秦巴中部山区耕地土壤速效钾空间变异及其影响因素

为探究土壤速效钾空间异质性及其影响因素,以秦巴中部山区的碑坝镇、福成乡、白玉乡为研究区,基于104个耕层土壤采样点,运用经典统计学和地统计学方法揭示速效钾的空间变异特征,并利用相关分析、方差分析、冗余方差分解法研究不同因素对其空间变异的影响.结果表明:研究区土壤中w（速效钾）为55~156 mg/kg,平均值为125.99 mg/kg,表现出中等程度变异性（变异系数为14.07%）.地统计分析显示,各理论模型中以高斯模型对w（速效钾）的拟合效果最佳,块金效应为16.95%,变程达1 454 m,具有强烈空间自相关性,其空间变异中结构变异占优、随机成分较少;速效钾呈地带性分布,自中部河谷低地向东西部山地丘陵呈增加趋势.定量分离结果表明,各类因子总体解释了48.67%的变异信息,土壤因子（土壤类型、土壤质地、成土母质、pH）、地形水文因子（海拔、坡度、地下水深度、地表产水量）、人为因素（施钾量、种植制度、耕层厚度、到村中心距离）的综合解释能力依次为35.39%、17.14%、9.96%;就单因子而言,施钾量、土壤类型、海拔、pH、土壤质地、成土母质的解释能力达35.35%、31.02%、28.39%、26.23%、21.96%、20.74%,并在P < 0.001水平上表现出强烈显著性,是土壤速效钾变异的主要因素.      

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.     

融合自然-人为因子改进回归克里格对土壤镉空间分布预测

掌握土壤重金属的空间分布对于科学制定土壤污染风险管控策略具有重要支撑作用.针对目前重金属空间模拟较少考虑影响因素且平行变量间存在多重共线性,导致预测精度较低问题,选取自然-人为的23个影响因素,采用OK（普通克里格法）、NRK（仅基于自然因子的回归克里格法）和NARK（基于自然-人为因子的回归克里格法）对土壤镉空间分布进行模拟,评估预测精度,以冶炼厂周边区域实证研究.结果表明：该区土壤镉点位超标率达85.93%,对土壤镉空间异质性的影响表现为冶炼厂大气排放 > 钢铁厂大气排放 > pH > 有机质 > 与道路的欧氏距离 > 与河流的欧氏距离.NARK对土壤镉预测结果的均方根误差和平均绝对误差较OK法分别降低26.86%和30.56%,模型决定系数R²由0.78提升到0.88;较NRK分别降低24.15%和24.23%,R²由0.81提升到0.88.融合自然和人为因素的回归克里格模型明显提高了土壤镉空间分布模拟精度,增加人为因素作为辅助变量对模型精度的提升贡献很大,尤其是大气点源污染排放.     

巢湖周边地区表层土壤总氮有机质空间分布特征

采用网格分区法在巢湖周边地区设置了60个采样单元,采取表层土样分析了总氮(TN)、有机质(OM)的空间分布特征。结果表明:(1)表层土壤w(TN)平均值为1 027 mg/kg,变化范围253 mg/kg~2 273 mg/kg,变异系数为46.3%;w(OM)平均值为1.95%,变化范围0.291%~5.48%,变异系数为49.3%。(2)表层土壤w(TN)、w(OM)高浓度地区主要集中在东部的柘皋河、兆河区域,低浓度地区主要集中在西部的派河、南淝河—店埠河区域。(3)巢湖周边地区土壤总氮、有机质空间分布与区域内入湖河流、巢湖水质、巢湖沉积物污染空间分布不一致。     

基于多源辅助变量和随机森林模型的耕地土壤重金属含量空间分布预测

农田土壤重金属含量的空间预测对于监测耕地污染和确保生态农业可持续发展至关重要.从地形、气候、土壤属性、遥感信息、植被指数和人为活动这6个方面选取了32个环境变量作为辅助变量,并构建随机森林(RF)、回归克里格(RK)、普通克里格(OK)和多元线性回归(MLR)模型来预测耕地土壤中As、 Cd、 Cr、 Cu、 Hg、 Ni、 Pb和Zn的含量.结果表明,与RK、 OK和MLR相比,RF模型对As、 Cd、 Cr、 Hg、 Pb和Zn的预测性能更高,而OK和RK模型分别对Cu和Ni含量的预测精度更高,表现为预测拟合优度(R²)最高而平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)最低.不同预测方法对同种土壤重金属元素预测结果的空间分布趋势基本一致,8种重金属含量的高值区均分布在南部的平原地区,但RF模型对空间预测的细节刻画得更为突出.随机森林影响因子重要性排序表明,兰溪市土壤重金属含量空间分异主要受Se、 TN、 pH、海拔、年均温、年均降雨量、距河流距离和距工厂距离的共同影响.因此,随机森林可以作为土壤重金属空间预测的一种有效方法,为区域土壤污染调查、评价和管控提供...     

