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。     

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。     

民勤绿洲天然胡杨林生长季土壤水盐动态

利用经典统计学与地统计学方法研究民勤绿洲天然胡杨林生长季的土壤水盐动态变化规律。结果表明,民勤县双茨科乡和苏武乡土壤含水量随土层深度增加而增大,夹河乡土壤含水量则随土层深度增加先增大后减小。研究区0～20 cm土壤含水量较低,为8.5～34.0 g.kg-1,平均值为18.2 g.kg-1。土壤含水量属中等变异性,且呈中等程度的空间相关性。各季节土壤含水量从高到低依次为春季、秋季和夏季。土壤全盐量属中等变异性,总体变化趋势为随土层深度增加而减小,夹河、苏武和双茨科乡0～20 cm土壤全盐量平均值分别为15.4、28.0和11.1 g.kg-1。各季节土壤全盐量由高到低依次为春季、夏季和秋季。胡杨胸径与土壤水盐含量间呈负相关。     

地统计学在土壤重金属研究中的应用及展望

从采矿学与地质学研究中发展起来的地统计学是应用数理统计学的一个分支。与传统的统计学相比，地统计学可应用于土壤重金属研究中，能探索土壤重金属的空间分布特征及其变异规律。地统计学的基础理论与方法主要包括：区域化变量、半方差函数、克立格空间插值技术。半方差函数可以用来描述研究土壤重金属分布的空间相关性；而克立格插值可以对未采样区土壤重金属的含量进行无偏最优估计。在对地统计学理论进行简要阐述的基础上，回顾了近些年在土壤重金属研究的采样设计、空间结构分析、空间插值等方面的应用，并就其应用前景作了展望。     

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。     

雷州半岛旱坡蔗地土壤生态环境问题及对策

本文结合“甘蔗－牛－糖厂”生态糖业模式的试验研究，探讨了雷州半岛旱坡蔗地土壤生态环境问题，并提出了改善雷州半岛旱坡蔗地土壤生态条件的途径和方法．     

艾比湖湿地典型植物群落土壤养分和盐分的空间异质性

荒漠盐生植物作为艾比湖湿地广泛分布的植物类群,其影响下的土壤养分和盐分的变化特征,对于研究盐生植物适应盐渍化环境的机理有着重要意义。基于2012和2013年对艾比湖湿地3种不同生境(灌丛生境、草甸生境、稀疏乔木生境)进行野外调查,采用传统统计学方法与地统计学方法,对土壤养分和盐分特征进行了初步探究。结果表明:(1)灌丛生境-草甸生境-乔木生境,随湖距和海拔高度的增加,土壤有机质、全氮和全盐含量显著升高(P0.05);(2)表层0~5 cm土壤聚盐和聚养现象极为显著(P0.01),且呈上高下底分层结构;(3)灌丛生境-草甸生境-稀疏乔木生境,土壤有机质、全氮和全盐均具有明显的空间结构特征,且空间分布不均,其空间异质性主要由结构性因素如微地形、湖面积波动、成土母质、气候变化等引起,以条带状和斑块状镶嵌分布;(4)通过对3种不同生境土壤养分和盐分的回归分析表明,土壤有机质含量的变异性是影响土壤全氮变异性分布的重要因子,而土壤盐分异质性的存在,在一定程度上又是引起土壤有机质和土壤全氮异质性的重要因素。     

南京市郊蔬菜地土壤中重金属含量的时空变化规律

测定了28份蔬菜地土壤样品中的铜、锌、铅、镉、汞的含量,从城市化的角度研究了南京市郊蔬菜地土壤重金属在“城区、郊区和农区”的水平空间变化和在层次间的纵向空间变化,并结合历史数据分析了蔬菜地土壤重金属的时间累积作用。结果表明,城市化影响重金属的水平空间变化,蔬菜地土壤重金属含量随着蔬菜地与城市距离的增加,在城区到郊区这一距离段呈下降趋势,在郊区到农区则基本不变;城市化影响重金属的纵向空间变化,蔬菜地各重金属元素表层减底层差值的均值,城区均为正值且绝对值较高,郊区和农区各值都在0浓度附近摆动且绝对值较小。由于受城市化的时间累积作用的影响,1999年土壤中重金属Pb和Zn含量显著高于1985年。     

