机因素影响很小,受结构性要素影响较大,空间上各向异性显著;土壤有机质含量从东向西逐步减小,以高程为协变量的协同克里格插值能够提高空间插值精度.土壤有机质空间分布受地形地貌等自然因素以及受其制约的土地利用的影响较大,受交通道路、居民点等要素的影响较小;采样点周边环境会增加有机质的空间变异和分布的不确定性.以流域为单元,进行SOM的空间变异、分布及影响因子研究具有重要意义和科学价值.     

川中丘陵县域土壤氮素空间分布特征及其影响因素

根据四川仁寿县555个表层土壤样点数据,采用地统计学和回归分析方法,对该区土壤全氮和碱解氮的空间变异特征进行分析,并探讨了不同因素对其空间变异的影响程度.结果表明,研究区土壤全氮(TN)含量在0.34~2.57 g·kg-1之间,平均值为1.12 g·kg-1,处于中等水平;碱解氮(AN)含量在25.86~184.17 mg·kg-1范围内,平均值为74.35 mg·kg-1,处于较缺乏水平.土壤TN和AN的块金效应分别为0.608和0.790,TN具有中等空间相关性,受结构因素与随机因素共同影响,而AN则主要受随机因素影响.空间上,TN和碱解氮均表现出北高南低趋势.成土母质可独立解释6.3%和1.0%的TN和AN空间变异;土壤类型对研究区TN和AN的空间变异的独立解释能力分别在26.5%~36.1%和27.7%~28.7%之间;地形条件对TN、AN空间变异的独立解释能力分别为5.5%、6.1%;土地利用方式对TN、AN空间变异的独立解释能力分别为37.7%、40.0%.土地利用方式对氮素空间变异的独立解释能力最高,是引起研究区土壤氮素空间变异最主要的因素.     

成都平原西部土壤氮素空间变异特征及影响因素

为探究成都平原西部土壤氮素的空间异质性及其影响因素,基于134个耕层土壤采样点,运用经典统计学和地统计学方法揭示w（TN）和w（AN）（AN为碱解氮）的空间变异特征,并利用方差分析和回归分析,研究不同因素对其空间变异的影响程度.结果表明:研究区土壤w（TN）为0.81~3.50 g/kg,平均值为1.94 g/kg;w（AN）为44.42~263.99 mg/kg,平均值为138.70 mg/kg.半方差分析显示,土壤w（TN）和w（AN）的块金效应分别为52.41%和63.92%,具有中等程度的空间自相关,表明其空间分布受结构性和随机性因素共同影响.土壤氮素空间分布特征均呈现由东北向西南逐渐递增趋势.回归分析结果表明,成土母质能独立解释14.8%和9.4%的w（TN）和w（AN）空间变异;土壤类型（土类、亚类和土属）对研究区w（TN）和w（AN）空间变异的独立解释能力分别在3.6%~17.2%和5.7%~17.2%之间.各土地利用方式下,土壤w（TN）、w（AN）平均值均表现为耕地>农林用地>园地,土地利用方式对土壤w（TN）空间变异的独立解释能力仅5.8%,对w（AN）无显著影响.研究显示,成都平原西部土壤氮素含量总体处于丰富水平,其中温江-郫县一带含量相对较低,高值区在金马河以南区域.成土母质和土壤类型对土壤氮素空间变异的影响总体高于土地利用方式.      

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.      

上海都市农业村域地表水非点源氮素的时空分异特征

为研究平原地区都市农业区域地表水非点源氮素的时空分异特征,揭示非点源氮污染对地表水环境的影响,连续监测了上海南汇新场镇果园村地表水中总氮和无机"三氮"(硝态氮、铵态氮和亚硝态氮)的含量.结果表明:①水文期和土地利用类型共同影响地表水中氮素的空间分布.受果园影响的地表水中硝态氮(NN)浓度较高,铵态氮(AN)浓度较低,各监测点氮素浓度在多雨期差异较大,在少雨期差异较小;受居民区和工厂影响的地表水中NN和AN浓度相差不大,各监测点氮素浓度在多雨期和少雨期差异都较大.②冬、夏季风风向可能影响果园村地表水中氮素的空间分布.③春雨期总氮(TN)、NN和AN的空间变异大,梅雨期和冬季少雨期略大于秋雨期和盛夏少雨期;亚硝态氮(SNN)与之相反.④5月溶解性有机氮(DON)是果园区地表水中氮素的主要存在形式,占TN的质量分数达到76.1%;其它季节则以溶解性无机氮(DIN)为主,占TN的质量分数平均达到83.2%.⑤果园区NN的季节变异比居民区大,居民区AN和TN的季节变异比果园区大.     

