江津市紫色土中N、P养分元素区域空间变异性研究

利用地统计学,结合GIS研究紫色土土壤表层(0～20cm)的全氮、碱解氮、全磷和速效磷4种养分含量的空间分布特征结果表明,全氮和速效氮为正态分布,全磷和速效磷为对数正态分布;通过半方差函数分析,发现全氮存在纯块金效应,块金值为0.2,其它养分在一定间距内(50m)存在空间相关性,且为中等强度的空间自相关性(块金值与基台值之比在25%～75%之间);用普通克立格法和对数正态克立格法进行最优内插,做各种养分含量的分布图.结合GIS可充分了解土壤中N、P养分的空间变异性规律,并可进一步应用于精确施肥和农业非点源污染预测和控制.     

基于GWRK的土壤有效磷空间预测及其超标风险评估

以江苏省金坛区土壤有效磷的空间预测为例,构建地理加权回归克里格（GWRK）模型,即采用地理加权回归（GWR）来量化土壤有效磷与主要土壤因子（即：土壤全磷、土壤pH值和土壤有机质）之间的局部空间关系,并结合局部回归残差的插值结果来预测土壤有效磷的空间分布状况.GWR结果显示主要土壤因子对土壤有效磷含量的影响程度随空间位置的变化而变化.同时,采用独立验证样本对比GWRK模型和普通克里格（OK）模型的空间预测精度.结果显示,GWRK预测结果具有更低的平均绝对误差（MAE）、均方根误差（RMSE）和更高的Pearson相关系数（r）,且较OK预测结果的相对提高指数（RI）为19.61%.此外,根据GWRK预测结果,对金坛区土壤有效磷含量的超标风险进行了评估.结果表明土壤有效磷含量超过其环境安全阈值（40mg/kg）的区域集中分布在金坛区北部,其面积为175.58km²,约占金坛区总面积的18%.因此,GWRK模型能有效评估区域土壤元素有效量空间分布状况,且GWR局部空间回归系数能为区域土壤元素有效量的调控提供更精确空间决策支持.     

基于最小数据集的成都平原某区土壤养分综合评价体系的构建

成都平原是我国重要的粮食、蔬菜、水果产地,进行土壤养分综合评价有利于了解区域土壤养分空间分布、丰缺程度,对区内土地的合理利用、养分变化监测具有重要作用。为此,本文基于土壤地球化学数据,通过相关分析、主成分分析、Norm值计算,构建了研究区土壤养分综合评价的最小数据集(MDS),并对比了国内16个MDS土壤养分评价体系。结果表明:研究区土壤pH均值为6.44,有机质、碱解氮、有效磷、速效钾达到丰富的样品占比分别为10.67%、40.19%、47.59%、41.89%。研究区土壤养分综合评价的MDS为有机质、全磷、Zn、Co,能够较好反映全数据集对土壤养分综合评价的信息。通过MDS土壤养分评价,研究区土壤养分综合评价指数得分均值为0.578 3,低于0.3的区域面积占比为2.25%,得分高于0.6的区域面积占比为40.49%,土壤肥力较好。在土壤养分评价体系中,有机质和磷(全磷或有效磷)是MDS的重要指标。     

长三角典型区土壤重金属有效态的协同区域化分析、空间相关分析与空间主成分分析

以昆山市为典型区,采集了126个表层土壤样品,通过多元统计学、地统计学与GIS技术相结合,采用基于协同区域化理论的因子克立格法探讨了长三角多个土壤重金属有效态的区域分异,并在剖析不同空间尺度有效态重金属的空间结构特征基础上,应用空间相关分析和空间主成分分析来揭示引起这种分布格局的成因和污染来源,结果表明,昆山土壤有效态重金属服从正态或对数正态分布,变异系数较大,有效态Cd污染最重.重金属有效态在空间上可划分为块金尺度、小空间尺度（15 km左右）和大空间尺度（40 km左右）,它可用3个尺度的实验（交叉）变异函数的协同区域化模型线性拟合.空间相关分析中,Cd和Zn在3个尺度中的相关性均极显著,且元素在小尺度和大尺度的相关性比块金尺度更强,大尺度的负相关特征较其它尺度明显.空间主成分分析表明,不同尺度的空间污染来源不同.重金属有效态第一、二主成分的空间分布格局结果表明重金属有效态含量与工业活动、污水灌溉和土壤性质密切相关.     

