土壤养分空间估测方法研究综述

土壤养分是土壤提供的植物生长发育所必需的营养元素。由于受到自然因素和人为因素的共同作用,土壤养分具有高度的空间变异性。土壤的这种特性不仅表现在区域尺度上,而且也表现在田块尺度上。在研究方法上经历了从传统统计学到地统计学,再到神经网络、地理信息技术以及高精度曲面建模等新方法的不断改进过程。文章从地统计学方法引入到土壤养分空间变异研究中为出发点,论述了国内外基于地统计学的土壤养分空间变异的研究现状,主要包括利用地统计学方法来确定合理的土壤采样数目,土壤养分空间变异的定量化研究,土壤养分空间变异的尺度效应;然后简述了神经网络、地理信息技术、高精度曲面建模等技术在土壤养分空间变异研究中的研究现状和应用。最后对比分析了各种研究方法在应用中存在的缺陷,同时指明了今后应加强作物生长的不同时期土壤养分的空间变异性、土壤在四维空间尺度上的演变机理以及环境信息获取的不确定性等方面的研究。     

珠江三角洲土壤养分多尺度空间分异及环境驱动力

土壤养分累积是多个尺度自然和人为因素共同作用的结果,在空间上呈现出多尺度分异性。定量解析这种多尺度分异规律及其驱动力对于养分管理至关重要。基于珠江三角洲地区417个表层土壤样品和6大类环境变量(气候、成土母质、土壤理化性质、地形/植被覆盖、距污染源的距离、社会经济),采用多元因子克里格方法定量解析土壤总氮、总磷、总钾、碱解氮、有效磷和有效钾的多尺度空间变异及其环境驱动力。结果显示,研究区土壤养分相对丰富,尤其耕地和园地养分含量较高,过量施肥以及养分利用率低是主要原因。研究区土壤有效磷为高度变异(变异系数为108%),其他养分质量分数均为中等变异(变异系数介于44%—78%),且养分高值区主要位于研究区中部(广州、佛山、珠海、惠州中西部和东莞西部)。因子克里格将土壤养分的空间变异分解为块金尺度、短变程尺度(26 km)和长变程尺度(90 km)3个独立尺度空间变异之和。土壤养分的空间变异格局及环境驱动力因尺度而异。短变程尺度,土壤养分的空间变异性更强,高值分布区较为分散,土壤养分质量分数主要受控于海拔和人为活动(如工业排放、社会经济活动)。长变程尺度,土壤养分的高值分布区较为聚集,土壤养分质量分数更多受控于自然因素(气候和成土母质)。基于"特征-机制-管理"思路,该研究提出土壤养分多尺度管理概念模型,根据不同尺度肥力区划及其驱动力制定不同的养分管理策略。     

利用土壤切片和数字图像方法研究土壤孔隙的垂直空间变异性

利用土壤切片和数字图像方法研究了两种土壤类型的孔隙度在 mm尺度上的垂直空间变异性。结果表明,土壤孔隙度在 mm尺度上存在较为明显的变异;不同的土壤变异性存在一定的差异;变异性与土壤孔隙度呈反向关系,与土壤深度呈正向关系;在耕作期,变异性随时间呈现一定的波动趋势。     

土壤空间变异性研究评述

在研究方法上，土壤空间变异性研究经历了由定性描述到传统统计学、再到地统计学的不断改进过程，而研究内容也由对单一特性的研究逐渐转向多特性的研究。土壤空间变异性研究虽取得了明显的进展，但也存在地统计学方法在实际应用中主观性太强，土壤综合特性的空间变异性研究、时空结合的变异性研究以及与数学模型有机结合研究不够深入等问题。文章在分析国内外研究现状的基础上，提出了亟待深入研究的若干问题，对这些问题的研究有助于“数字土壤”、“精准农业”和生态环境建设的实施。     