崇明县土壤主要理化指标的空间分布与变异特征

于上海市崇明县(崇明岛、长兴岛、横沙岛3岛)采集0～20 cm表层土壤样品128个,采用经典统计学和地统计学相结合的方法,分析土壤有机质、全氮、有效磷、有效钾含量和土壤电导率、容重、pH值等数据,研究土壤特性的空间分布规律.结果表明:崇明3岛有效磷和电导率的分布具有强变异性,pH值的变异强度最弱,其他土壤特性均具有中等变异强度.土壤容重和pH值具有很强的空间相关性.而土壤有机质、全氮、有效磷和有效钾的空间相关性最弱,其分布受随机因素影响较大.Kriging空间插值分析表明,受农事活动和城镇效应的影响,崇明岛土壤有机质和全氮含量高值区主要集中于人为活动比较密集的地区,土壤容重和pH值分布趋势基本一致,呈现由东西两端向岛中央递减的趋势.崇明岛土壤有机质、全氮、有效磷和有效钾含量两两间呈显著相关关系(α=0.01).     

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。     

基于地统计学的降雨侵蚀力插值方法研究——以江苏省为例

利用江苏省2001-2006年260个站点的自动记录降雨资料,运用卜氏算法计算各站点多年平均降雨侵蚀力,并结合地统计学进行分析与误差对比,结果显示在二阶、球型半变异函数模型参数条件下,普通Kriging插值方法的模拟精度较高,在江苏省具有较好的适用性;基于水土保持工作中雨量站点的选址原则共选取了21个代表站,通过优选出的普通Kriging插值方法对代表站的代表性进行了验证,结果显示选址方法可行.     

小流域土壤有机质和全磷空间变异分析——以安徽省舒城县龙潭小流域为例

为了解土壤的地域差异性,基于地统计学半方差函数理论和GIS空间克立格插值定量分析了安徽省舒城县龙潭小流域有机质、全磷的各向同性、各向异性变异特征及分布格局.结果表明,有机质、全磷的半方差拟合模型均为指数模型,两者的分布都显示了强烈的空间自相关,自相关距离分别为642 m、435 m.有机质、全磷变异的各向异性都比较显著,有机质在0°、50°方向上变异程度明显大于90°、145°方向;全磷则在0°、145°方向的变异程度更加突出.有机质、全磷的分布呈明显的块状和带状,其中有机质中部含量高,南部、西部含量低;全磷则是南部、西北含量高,西部、东北含量低.     

岩溶山地生态退化的海拔空间变异

为揭示岩溶山地生态退化的海拔空间变异,应用地统计学对地处滇黔桂连片岩溶腹地,海拔变化范围广的贵州省毕节地区生态退化指标的垂直梯度空间变异进行分析.石化率的半变异函数最佳理论模型为线性有基台模型,植被覆盖率、土壤砾石率为球状模型.植被覆盖率的空间异质比为22.32%,具有强烈的垂直梯度空间相关性,主要受到随海拔梯度变化的自然性控制因素的作用;石化率、土壤砾石率的空间异质比分别为34.38%、25.97%,均具有中等程度的垂直梯度空间相关性,受随机因素的作用较大.土壤砾石率、植被覆盖率的变程分别为968.10、859.48 m,受因素影响的海拔范围都较宽;石化率的变程为52.28 m,受因素影响的海拔范围很窄.石化率、植被覆盖率的Moran′s Ⅰ系数随海拔梯度变化的趋势相类似,但土壤砾石率的Moran′s Ⅰ系数随海拔梯度变化的趋势与石化率、植被覆盖率的差别较大.     