安太堡露天煤矿复垦地土壤养分相关研究

以平塑安太堡露天煤矿为例，研究了矿区排土场矸石风化物和黄土二种主要母质发育的土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾状况及其相关性。结果表明，矸石和黄土母质对有机质、全氮的影响显著，对速效磷、速效钾的影响未达到显著水平；黄土母质发育的土壤有机质和全氮含量呈显著正相关，而矸石风化物有机质和速效钾含量呈显著负相关，有机质和其它的养分指标相关性不显著。     

塞罕坝华北落叶松人工林生产力及其空间分布预测

准确预测森林立地生产力是进行高效森林经营的关键。立地指数是森林生产力可靠的评价指标之一。基于地形、气候和土壤因子以及220块样地解析木数据,采用回归克里格（RK）模型对塞罕坝机械林场华北落叶松（Larix principis-rupprechtii）人工林立地指数（SI）进行空间插值预测,并分析了不同半变异函数对RK模型精度的影响。拟合结果表明：基于高斯半变异函数的RK模型精度优于球状和指数RK模型,且具有较小的残差（RMSE=0.82 m,MAE=0.66 m）,表明高斯RK模型具有很强的预测SI能力;高斯半变异函数分析表明研究区华北落叶松人工林SI存在较强的空间自相关性,且在724.89 m变程内差异显著;影响华北落叶松立地指数分布的主要环境因子有土壤全氮、土壤pH、夏季降水量和春季降水量;立地生产力较高区域一般分布在春季降水适中、夏季降水较多、土壤为中性及偏酸性且全氮含量较高的东南部地区,占研究区总面积的32.00%,而在春、夏季降水量少或者春季降水量过多、土壤全氮含量过低且偏碱性的北部边缘地区立地生产力较低,仅占研究区总面积的8.90%。研究区土壤、气候因子与树木生长习性共同决定了华北落叶松人工林生产力的分布格局。通过降低土壤酸碱度和适当施加氮肥等措施,可以提高华北落叶松人工林生产力。     

黄河三角洲典型地区耕地土壤养分空间预测

掌握土壤养分的分布特点是实现养分优化管理的重要基础。论文选择黄河三角洲典型地区山东省垦利县为研究区,通过田间采样与实验室化验分析获取了1 278个样本（0~20 cm）的土壤碱解氮、有效磷、速效钾数据。在经典统计分析的基础上,用地统计学方法分析了土壤养分的空间变异特征,并拟合了养分的变异函数模型。利用普通克里格法（OK）、反距离权重法（IDW）、泛克里格法（UK）、径向基函数法（RBF）和局部多项式法（LP）5种方法进行空间插值,并采用独立数据集验证对插值结果进行精度评价,进而分析了各养分空间分布规律。为深入探索各方法的适用性规律,基于AN数据设计了离散、随机、聚集3种空间分布模式的数据,利用各模型的自动优化进行试验,对比分析了不同插值方法在土壤养分空间预测中的自适应性。结果表明：1）研究区碱解氮、有效磷、速效钾均为中等强度的空间变异和中等程度的空间自相关,其变异函数模型分别为球状模型、指数模型和球状模型,决定系数依次为0.951、0.892和0.787;2）在空间分布上,土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量与地形和土地利用类型等有关,西南部地势较高,以水浇地和旱田为主,东北部沿黄农田受黄河淡水影响,耕地质量较好,而中部地区地势低平,以水田为主,养分含量偏低;3）相对于块金系数/基台值,Moran’s I是更为稳健有效的衡量土壤养分空间自相关性的方法;4）论文认为,空间分布模式、样本量、空间自相关性和空间聚集程度（最近邻比）均影响插值精度。在离散模式下,各方法自适应性均较差;在随机模式下,IDW与RBF自适应性优于OK和LP;在聚集模式下,各方法自适应性与样本量和空间自相关性有关,直至样本足够多时,4种插值方法精度接近。论文探明了研究区主要土壤养分的最佳插值预测方法,分析了土壤养分的变异特征和空间分布规律,为黄河三角洲典型地区耕地土壤养分利用管理和农业可持续发展提供了理论依据。     