中国水稻土氮密度变异性的幅度效应研究

基于全国第二次土壤普查的1 491个水稻土剖面数据,研究了行政区幅度（行政大区、省级、地区级）和土壤区幅度（土壤区、土壤带、土区）下水稻土氮密度的变异情况及其对幅度拓展的响应。结果表明,中国水稻土0-20 cm和0-100 cm土壤平均氮密度为18.7 t.hm^-2和12.4 t.hm^-2,土壤氮素的空间变异性总体随幅度拓展而增大。在不同土壤区幅度下,0-20 cm全氮密度组内和组间变异性随研究区幅度的减小而减小;从土壤区到土区尺度,0-100 cm全氮密度组间变异率从250%左右下降至不足50%,而在行政大区和省级尺度时全氮密度的组间变异性没有太大变化,变异率都小于100%,到地级市尺度时,组间变异率又达到了400%,说明同一地区所选择的研究幅度尺度不一样氮密度变异率差异也很大。因此,在今后的水稻土调查采样设计时,根据不同幅度尺度的变异率大小来选择合适的布点方式和样点数是十分必要的。     

安徽六安市表层土壤有机碳的空间分布及尺度变异分析

利用第2次全国土壤普查所获得的8 236个实测样本资料,分析了安徽六安市不同空间尺度水平表土有机碳含量及其变异.结果表明,供试市域表土有机碳含量在不同空间尺度水平存在明显差异,总体范围4.58～60.38 g·kg-1,其变化基本符合正态分布.空间变异性表现为县级尺度最大,而乡镇尺度、市域尺度相对较小,说明空间尺度对表层土壤有机碳含量及其估算有重要影响.在不同土地利用类型中,表土有机碳含量均为非耕地土壤[(13.99±2.19)g·kg-1]＞水田土壤[(10.39±1.58)g·kg-1]＞旱地土壤[(8.44±0.92)g·kg-1],其中非耕地土壤的空间变异性最大,变异系数达45.15%,水田土壤变异系数最小,为17.19%.在不同的地貌类型上表土有机碳平均含量表现为山地＞丘陵＞岗地＞平原,变异系数表现为丘陵＞山地＞平原＞岗地,显示出人类扰动对表土有机碳含量的明显影响.     

盐碱草原土壤特性及生物量空间异质性研究

土壤盐分是土壤特性中最活跃和复杂的一部分。受土壤性质、气象、地形、地下水文及长期地球化学过程等自然条件和耕作、灌溉等人类活动因子的影响,土壤水分、盐分的变异状态在一定程度上反映了土壤各层的盐渍化程度和状态。而土壤盐分与水分、土壤物理性质等有十分密切的联系,因此,运用地统计学研究采用振动深松集成技术改良盐碱化草原前后土壤水分、盐分等特性的空间变异规律,以地理信息系统ArcGIS为平台,建立土壤水分、盐分等图形数据和属性数据相结合的信息数据库,建立其空间分异模型和空间分布图,直观的表现各特性的空间变异规律。结果表明,采用振动深松集成技术后土壤盐分含量在空间上有递减,平均ρ（土壤盐）由5.60g.L-1下降到3.73 g.L-1;土壤容重、土壤硬度分别降低13%和24%,利于牧草根系生长,生物量变异结果显示,改良前后的草层高度和产量空间分布逐渐达到了均一化,牧草产量达到了2738.1 kg.hm-2,实现了植被全覆盖,盐碱化草原得到了恢复。     

荒漠化土壤养分变化的影响因素研究进展

土壤养分的变化与荒漠化植被演替有密切的关系，当草地生态系统演变为以灌丛为主的生态系统时，土壤养分的空间变异性增强，形成以灌丛为核心的“肥岛”；风蚀是造成荒漠化土壤养分迁移的重要动力，而降尘对荒漠化表层土壤养分具有富集作用；如果降尘作用大于风蚀作用，土壤养分将增加，如亚马逊盆地通过降尘每年获得的磷为1-4kg／hm^2。水蚀也是荒漠化地区土壤养分损失的主要途径，灌丛生境每年径流的损失量比草地生境的径流损失量大得多，而且草地生境发生荒漠化时其灌丛的入侵可能与土壤氮素的损失有关。在荒漠化地区，火烧可导致凋落物中43％的全氮在燃烧中逸失，火烧后土壤的侵蚀模数增加，频繁的火烧会导致灌丛草原的“肥岛”消失。对荒漠化地区自然土壤的农业开垦一般导致土壤有机质质量分数的下降，风蚀作用加强而往往导致土壤退化；但经过恢复植被和土壤改良，表层土壤养分可明显提高。目前专门针对荒漠化土壤养分循环的模型尚未报道；但荒漠化地区主要集中于干旱、半干旱地区的草原、荒漠草原地区，针对草地生态系统中土壤C、N、P、S等养分循环已经有不少模型，如EIPC模型、SPUR模型、CENTRUY模型等；它们也可以用来揭示荒漠化土壤的养分循环以及与荒漠化之间的关系；把这些模型进一步与GIS相结合，研究区域尺度上土壤养分的变化与荒漠化的关系更有现实价值。文章从多方面概括了风蚀、水蚀、火烧、植被演替、农业措施对荒漠化土壤养分的影响，以及目前荒漠化土壤养分的空间变异和荒漠化土壤养分循环的定量化研究现状。     