庙岛群岛南五岛土壤性质空间分布及其影响因子

土壤是海岛生态系统的基底,对维持海岛生态系统活力具有重要意义。独特的自然环境条件和日益增强的人类活动使得海岛土壤性质受到复杂因素的影响。以庙岛群岛南五岛为研究区,通过现场调查和遥感技术,从样地尺度和海岛尺度分析土壤性质的空间分布特征及其影响因子,结果显示:（1）庙岛群岛南五岛土壤含水量、pH、含盐量、有机质、总碳、总氮、速效磷和速效钾的平均值分别为18.98%、6.53、0.088%、20.75 g/kg、15.05 g/kg、1.23 g/kg、3.83 mg/kg和85.87 mg/kg。土壤性质在海岛之间和海岛内部均表现出了一定的空间分异性。（2）样地尺度上,地表覆盖类型和植被生长状况是海岛土壤性质的主要影响因素,地形主要通过影响地表覆盖类型进而影响土壤性质,离岸距离对土壤性质空间分布影响较小;海岛尺度上,土壤性质对各影响因子的响应较不灵敏。     

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。     

镉污染稻田土壤理化性质、微生物及酶活性的差异性分析

通过田间试验,分析了萍乡市2 hm2 Cd污染稻田中土壤理化性质、微生物和酶活性的空间差异性及相关性特征。结果表明:糙米Cd变异系数大于土壤有效态Cd和总Cd,且晚稻变异性大于早稻,属于中等变异性。土壤pH和容重变异系数较小,有机质、阳离子交换量、速效钾、有效磷和碱解氮变异系数为22.82%~35.60%,属于中等变异性;除过氧化氢酶变异性较小外,土壤酶活性、机械组成和微团聚体变异系数为10.54%~38.21%,属于中等变异性;土壤微生物（52.59%~84.64%）变异性较强,表现为细菌 > 放线菌 > 真菌。相关性分析表明:土壤pH、砂粒、蔗糖酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶与土壤有机质、阳离子交换量、黏粒、有效磷、速效钾、真菌和脲酶具有较强的负相关;而土壤有机质、阳离子交换量、黏粒、有效磷、速效钾、真菌和脲酶之间具有较强的正相关。主成分分析发现:pH、有机质、容重、速效钾和碱解氮是土壤理化性质的关键因子。     

不同钝化剂对Cd污染农田土壤生态安全的影响

为研究Cd污染土壤的钝化修复技术,同时探讨不同钝化剂对土壤生态安全性的影响,选取钙镁磷肥、石灰、牛粪和赤泥4种常用的钝化材料,开展Cd污染农田土壤的钝化修复试验.通过浸出试验评估其钝化修复效果,并从农田土壤功能角度出发,探讨不同钝化材料对土壤w（有机质）、w（碱解氮）、w（有效磷）、w（速效钾）和土壤脲酶等指标的影响.结果表明,采用钝化剂处理污染土壤后,Cd的浸出浓度明显下降,钙镁磷肥、石灰、牛粪和赤泥对Cd的钝化率达85.0%以上,钙镁磷肥和石灰在为期1 a的养护时间中持续保持较好的钝化效果.不同钝化处理后,土壤pH均有所增加,增幅在2.36~7.51之间,其中石灰的影响最大.与钝化处理前相比,添加牛粪后土壤w（有机质）增加了71.0%,添加其他钝化剂后w（有机质）无明显变化,另外,添加牛粪后,w（碱解氮）、w（有效磷）、w（速效钾）等肥力指标和土壤脲酶活性均显著增加.因此,有机材料能显著提升土壤养分指标等级,而无机材料对土壤养分等级影响不大.研究显示,钙镁磷肥、牛粪和赤泥既能达到较好的修复效果,也在一定程度上维持和提升了土壤的种植功能,满足了农田土壤生态安全的要求,在农田土壤修复领域具有较好的应用前景.      

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。     

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.      

