红松阔叶混交林林隙极端地面温度的地统计学分析

以小兴安岭原始红松阔叶混交林林隙为研究对象,采用网格法布点,通过对生长季内林隙各样点极端地面温度的连续观测,利用经典统计学和地统计学的方法分析并揭示了林隙极端地面温度的时空分布格局。研究结果表明:林隙极端地面温度不同空间样点之间存在异质性,而且异质性的强度、 尺度和空间结构组成随时间而改变,各月平均极端地面温度斑块形状复杂,最高地面温度大小顺序均为6月>7月>8月>9月,最低地面温度大小顺序为7月>8月>6月>9月,月平均地温的最大值和最小值分布位置不固定,同一月份地面最高温度的大小顺序是空旷地>林隙>郁闭林分,地面最低温度大小顺序是郁闭林分>林隙>空旷地。研究旨在为红松阔叶混交林的可持续经营提供基础数据和理论参考。     

土壤连续属性空间插值方法及其精度的研究进展

作为土壤变化的时空定量监测方法,土壤属性空间插值方法及其精度是计量土壤学和"数字土壤"领域的重要研究内容。文章首先介绍了土壤属性空间插值的常用方法,包括克立格插值法(Kriging)、反距离权重法(IDW)、样条插值法(Spline)、贝叶斯最大熵(BME)、地理加权回归(GWR)以及高精度曲面建模方法(HASM);其次阐述了土壤属性空间插值精度验证的方法和指标;再次总结了能够提高土壤属性插值精度的6种途径,包括合理选择插值方法、准确设定插值方法参数、合理设计采样数目和密度、注意空间自相关程度和范围的影响、科学安排实验分析顺序以及结合辅助信息进行插值;最后从插值方法的选择、验证指标的选取以及辅助信息的结合三个方面指出了土壤属性空间插值方法及其精度的未来研究方向。     

上海城市样带土壤重金属空间变异特征及污染评价

为揭示城市化、工业化等人为活动对土壤环境质量的影响,选择能反映上海城郊乡梯度差异的城市样带,采用地统计学方法对表层土壤样品Cu、Zn、Pb、Cr、Mn共5种重金属的空间变异结构和分布格局进行了分析,并利用单因子指数法和内梅罗综合指数法评价了土壤重金属的污染程度.结果表明:土壤样品Cu、Pb、Zn、Cr、Mn这5种重金属平均含量分别为27.80、28.86、99.36、87.72、556.97 mg.kg-1.表层土壤Cu、Cr、Mn、Pb、Zn均属中等变异,Mn、Cr呈正态分布,Cu、Pb、Zn呈对数正态分布;半方差函数模型拟合结果显示Cu、Pb、Zn、Cr符合线状模型,Mn符合指数模型.通过泛克里格插值得到城市样带表层土壤重金属含量空间分布图,发现Cu呈条带状,Cr、Mn呈岛状,Pb、Zn呈条带和岛状分布相结合的特点.土壤污染评价结果说明土壤Cr、Zn、Pb污染相对严重.土壤Cr、Zn、Pb、Mn和Cu之间呈显著相关,土壤重金属之间表现为复合污染.土壤重金属污染城郊乡梯度差异明显,工业化、城市化与城市土壤重金属空间分布密切相关.     

莲花湖库区红松水源涵养林土壤水分-物理性质的空间分布特征

运用地统计学对莲花湖库区红松水源涵养林表层土壤水分-物理性质进行了空间异质性分析。研究结果表明: 土壤含水量、土壤密度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度等因子均服从对数正态分布;毛管孔隙度最优拟合模型是球状模型,其它因子均为指数模型。土壤含水量、土壤密度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度块金值、变程、结构比、分数维和空间自相关系数最大值分别为0.311、0.297、0.192、0.293,6.87 m、10.29 m、8.31 m、8.88 m, 0.690、0.694、0.814、0.707,1.968、1.939、1.937、1.945,0.111、0.200、0.246、0.157。可见以上4个因子空间自相关性均较强,随着空间距离的增大,其相关性逐渐减弱。其中毛管孔隙度均一性程度较高;土壤含水量空间分布形态较复杂,破碎化程度高。     

Effects of productivity on biodiversity in forest ecosystems across the United States and China

In the global campaign against biodiversity loss in forest ecosystems, land managers need to know the status of forest biodiversity, but practical guidelines for conserving biodiversity in forest management are lacking. A major obstacle is the incomplete understanding of the relationship between site primary productivity and plant diversity, due to insufficient ecosystem‐wide data, especially for taxonomically and structurally diverse forest ecosystems. We investigated the effects of site productivity (the site's inherent capacity to grow timber) on tree species richness across 19 types of forest ecosystems in North America and China through 3 ground‐sourced forest inventory data sets (U.S. Forest Inventory and Analysis, Cooperative Alaska Forest Inventory, and Chinese Forest Management Planning Inventory). All forest types conformed to a consistent and highly significant (P < 0.001) hump‐shaped unimodal relationship, of which the generalized coefficients of determination averaged 20.5% over all the forest types. That is, tree species richness first increased as productivity increased at a progressively slower rate, and, after reaching a maximum, richness started to decline. Our consistent findings suggest that forests of high productivity would sustain few species because they consist mostly of flat homogeneous areas lacking an environmental gradient along which a diversity of species with different habitats can coexist. The consistency of the productivity–biodiversity relationship among the 3 data sets we examined makes it possible to quantify the expected tree species richness that a forest stand is capable of sustaining, and a comparison between the actual species richness and the sustainable values can be useful in prioritizing conservation efforts.     