上海宝山区农业用地土壤重金属空间分异规律及分布特征研究

利用地理信息系统(GIS)和地统计分析方法对宝山区农业用地土壤重金属(As,Cd,Cr,Hg,Pb)空间分异规律和分布特征进行研究.结果表明,区内农业用地土壤中5种重金属均表现为中等空间变异性;在全局趋势上,Cd为一次全局趋势,其余重金属元素都表现为二次趋势;5种元素在空间上均存在明显的方向效应;Cr,Hg和Pb具有强烈的空间相关性,As和Cd具有中等强度的空间相关性;5种重金属的空间变程由大到小分别为Hg,Pb,Cr,As和Cd.土壤重金属As,Cd,Cr,Hg和Pb平均含量分别为7.31mg.kg-1、0.24 mg.kg-1、107.89 mg.kg-1、0.15 mg.kg-1和38.54 mg.kg-1,分别是上海土壤背景值的0.80,1.81,1.44,1.43和1.51倍.宝山区南部农业用地土壤重金属污染程度普遍高于北部.从宝山区各镇农业用地土壤重金属污染看,Cr和Pb普遍污染严重,而基本不存在As污染.同期降尘污染调查表明,降尘重金属是本区土壤重金属污染的最重要来源.     

The spatial pattern of nitrogen cycling in the Adirondack Park, New York

Maps of canopy nitrogen obtained through analysis of high-resolution, hyperspectral, remotely sensed images now offer a powerful means to make landscape-scale to regional-scale estimates of forest N cycling and net primary production (NPP). Moreover, recent research has suggested that the spatial variability within maps of canopy N may be driven by environmental gradients in such features as historic forest disturbance, temperature, species composition, moisture, geology, and atmospheric N deposition. Using the wide variation in these six features found within the diverse forest ecosystems of the 2.5 million ha Adirondack Park, New York, USA, we examined linkages among environmental gradients and three measures of N cycling collected during the 2003 growing season: (1) field survey of canopy N, (2) field survey of soil C:N, and (3) canopy N measured through analysis of two 185 x 7.5 km Hyperion hyperspectral images. These three measures of N cycling strongly related to forest type but related poorly to all other environmental gradients. Further analysis revealed that the spatial pattern in N cycling appears to have distinct inter- and intraspecific components of variability. The interspecific component, or the proportional contribution of species functional traits to canopy biomass, explained 93% of spatial variability within the field canopy N survey and 37% of variability within the soil C:N survey. Residual analysis revealed that N deposition accounted for an additional 2% of variability in soil C:N, and N deposition and historical forest disturbance accounted for an additional 2.8% of variability in canopy N. Given our finding that 95.8% of the variability in the field canopy N survey could be attributed to variation in the physical environment, our research suggests that remotely sensed maps of canopy N may be useful not only to assess the spatial variability in N cycling and NPP, but also to unravel the relative importance of their multiple controlling factors.     

Spatial variability in soil water and salinity in Tamarix community in a semiarid saline region of the upper Yellow River北大核心CSCD

Tamarix is widely distributed in semiarid saline regions of the upper Yellow River. The community of Tamarix affects the spatial distribution of soil water and salinity. It is important to explore the dynamic response relationship of Tamarix community and spatial distribution of soil water and salinity in order to evaluate the effects of vegetation community construction and ecological restoration in this region. The natural Tamarix community in the secondary saline-alkali land of the Ningxia Yellow River Irrigation Area was investigated in July 2016. Classical statistics and geostatistics were used to analyze the spatial distribution characteristics of soil water and salinity. The results showed that the soil water content was relatively low (1.98%-7.55%), whereas the soil salinity was high (average conductivity 10.28-25.38 mS/cm) in the study area. The variability coefficient range of soil water and salinity was 36.1%-83.7%, both with moderate variations. Furthermore, the variation degree of soil salinity decreased with the increase in soil depth. The soil water and salinity had obvious spatial structure characteristics, which was mainly affected by structural factors or structural factors associated with stochastic factors. The coefficients of nugget were 0.04%-49.88%, indicating the strong spatial correlation. The spatial distribution of soil water and salinity in Tamarix community showed a patchy pattern; the soil water and salinity distribution in the areas with high Tamarix growing density were considerably high. The correlation analysis showed that there was a positive correlation between soil water and salinity in the study area. In conclusion, soil water and salinity restrict the distribution and growth of Tamarix. Furthermore, the distribution and growth of Tamarix enhanced the spatial variability of soil water and salinity. Keywords. © 2018 Science Press. All rights reserved.     

Potential ecological risk assessment and predicting zinc accumulation in soils

Environmental Geochemistry and Health - The aims of this study were to investigate zinc content in the studied soils; evaluate the efficiency of geostatistics in presenting spatial variability of...