三峡水库蓄水对消落带土壤理化性质的影响

土壤养分是三峡库区消落带生态系统的重要组成部分。通过对石宝寨消落带12个水位96个样点的土壤分析,研究了消落带不同水位土壤容重、酸碱度、有机质、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、速效钾的含量变化。结果表明:①淹水后消落带土壤由微碱性(pH值=7.91)变为碱性(pH值=8.14),养分平均含量普遍下降,速效钾含量下降最多(46.7%),淹水易造成养分流失;②消落带土壤淹水前各测定指标在不同高程之间差异均不显著(P>0.05);③不同淹水强度的土壤容重、有机质、全氮、速效钾含量差异极显著(P＜0.01),氨态氮含量差异显著(P＜0.05),淹水土壤pH值高于未淹水土壤,有机质、全氮及速效钾含量低于未淹水土壤;④长期淹水后(146 m)的土壤出现有机质及全量养分累积现象。     

陕北水蚀风蚀交错区生物结皮对土壤酶活性及养分含量的影响

论文以陕北水蚀风蚀交错区六道沟小流域的生物结皮为对象,研究分析了其对土壤酶活性和土壤养分特征的影响。结果表明:生物结皮对土壤酶活性和土壤养分的影响主要体现在结皮层。结皮层的土壤脲酶和过氧化氢酶活性分别为下层(0～2 cm)土壤的1.56和1.31倍,碱性磷酸酶活性提高幅度最大,为结皮下层的3.72倍;生物结皮能显著提高结皮层土壤有机质、全氮及速效氮含量(P0.05),研究中结皮层土壤有机质、全氮、速效氮含量分别为15.67 g.kg-1、0.65 g.kg-1和22.51 mg.kg-1,而其下0～2 cm层土壤则分别为5.54 g.kg-1、0.30 g.kg-1和14.6 mg.kg-1;生物结皮对土壤速效磷和速效钾的影响不明显(P0.05);生物结皮层土壤pH值为8.08,低于其下0～2 cm层土壤(pH值为8.32,P0.05)。总之,生物结皮的形成和发育可以改善表层土壤的生物化学性质,对该区植被的恢复与重建具有积极意义。     

Effect of land-use and land-cover change on nutrients in soil in Bashang area,China

The Bashang area is a water-source area and ecological barrier zone for Beijing and Tianjin. The area is located at 200 km from Beijing and Tianjin and is a typical agriculture-pasture-interlacing zone, in which theis vulnerable and hence it is sensitive to anvironmental change. The area is relatively lagged in social and economic development, where the traditional cultivation mode is predominatedin agriculture and animal husbandry, but the disturbance by human activity is relatively small. Therefore, in order to reveal the interrelation between eco-environmental change in the area and environmental change in Beijing and Tianjin area, it is fairly necessary to study the effect of land-use and land-cover change on nutrients in soil in this area. According to the actual situation of changed land use for the limited time period, five series of changed land plots were selected and 4 samples were collected from each series for the study. The samples were collected from different soil-forming levels at the same site in different time. Analysis of the collected samples indicates that in the process of change of land use and land cover, the nutrients in soil, such as organic matter, total N, total P, total K, and available N, P, K, and B, Mo, Mn,Zn, Cu, and Fe, have regularly changed. When the land had changed from grassland and non-irrigated farmland into woodland, and from non-irrigated farmland into irrigated field, the nutrients in soil totally increased. But there exists some exception, i.e. quick-acting N, P, K, and some micreelements have appeared to be inconsistent with the mentioned above regularity in some cases.     

某大型焦化企业污染场地中多环芳烃空间分布的分异性特征

以我国某大型焦化企业污染场地为研究对象,应用非参数地统计学中指示克里格方法对场地中0～50 cm深度土壤的多环芳烃（PAHs）空间分布进行污染概率分析,并绘制在设定阈值条件下的概率分布图.结果表明,对采样样点数据进行指示转换后,可获取较为稳健的指示半变异函数,但由于样本的空间变异原因,导致样本间空间相关性差;所研究的4种PAHs污染概率在空间分布上具有相似性,概率超过45%的区域主要分布于炼焦、煤气净化、焦油化产品回收等生产工艺的车间中,位于厂区的中部及西北和东南,污染较为严重;概率〈45%的区域主要分布在备煤和煤气净化等生产工艺车间,位于厂区西南和东北区域.污染概率预测结果与该场地污染源的产生和分布状况相一致.研究结果对后续的污染场地修复治理范围确定和土方量估算提供了重要参考。     