龙口市污水灌溉区农田重金属来源、空间分布及污染评价

采集龙口市污水灌溉区农田土壤,分析测定土壤pH和重金属含量,以采集的70个土壤样点为研究对象,根据多元统计中的相关分析和主成分分析探究研究区重金属的来源;采用地统计理论与GIS空间插值相结合的方法研究重金属元素的空间结构和分布特征;最后利用内梅罗指数法和改进的模糊综合评判法做重金属污染评价.结果表明,研究区内9种重金属元素在土壤中均有一定程度的富集,其中重金属Cd的均值是当地背景值的3.06倍,富集情况最为明显;指数法进行的污染评价显示Cu、Cd和Pb的综合污染指数分别为7.06、6.10和5.54,三者均属重度污染;相关分析和主成分分析结果显示,Cu、Zn和Pb、Cd主要受人为因素影响,污水灌溉是它们的共同污染因素,前两者为农业生产中化肥农药的过量使用与长时间的累积作用,而北部煤矿开采和煤矸石的堆积产生的污染以及电镀、机械制造等工业污染是后两者的污染来源;Co、Cr、Mn、Ni和As主要是受成土母质等自然因素的影响;据模糊综合评判的结果,研究区70个样点,有13个是中污染程度,23个属于轻污染,28个是警戒程度,6个样点处在安全范围内;从空间分布上看,重金属含量的高值区主要集中在黄水河下游的诸由观镇和徐福镇,说明污水灌溉给当地土壤造成了一定程度的重金属污染.     

“城郊乡”梯度下土壤Cu、Zn、Pb含量的空间变异特征

为揭示城市化、工业化等人为活动对土壤环境质量的影响,选择能反映上海城郊乡梯度差异的中心城区、城郊结合部和远郊,采用地统计学方法对表层土壤样品Cu、Zn、Pb的空间变异结构和分布特征进行了对比分析。结果表明:城市土壤Pb、Cu、Zn的变异系数范围为0.24~0.62,均属中等变异强度。徐汇区土壤Cu、Pb、Zn符合正态分布,闵行区土壤Cu、Pb和Zn符合对数正态分布,奉贤区土壤Zn呈正态分布,土壤Cu、Pb符合对数正态分布。由中心城区到远郊,城市土壤Cu、Pb、Zn的各项统计特征值和变异系数均有较大差异,存在明显的空间分布差异。半方差函数分析结果表明,徐汇区作为中心城区,土壤Cu、Pb、Zn符合球状模型,土壤Cu、Zn具有强烈的空间相关性,土壤Pb具有明显的空间自相关。奉贤区以农业用地为主,土壤Pb符合线性模型,土壤Cu符合高斯模型,土壤Zn符合指数模型,具有强烈的空间相关性。闵行区地处城郊结合部,土壤Cu、Pb、Zn的半方差拟合模型均为线性模型,表现为纯块金形式,以随机变异为主,空间相关性弱。采用Kriging最优内插法进行无偏估值,绘制了表层土壤重金属含量的空间分布图,中心城区、城郊结合部、郊区土壤重金属的空间分布受城市化、工业化、城市交通等因素的影响,均表现出不同的空间分布规律。     

城市区域土壤铅含量空间变异的多尺度研究进展

我国城市土壤仍存在Pb的严重富集,准确地评价土壤Pb污染水平和范围是进行科学的土壤Pb污染风险评估和管理的基础.城市土壤Pb含量的空间变异性强且结构复杂,现有的大多数研究在单一空间尺度上开展,不足以全面揭示空间结构特征,不利于促进更加科学的风险评估和管理.因此,探寻一种能够全面揭示城市土壤Pb含量的空间结构信息的方法尤为重要.为了实现这一目的,本文首先分析了造成城市土壤Pb含量高空间变异性的主要因素:污染源的多样性、污染过程的层次性,以及城市景观的异质性.在此基础上归纳出城市土壤Pb含量的空间变异特征——由3个空间层次嵌套而成的等级结构.在此概念性的空间结构之上提出一个基于地统计学理论、以线性混合效应模型为核心的方法框架,可以将城市土壤Pb含量的空间结构划分为3个层次:全局趋势、具有空间自相关的随机变异以及异常高值点.最后,提出完善城市土壤Pb含量空间变异多尺度研究的重点是:探讨更加高效的空间抽样策略;确定特征尺度.     

水环境模拟中多孔介质场空间变异性研究方法述评

阐述了研究多孔介质空间变异性的经典统计法、地质统计学方法以及新兴的分形方法.经典统计方法由于不考虑研究对象的空间相关性,已经不能对这种变异性做出客观的分析;地质统计学方法很好地克服了经典统计学的缺点,是目前应用最多的一种方法;分形的研究对象为无规则和具有自相似性的体系,这一特性决定了它研究这种变异性有着独特的优点.最后对多孔介质空间变异性研究的趋势进行了展望.     

苏南某市河流水质参数时空变异性研究

以苏南某市区320km2内的河流为研究对象,基于对高锰酸盐指数、NH3-N、TP3个主要水质参数的监测,应用地质统计学的变差函数球状模型和Kriging插值法,对河流有机污染指标、富营养化指标进行了空间插值,用以揭示其时空分布特征及变化趋势,并绘制了时空分布等值线图。结果表明,受不同区域污染物来源的差异、不同河道自身条件的差异和不同水期水生植物、入流水量、河水流动性的差异等因素的影响,研究区河流水质参数呈现出不同的时空变异特征;各水质参数污染均相当严重,尤以富营养化指标氮磷最为显著。