土壤养分的空间变异性及确定样本容量的研究

从澄城、杨陵两地田块均匀多点采取的土样测定结果表明，土壤有机质、硝态氮、铵态氮和水分具有很大的变异性，这种变异性不仅表现在水平方向，也表现在垂直方向，但不同养分在垂直方向上的变异规律不尽相同。因此，在一定精度要求和误差范围内，相同养分在不同土层中的样品容量也不完全相同。只有根据误差理论确定出每层所需的样品容量，才能保证不同土层间的测定结果具有相互可比性。这一研究结果，对指导合理取样和决定样品容量，准确评价不同土层的养分含量，以及研究养分的动态变化等具有一定的参考价值。     

中国东部土壤生物化学性质空间分异及质量评价

中国幅源辽阔,南北跨度大,在自然气候环境的影响和人为因素的干扰下,不同地区土壤养分和土壤微生物种类、数量存在显著的空间差异,进而造成了土壤质量的空间差异。为了解中国东部天然林土壤养分和微生物多样性空间分布规律,本研究依据水热梯度变化特征采集了16个自然保护区52个典型森林土壤样方,测定了土壤养分和微生物指标,包括pH值、有机碳、有机质、总碳、总氮、总磷、总钾、速效磷、速效钾、碱解氮、土壤微生物宏基因组丰度和香农多样性指数。研究发现,中国东部森林土壤养分含量较高,空间差异大,宏基因组香农多样性指数变异系数为0.03,属弱变异,速效磷变异系数为1.17,属强变异。土壤养分(除总氮、总钾外)、土壤微生物宏基因组丰度和香农多样性指数与纬度呈显著正相关。进一步采用主成分分析方法,得出了基于土壤养分和土壤微生物指标的土壤质量综合评价指数。结果表明,1)中国东部森林土壤质量综合指数与纬度呈显著正相关关系。2)较高的土壤养分含量和微生物多样性有利于提高土壤质量,它们在数值上表现为正相关关系,彼此之间存在一定的互作关系。本研究揭示了中国东部地区典型森林土壤养分、微生物多样性和土壤质量空间分异规律,为了解中国东部森林土壤状况以及土壤资源合理可持续利用与管理提供了科学依据。     

闽东南旱地土壤养分状况与花生平衡施肥研究

２８个土壤样品的养分测定和吸附试验以及８个田间肥效试验表明，闽东南旱地土壤的Ｎ、Ｐ、Ｋ、Ｂ是花生的普遍养分限制因子．部分土壤还缺乏Ｚｎ和Ｍｇ等养分．赤砂土的肥料三要素最佳用量分别为Ｎ５４ｋｇ／ｈｍ２、Ｐ２Ｏ５５５ｋｇ／ｈｍ２、Ｋ２Ｏ８７ｋｇ／ｈｍ２；红壤性水稻土为Ｎ５２ｋｇ／ｈｍ２、Ｐ２Ｏ５６３ｋｇ／ｈｍ２、Ｋ２Ｏ９２ｋｇ／ｈｍ２；海砂土为Ｎ９４ｋｇ／ｈｍ２、Ｐ２Ｏ５４２ｋｇ／ｈｍ２、Ｋ２Ｏ８５ｋｇ／ｈｍ２．１０个对比试验表明，花生平衡施肥比群众常规施肥平均增产４７１ｋｇ／ｈｍ２，增产率为１４．９％，每ｈｍ２净增收２０５３元．     