中宁枸杞土壤碳组分分布特征及其空间异质性

以中宁枸杞林地为研究区,采用100 m×100 m网格方式采集耕层土壤样品(0~20 cm)119个,利用经典统计和地统计相结合的方法对土壤碳组分空间变异性进行研究.经典统计表明土壤总碳、无机碳、有机碳、活性有机碳、中活性有机碳和高活性有机碳的平均含量分别为28.74、18.72、10.09、1.81、1.48和0.73 g·kg-1.总碳、无机碳变异系数分别为7.69%和9.13%,属弱变异.有机碳、活性有机碳、中活性有机碳和高活性有机碳变异系数介于14.77%~52.05%,呈中等变异性.地统计结果表明总碳和有机碳的块金值和基台值的比值分别为48.99%和34.35%,在空间上呈中等相关性.无机碳、活性有机碳、中活性有机碳和高活性有机碳块金值和基台值的比值分别为8.17%、0.25%、12.18%和0.08%,均小于25%,在空间上呈强烈的相关性.根据普通克里格插值图可以看出,土壤总碳、有机碳、中活性有机碳与高活性有机碳分布大致相似,从东南向西北方向逐渐升高.无机碳和活性有机碳在空间上呈现不规则岛状分布.     

多元统计分析在四川退耕还林区土壤肥力评价中的运用

以四川洪雅退耕还林区4种退耕还林模式和农耕地17个土壤肥力指标为例,采用多元统计的主成分分析法对土壤肥力等级进行综合评价. 借助SPSS统计软件得出土壤肥力指标前5个主成分的累计贡献率为84.17%,已足够反映原指标信息. 这5个主成分分别概括为:①土壤有效磷,铵态氮,pH水浸,水解氮,全氮,硝态氮和全磷指标;②土壤全钾、速效钾和缓效钾指标;③土壤总孔隙度、毛管孔隙度和最大持水量指标;④土壤容重,毛管持水量,pH盐浸指标;⑤土壤有机质指标. 借助SPSS统计软件计算主成分因子的综合得分. 结果显示:就各模式土壤上层比较,模式Ⅲ(牛鞭草)上层在综合得分中排名第一. 就各模式土壤下层比较,模式Ⅱ(苦竹+牛鞭草)下层在综合得分中排名第一.      

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。     

呼伦贝尔草原采煤沉陷对土壤-植物系统的影响及评价

为研究采煤沉陷对土壤-植物系统的影响,以呼伦贝尔草原煤矿为研究对象,通过在沉陷区与对照区不同坡位〔坡顶（地表沉陷边界附近）、坡中（沉陷边缘区）、坡底（沉陷中心区）〕设置样地进行土壤性质和植物群落的调查测试,对比分析沉陷干扰下土壤水分和养分、植物物种组成以及群落结构的变化,研究土壤性质与植物群落特征之间的关系,并对沉陷区和对照区土壤-植物系统进行综合评价.结果表明:①采煤沉陷后,沉陷区土壤体积含水量（简称“土壤含水量”）较对照区下降了4.8%（P < 0.05）,坡中土壤水分损失最严重,比对照区同一坡位减少了8.4%（P < 0.05）.沉陷区0~60 cm土壤TN（全氮）、TP（全磷）、OM（有机质）和AK（速效钾）含量平均值分别比对照区下降了17.8%、28.9%、38.0%和46.5%（P < 0.05）,坡中和坡底土壤养分流失明显,TN含量在坡中比对照区相同坡位下降了29.7%（P < 0.05）,OM、AK含量在坡底减少了54.1%、64.1%（P < 0.05）.②沉陷区植物种类比对照区减少了28.6%~37.0%,原有优势种羊草（Leymus chinensis）、贝加尔针茅（Stipa Baicalensis）的重要值下降,而双齿葱（Allium bidentatum）、寸草苔（Carex duriuscula）等旱生植物种类和数量增多,植物群落发生退化,群落Margalef丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数和Simpson优势度指数明显低于对照区（P < 0.05）.③通过冗余分析可知,土壤性质与群落多样性指数相关性显著（P < 0.05）,其中TP、TN、OM和AK含量与多样性指数的相关系数均大于0.5（P < 0.05）,TN含量是影响群落多样性的关键因子.④利用因子分析法对土壤-植物系统进行综合评价,显示沉陷区各样地土壤-植物系统与对照区相比呈退化状态,不同坡位的退化程度表现为坡中>坡顶>坡底.研究显示,受沉陷干扰影响,土壤水分和养分发生损失,群落物种多样性下降,土壤-植物系统退化趋势明显,坡中部位（沉陷边缘区）退化最严重.      