洞庭湖沉积物不同形态氮赋存特征及其释放风险

为了揭示湖泊沉积物中氮的空间分布特征及其释放风险,采用连续分级提取法研究了洞庭湖表层沉积物中EN(可交换态氮)、HN(酸解态氮)及NHN(非酸解态氮)的赋存特征;同时,结合BN(生物可利用态氮)的含量和释放通量的大小,探讨了各形态氮对BN的贡献及与释放通量的相关关系. 结果表明,受水动力和湖盆地形的影响,沉积物中各形态氮含量空间差异较大. 全湖w(TN)在735.91~2846.51mg/kg之间,平均值为1371.85mg/kg,东洞庭湖、西洞庭湖、南洞庭湖、洞庭湖出口w(TN)的平均值分别为1513.43、1173.14、1262.76和1363.31mg/kg. 从各形态氮含量占w(TN)的比例来看,w(HN)最高,平均占66.74%;其次是w(NHN),平均占21.46%;w(EN)最小,仅占11.80%. 东洞庭湖、西洞庭湖、南洞庭湖、洞庭湖出口w(BN)的平均值分别为189.31、170.16、152.87和139.51mg/kg,其值大小主要受w(EN)和w(HN)的影响. 东洞庭湖、西洞庭湖、南洞庭湖、洞庭湖出口沉积物中NH₄+-N释放通量的平均值分别为6.32、7.03、7.78和146.96mg/(m2·d),沉积物中NH₄+-N释放通量主要受EN控制,其中尤其受可交换态NH₄+-N的控制,而沉积物中的HN和TN尚不是影响沉积物氮释放的主要因素.      

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.      

青藏高原典型高寒草甸区土壤有机碳氮的变异特性

本研究应用地统计学的基本原理与方法(半方差分析)对青藏高原典型高寒草甸区0～10 cm土壤有机碳和全氮空间变异性进行了分析.结果表明,0～10 cm的土壤有机碳和全氮的平均含量分别为11.45 g·kg^-1和1.02 g·kg^-1,平均变异系数分别为0.23和0.21,反映出该植被区土壤肥力较为贫瘠.土壤有机碳和全氮随机因素的变异占总空间异质性变异的比率分别为44.7%和49.9%,变异尺度分别为210.9 m和200.1 m,随机因素的影响主要发生在采样尺度＜10 m的范围之内.在该研究区域上土壤有机碳和全氮均表现出空间自相关因素大于随机因素的变异格局;在空间结构的变异上,由土壤内在属性如土壤矿物质、地形等空间自相关因素和人为因素如放牧及工程施工等对土壤表层的践踏引起的随机因素共同起作用,影响程度呈中等水平.     

小流域土壤矿质氮与地形因子的关系及其空间变异性研究

为掌握小流域土壤特性与地形因子的关系及其空间变异规律,采用经典统计学与地统计学相结合的方法,对黄土高原水蚀风蚀交错带小流域土壤矿质氮与地形因子的关系及其空间变异性进行了系统研究,结果表明:①硝态氮的变异程度为强变异性,铵态氮、坡度、坡向则为中等变异性,土壤类型、土地利用对矿质氮的变异程度有极显著影响;②各研究特性在采样尺度内表现出不同程度的空间依赖性,铵态氮、海拔为强烈的空间依赖性,而硝态氮、坡度及坡向则为中等的空间依赖性;③分维数与空问异质比所揭示的结果具有一致性,各变量的分维数从大到小依次为:硝态氮(1.982 6)＞坡向(1.976 7)＞坡度(1.9420)＞铵态氮(1.879 1)＞海拔(1.746 1);④硝态氮在0°与90°,45°与135°方向上具有各向同性结构,而海拔为各向异性结构,其余的研究特性则表现出微弱的各向异性;⑤海拔、铵态氮具有很强的空间自相关性,硝态氮则为空间不相关;硝态氮与铵态氮、坡度与坡向之间具有极显著的正相关性,而铵态氮与海拔、坡度与海拔之间则为显著的负相关,表明在水蚀风蚀交错带铵态氮和坡度的空间分布具有海拔梯度性.     