长期不同施肥措施对红壤水稻土有机碳和养分含量的影响

将红壤丘陵地区的荒地开垦为水田不仅可以防治土壤侵蚀,而且能增加土壤肥力,提高农田生产力.本文研究了红壤荒地垦殖为稻田,长期定位施肥15年后不同施肥措施下水稻土的有机碳和养分含量特征.结果表明:不同施肥措施包括不施肥条件下,15年水稻垦殖都提高了土壤肥力.不同施肥措施水稻土的pH提高了0.9～1.3个单位.耕层土壤有机碳含龟达到8.19～1O.13 g·kg-1,全氮含量达到0.89～1.20 g·kg-1,有机碳与全氮含最都有明显提高,且有机碳和全氮含量之间相关性极显著.水稻土耕层全磷含量在0.25～0360 g·kg-1之间,有效磷含量在2.2～20.9 mg·kg-1之间,化学磷肥的培肥效果好于有机肥(猪粪),有机无机磷肥配施能显著提高土壤全磷和有效磷库.土壤全钾还未有明显变化,土壤速效钾含量在40.4～142.5 mg·kg-1之间,不同施肥措施除氮钾肥处理外都造成了土壤速效钾含量下降,秸秆还田到目前为止对于土壤速效钾含量还没有明显作用.     

尖山河小流域土壤可蚀性K值空间变异研究

小流域尺度的土壤可蚀性 K 值空间分异特征及其与土地利用、植被类型、土壤理化性质等相关关系的研究,可以为小流域土壤侵蚀定量研究及综合治理决策提供科学依据。以云南省抚仙湖库区尖山河小流域为研究区,在大密度土壤采样和土壤理化性质测试分析的基础上,采用EPIC模型K值计算方法、地统计学方法和Kriging空间插值方法,计算分析了尖山河小流域土壤可蚀性K值的空间变异特征及土地利用/植被覆盖对K值的影响作用。结果表明,（1）研究区K值变化范围为0.1628-0.3836,均值为0.2824,中值为0.2885,均值与中值相近似,表明K值分布较均匀;变异系数为17.98%, K值存在中等程度的空间变异性。（2）不同土壤质地类型的K值存在一定差异,研究区主要土壤质地类型K值从大到小依次为粉壤〉壤土〉粘壤〉砂壤。（3）研究区以中可侵蚀性（0.25-0.30）、中高可侵蚀性（0.30-0.35）和中低可侵蚀性（0.20-0.25）土壤为主,面积分别为1797.88 hm2、1185.51 hm2和542.32 hm2,分别占小流域总面积的50.76%、33.47%和15.31%,而高可侵蚀性（〉0.35）土壤和较低可侵蚀性（0.15-0.20）土壤分布面积较少,无低可侵蚀性（〈0.15）土壤;在空间分布上,北部高山区土壤具有中低可侵蚀性,中、南部的低海拔区土壤具有中高可侵蚀性,中、南部其余区域土壤具有中可侵蚀性,这种空间分布与海拔存在较强的相关关系。（4）土地利用/植被覆盖对K值具有明显的影响作用,研究区主要土地利用/植被覆盖类型 K 值从小到大依次为林地〈灌草地〈荒草地〈旱平地〈园地〈旱坡地〈水田,需频繁松土、除草、耕作和扰动的土地利用/植被覆盖类型（园地、旱坡地、旱平地和水田）其K值较大,而无需耕作、扰动小的土地利用/植被覆盖类型（林地、荒草地和灌草地）其K值较小,这表?     