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。     

山地草甸退化对土壤速效养分的影响

以江西省武功山草甸为研究对象,分析不同海拔高度(1 600~1 900m)和不同土层(0~20cm和20~40cm)的草甸土壤有机质、p H值和速效养分对草甸退化的响应。结果表明:(1)在武功山草甸区各个海拔,草甸退化均使土壤有机质和速效养分含量有所下降,并且对表层土的影响要大于深层土。(2)草甸退化使得碱解氮和速效磷间的相关性减弱,速效钾和碱解氮、有效磷之间的相关性加强,土壤p H值与碱解氮之间由不显著相关变为极显著负相关(R=-0.637,P0.01)。     

秦岭山地松栎混交林土壤养分空间变异及其与地形因子的关系

在陕西省境内秦岭山脉中段油松-锐齿槲栎混交林集中分布的区域设置20 块调查样地,采取土壤样品测定了该区森林土壤0~20、20~40 和40~60 cm 3 个土层的全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、速效钾、有机质7 项养分指标。通过计算不同土壤养分指标的变异系数并应用典范对应分析(CCA)技术,对秦岭山地松栎混交林土壤养分空间变异与海拔、坡位、坡向和坡度4 项地形因子的关系进行分析。结果表明:①单因素方差分析显示,随着土层深度增加,全氮、有机质、速效氮、速效磷和速效钾含量均呈极显著下降趋势,而全磷、全钾在不同土层中的含量无显著性差异;②变异系数计算结果表明,各土层的7 项养分指标均表现为中等程度变异性,变异系数最大者是0~20 cm土层速效氮,最小者为0~20 cm土层全钾;③从CCA排序结果看,地形因子对不同土层养分变异的影响程度及因子种类明显不同。0~20 cm表层土壤养分变异受地形因子制约作用较小,20~40 cm土层养分的主要影响因子为坡向和海拔,40~60 cm土层养分的主要影响因子为海拔和坡位,而坡度和海拔则是控制0~60 cm整体土壤层养分变异的主要因素。综上所述,地形高异质性的微生境造成了秦岭山地松栎混交林土壤养分空间分布格局的差异。     

四种改良剂对酸性黄壤土壤酸度和肥力的影响

针对贵州黄壤酸和瘠的特点,采用正交实验设计方法对牛粪、生物炭、磷矿粉和钾长石粉四种改良剂对黄壤酸度和氮磷钾含量的改良效果进行了探索,分析了它们对黄壤氮磷钾含量的影响。结果显示,四种改良剂不仅能有效调节黄壤酸度,将酸性黄壤改变为中性或弱碱性土壤,而且能够有效改善黄壤氮磷钾养分含量。生物炭、牛粪、磷矿粉和钾长石粉混合施用能提高土壤肥力,与原始黄壤相比,混合后土壤的有效氮提升近10倍,有效磷提高达百倍,速效钾提高9倍。通过回归分析,给出了氮磷钾养分含量与改良剂之间的关系式。     

退耕地养分和微生物量对土壤酶活性的影响

为了解侵蚀环境下植被恢复土壤酶活性对土壤养分和微生物量指标的响应规律,以典型侵蚀环境黄土丘陵区纸坊沟流域生态恢复1~50年撂荒地长期定位试验点为研究对象,采用典型逐步回归和非线性拟合来分析各指标间的耦合关系.结果表明,土壤酶活性除a淀粉酶外,均与土壤养分因子和微生物量指标有较高的相关性(P<0.05).在土壤酶活性和养分因子间,尿酶和纤维素酶主要受总氮影响,碱性磷酸酶、过氧化氢酶、蔗糖酶和多酚氧化酶主要受可利用氮影响,蔗糖酶和多酚氧化酶还受到有机质的影响;在土壤酶活性和微生物量指标间,尿酶主要受微生物量磷影响,碱性磷酸酶、过氧化氢酶、蔗糖酶和多酚氧化酶均受微生物量碳影响,纤维素酶则受微生物量氮影响,但多酚氧化酶与可利用氮、有机质和微生物量碳呈负相关;此外,它们之间均存在良好的对数关系(y=b+alnx, P<0.05).