鄱阳湖沉积物可转化态氮分布特征及其对江湖关系变化的响应

选取不同高程鄱阳湖表层沉积物,通过研究其总可转化态氮与各形态可转化态氮含量及分布特征,试图揭示江湖关系变化导致的水位变化对鄱阳湖沉积物氮潜在释放风险的影响.结果表明:1鄱阳湖表层沉积物总氮(TN)含量在389~3 865 mg·kg-1之间,空间分布上呈"五河"入湖尾闾区湖心区北部湖区的趋势;总可交换态氮含量在319.36~904.56 mg·kg-1之间,占TN的52%,空间分布趋势与TN相同;2鄱阳湖3个湖区沉积物各形态可转化态氮的含量大小排列次序均为:SOEF-N(强氧化剂可提取态氮)≈SAEF-N(强碱可提取态氮)WAEF-N(弱酸可提取态氮)IEF-N(离子交换态氮);3江湖关系变化致使鄱阳湖枯水期沉积物出露时间提前并且延长,进而导致不同高程沉积物可转化态氮(TTN)含量差异明显,3个湖区沉积物可转化态氮含量均表现为枯水期丰水期,高程越高,由于其沉积物出露时间较长,可转化态氮含量较高,即可转化态氮含量12 m~13 m高程沉积物11 m~12 m高程沉积物10m~11 m高程沉积物;4随着高程的增加,沉积物各形态可转化态氮含量都呈现增加的趋势,其中SAEF-N和WAEFN含量及其占总可转化态氮的比例变化幅度较小,而IEF-N和SOEF-N含量以及其占总可转化态氮比例的增幅均较为显著.如果江湖关系进一步变化,枯水期水位继续下降,势必会引起沉积物出露面积增大及出露时间延长,从而导致沉积物TN、可转化态氮以及释放风险较高的氮形态IEF-N和SOEF-N含量的增大,来年丰水期可能会增加鄱阳湖沉积物氮释放风险.     

浑太河流域氮磷空间异质性及其对土地利用结构的响应

利用2009年8月和2010年6月浑太河流域河流水体采样数据,结合GIS技术和地统计学方法,分析了汛期TN(总氮)、NH₄+-N(氨氮)、NO₃--N(硝酸盐氮)、TP(总磷)和PO₄3-(磷酸盐)在地表水体中的空间变异特征,并探讨了流域尺度上土地利用对氮磷营养物质的影响. 结果表明:NH₄+-N、PO₄3-和TN均受到结构性因素的影响,表现出一定空间相关性变异特征;NO₃--N和TP主要受到随机性因素的影响,表现出极弱的空间相关性变异特征. 汛期流域林地、农田和居民用地比例与氮素呈显著相关,农田和草地用地比例与氮磷均呈显著相关.可以初步推测,林地、农田和居民用地是控制氮素空间分异特征的结构性因素,农田和草地是控制磷素空间分异特征的结构性因素.      

近10年来三峡消落带土壤氮、磷时空分布特征研究

消落带是位于水陆交错带的一种特殊生态系统.消落带土壤作为生态系统中氮、磷元素重要的“源”与“汇”,在生物地球化学循环研究中具有重要意义.该研究基于中国知网CNKI以及Web of Science数据库检索近10年三峡消落带土壤氮、磷研究文献,提取w（TN）、w（TP）数据并进行统计,从宏观尺度上分析w（TN）、w（TP）的时空分布特征.结果表明:①高程分布上,当高程高于155 m时,土壤w（TN）（0.75~1.17 g/kg）随着高程增加呈下降趋势,土壤w（TP）未发生显著变化（0.53~0.60 g/kg）;当高程低于155 m时,土壤w（TN）处于较低水平（0.66~0.86 g/kg）,但w（TP）维持较高水平（0.60~0.76 g/kg）.②时间分布上,消落带土壤w（TN）整体呈现逐年递减的趋势,Pearson相关系数为-0.64,但是w（TP）没有显著变化.③地区分布上,三峡上游库区消落带土壤w（TP）出现显著高值,下游库区w（TN）出现显著高值.研究显示:不同高程土壤受植物残体分解等因素影响,在落干期w（TN）上升,在浸没期向上覆水体释放TN;水位调节导致的淹没强度变化对消落带土壤中TN产生淋溶作用,而对TP的影响较小;对于消落带上游地区应更关注土壤中高w（TP）带来的环境风险,而对于消落带下游地区应更关注因水土流失和非点源输出导致的高w（TN）所致环境风险.      

The effects of land use and its patterns on soil properties in a small catchment of the Loess Plateau

Due to relatively strong human activities in the hilly area of Loess Plateau,the natural vegetation has been destroyed,and landscape pattern based on agricultural land matrix was land use mosaic composing of shrub land,grassland,woolland and orchard.This pattern has an important effect on soil moisture and soil nutrients.The Danangou catchment,a typical small catchment,was selected to study the effects of land use and its patterns on soil moisture and nutrients in this paper.The results are as follows:The comparisons of soil moisture among seven land uses for wet year and dry year were performed:(1)the average of soil moisture content for whole catchment was 12.11% in wet year,while it was 9.37% in dry year;(2)soil moisture among seven land uses was significantly different in dry year,but not in wet year;(3) form wet year to dry year,the profile type of soil moisture changed from decreasing type to fluctuation-type and from fluctuant type to increasing type;(4)the increasing trend in soil moisture from the top to foot of hillslope occurred in simple land use along slope,while complicated distribution of soil moisture was observed in multiple land uses along slope.The relationships between soil nutrients and land uses and landscape positions were analysed:(1)five nutrient contents of soil organic matter(SOM),total N(TN),available N(AN),total P(TP) and available P(AP) in hilly area were lower than that in other areas.SOM content was less than 1%,TN content less than 0.07%,and TP fallow land and cropland,and higher level in soil fertility was found in crop-fruit intercropping land among croplands;(3)soil nutrient distribution and responses to landscape positions were variable depending on slope and the location of land use types.     