滇池流域蔬菜地土壤氮素分布与转移特征

选取滇池流域蔬菜设施保护地油麦菜（Lactuca sativa var.ramosa）种植区进行研究,分为高量组和低量组两个组别进行,每组分别设置9个施肥处理。试验结果表明：土壤总氮在各水平处理之间并没有规律性变化,在垂直梯度上（0-20、20-40、40-60cm）,土壤养分随深度增加而递减;高量组和低量组在生长期和成熟期,土壤总氮积累量和施氮量表现出了显著正向线性相关,相关系数R分别为0.9873、0.9901、0.9881和0.9880;适量施氮,土壤氮积累量表现出减少,而过量施氮则表现出了盈余;高量组氮损失量均大于低量组,且高量组在不同生育期的氮损失量与施氮量表现出极显著的线性正相关,相关系数R分别为0.9823、0.9719。高量组与低量组氮素损失率生长期均高于成熟期,而各处理之间未表现出明显的变化规律,最大损失率为39.79%,在适宜施肥量的处理中,损失率也达到了20%以上。     

Background values and distribution trends of Cu and Zn in soils of humid Mediterranean environment

Soil is the foundation of the entire biosphere. Knowledge of its heavy metal content and regional variability is essential to assess the environmental quality of soil and the extent of any contamination. In this study, 250 soil samples (within 125 soil profiles) were collected in undisturbed soils of the La Rioja region (an ideal place of the humid Mediterranean environment of Spain). The ‘total and bioavailable’ contents of copper (Cu) and zinc (Zn) were measured and their spatial variability assessed. The results indicate that Zn and Cu values were found to be very close to national and global averages. The spatial distribution of those elements was related to the nature of the bedrock and, to a lesser extent, was of anthropogenic origin. The variation of vertical distributions can be related, firstly, to natural sources – mainly the bedrock – and, secondly, to soil processes. From an ecological perspective, the ecosystem has not been affected by pollution.     

黄河下游灌区土壤碳储量及碳密度分布

土壤碳（C）,特别是土壤有机碳（SOC）,对于提高作物产量和减少温室气体排放具有重要影响,深入理解 SOC 空间分布特征对于未来区域生态环境和农业的可持续发展也具有重要作用。黄河下游引黄灌区是我国重要的粮、棉生产基地,具有50年以上的引黄灌溉历史,长期引黄灌溉对区域土壤C储量和分布的改变毋庸置疑。以往关于土壤C的估算多集中于较大尺度,受采样数据量和大区域环境因素复杂变异影响,结果经常出现较大差异,并且对于大型水利灌溉对土壤 C 分布的长期影响研究较少,尤其对于我国黄河下游引黄灌区土壤 C 分布的研究稀缺。本文通过收集黄河下游鲁、豫灌区相关统计资料,灌区土壤、水文资料等,分7层（0～5 cm、5～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm）采集0～1 m剖面土壤样品,利用GIS空间差值、空间统计方法,分析不同土层、土地利用、土壤类型碳储量和碳密度（CD）空间分布特征,为研究区长期引黄灌溉条件下生态农业的发展提供依据。结果表明研究区（面积54153 km2）1 m土层总碳（TC）储量为1045.13 Tg,SOC储量达815.76 Tg,其0～20 cm,20～40 cm,40～60 cm,60～80 cm和80～100 cm分别占23.44%,20.06%,18.95%,18.83%,18.72%。估算1 m土层耕地和荒地SOC储量分别约为610 Tg和18.99 Tg,而草地和林地仅为25.97 Tg和16.41 Tg;不同土壤成土类型之间,半水成土所占的比例最大（约77.82%）,初育土最小（约5.49%）。1 m土层平均总碳密度（TCD）为（19.37±1.48） kg·m^-2,而平均有机碳密度（SCD）为（15.12±1.14） kg·m^-2,其变化范围从荒地的（14.98±0.91） kg·m^-2到林地的（16±1.15） kg·m^-2,同一或不同土地利用类型各层储量变化略有不同,主要是受人类活动、植被凋落物输入以及地下水环境等影响。不同的土壤类型间SCD则介于?     

广东省稻田肥料施用现状及其合理性评估

分析了近十几年来广东省稻田肥料的施用量以及施肥对水稻产量、土壤有机质和养分的影响,并就肥料品种搭配、养分数量及配比、施肥时期、施肥方法、肥料利用率等方面对肥料施用的合理性进行了评估。通过与国内外有关资料的对比分析.结果表明,广东省稻田肥料施用仍有较大的潜力,有必要采取措施进一步发挥,以促进农作物优质高产。