河套灌区不同灌季土壤氮素时空分布特征分析

以内蒙古河套灌区东段乌拉特灌域为研究区,在春灌、夏灌和秋浇(2005年4月、7月和11月)3个不同特征灌季进行采样分析,应用传统统计学方法和地统计学中的普通 kriging 法,对研究区0～20cm土壤中氮污染物的空间分布特征进行了研究.结果表明,不同灌溉时期土壤中总氮、铵态氮和硝态氮的理论变异函数模型主要为球状、高斯和指数模型,与实际变异函数间的残差平方和在0.0009与0.1238之间,拟合效果较好;除11月铵态氮具有中等空间相关性外.其它参数均具有强烈的空间相关性;在4、7月土壤中总氮元素含量大体表现为东北高、西南低;研究区整体土壤总氮和硝态氮含量4月最高、11月最低,土壤铵态氮含量7月最高、11月最低.土壤中氮元素的上述时空变异受研究区地下水位、引水和农田排水不同期变化具有较大的影响.     

县域土壤养分空间变异特征及合理采样数研究

以地统计学和GIS相结合,以山东费县为例探讨了土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾5种养分空间变异特征及县域尺度土壤养分的合理采样数。研究表明,有效磷的变异系数最大,由大到小依次为有效磷>速效钾>有机质>碱解氮>全氮。有机质、全氮、速效钾3种养分呈现中等强度的空间相关性且变程较大,基于土壤养分的空间相关性和克里格插值的独立验证得出费县有机质、全氮和速效钾3种养分合理采样数分别为1 035、842和1 033个,合理采样间距约为1 352、1 500和1 354 m。碱解氮不存在空间相关性,后续采样需要加大采样密度进一步研究其空间结构性。而有效磷呈现很强的空间相关性,但是变程很小,小范围内受人类活动等随机性因素较大,后续采样不能低于目前采样密度。     

鲁东山区流域景观格局与面源污染关联关系

基于实地监测和3S技术,以鲁东低山丘陵地区栖霞市为研究区,采用Spearman相关、非约束性PCA、对应典范分析（CCA）等方法,研究不同流域尺度下景观格局与面源污染的关联关系。结果表明：（1）研究区景观格局空间分异明显,在特征尺度下农用地和建设用地斑块较为破碎,林地、园地斑块聚集性强。（2）研究区河流面源污染物主要以TN为主,EC、COD污染次之,主河道出水口为污染较为严重的区域。（3）景观格局对水质的影响丰水期要大于平水期,TN和EC对土地利用类型面积比例和景观格局指数的变化最为敏感。（4）平水期河岸带尺度下景观格局对TN影响最大的为斑块密度,EC受景观边缘密度影响最大,小流域尺度TN受景观蔓延度影响最大,COD与景观多样性关系密切;丰水期河岸带尺度景观多样性对TN影响最大,EC受斑块聚合度影响最大,小流域尺度影响TN最大的因素与平水期一致,EC与景观蔓延度关系密切。（5）小流域景观类型水平下,TN主要受林地斑块密度影响,TP与耕地散布与并列指数关系密切;丰水期TN受林地散布与并列指数影响显著,TP对林地平均分维数变化敏感,EC受草地聚集性影响最大。本文分析了研究区景观格局与面源污染空间分布特征,探讨了两者在不同尺度下的相关性,可为栖霞市水土资源可持续利用提供科学依据。     

涪江流域农业非点源污染空间分布及污染源识别

采用输出系数模型,借助地理信息系统技术,对涪江流域的农业非点源污染进行了模拟,分析了流域非点源污染的空间分布特征,并对主要污染源进行了辨识,以期为流域非点源污染控制与管理提供决策支持.研究表明,2010年研究区农业非点源总氮污染负荷为9.11×104t,全区平均负荷强度为3.10 t.km-2;农业非点源总氮负荷总量最主要分布在旱地、绵阳市和缓坡区,农业非点源总氮负荷强度的高负荷区为旱地、德阳市和缓坡区;农业用地的化肥流失是污染的首要污染源,贡献率为62.12%,其中旱地的化肥流失是最主要来源,贡献率为50.49%.可见,改进粗放的农业耕作方式、积极推进"退耕还林"、合理处理养殖废水、集中收集农村生活污水等是研究区非点源污染有效的控制措施.