非平稳型区域土壤汞含量的各种估值方法比较

准确地描述土壤重金属含量的空间分布对于防治土壤重金属污染是十分重要的.以分布类型为对数正态分布,同时具有一阶和二阶趋势效应的土壤重金属Hg为例,分别应用普通克立格法(OK),简单克立格法(SK),对数正态克立格法(LNK),泛克立格法(UK),析取克立格法(DK)和距离反比权重法(IDW)等6种内插方法对其进行了估值,综合比较了各种内插方法的预测误差、统计特征值及插值结果分布图.结果表明一阶趋势的OK方法比0阶和二阶趋势的OK方法插值结果要好.一阶趋势的OK方法中半方差函数模型选用高斯型的比选用球状和指数型的插值效果相对要好.由于"压缩"作用,原始数据经过对数转换后的插值效果要比没有经过转换的插值方法要差.带趋势项的插值方法要比不带趋势项的插值方法要好,其中一阶趋势的UK方法插值效果最好,而IDW方法最差.     

多重密度布点对土壤有机质空间特性的解析

论文以张家港市耕层土壤有机质（Soil organic matter, SOM）为目标变量,通过网格布点建立11种样点密度梯度,运用经典统计学和地统计学方法研究其空间特性随布点密度变化的趋势规律。结果表明,各密度下SOM的变异系数稳定在21.70%~23.12%之间,表现出中等程度变异;随着布点密度降低,SOM的块基比和分维数分别由37.52%、1.838波动降至18.70%、1.714,Moran’s I则由0.485起伏升高至0.857,相应地其空间变异中结构变异组分增多、随机变异贡献减少,空间自相关性也逐渐增强;SOM呈现西南-东北递减分布,随着样点密度减小,其空间格局趋于简化。论文以布点密度为视窗,揭示了SOM的多重空间尺度特征,可为解析土壤属性的层级结构提供参考依据。     

中国表层土壤有机质空间分布模拟分析方法研究

气候变化背景下,对土壤有机碳的研究是目前大尺度上土壤性质研究的热点。基于第二次全国土壤普查5 374个典型土壤剖面数据,分析表层土壤有机质(20 cm)与环境因素的相关关系,利用多元回归模型和HASM模型结合的方法模拟中国国家尺度上表层土壤有机质含量的空间分布格局,探讨该方法的模拟误差,为国家尺度上有机碳的估算提供方法参考。研究结果表明,对350个检验点模拟结果的平均绝对误差和平均相对误差为15.61 g.kg-1和56.59%,与普通克里格法相比分别降低了1.61 g.kg-1和20.84%;对样点分布较少以及无样点的西北地区和台湾省的模拟结果也更符合实际情况。建模样点减少一半的情况下,模拟结果的平均绝对误差和平均相对误差仅分别增加了0.14 g.kg-1和1.07%。因此,论文方法可作为模拟国家尺度上有机质空间分布相对有效的方法,同时如何使模型解释更多的土壤有机质空间变异将是进一步提高模拟精度的关键。     

寿光土壤中多环芳烃的污染特征及风险评估

以山东省寿光市为研究区域,采集了39个土壤样品,分析了26种PAHs的含量.结果表明,26种多环芳烃的浓度范围为120~1486μg/kg,平均值为(415±312)μg/kg.16种优控PAHs的浓度范围为84~1076μg/kg,平均值为(289±211)μg/kg.与我国其他区域非点源污染土壤相比,寿光市土壤中PAHs含量处于中等水平.采用克里格(Kriging)插值方法对寿光市土壤中PAHs的空间分布特征进行预测发现,该市PAHs高污染区位于东部开发区和西部工业园,高环与低环PAHs在空间分布上有明显差异.主成分分析结果显示,该市土壤中PAHs有3个主要来源,分别为液体化石燃料燃烧源、石油源以及煤燃烧源,其对主要来源的贡献率分别为44.7%、31.7%和23.6%.相关性分析表明,低环和高环PAHs与土壤有机质含量均显著相关,但低环PAHs的相关系数明显高于高环PAHs,表明低环PAHs更容易受到土壤中有机质的影响,而高环PAHs则受控于近距离沉降.对照荷兰的土壤管理标准,寿光市土壤中Flt和Phe超标较严重,TEQBaP以及致癌风险计算结果表明,寿光市土壤PAHs处于较低风险水平.     

基于不同空间插值模型的川西南山地常绿阔叶林叶面积指数估测

叶面积指数（LAI） 是森林经营管理的一个重要参数,亦是众多基于土壤、大气和植被相互作用的森林经营管理动态模型的关键输入变量之一,但目前获得大尺度、高空间分辨率的LAI精确估计仍十分困难。以川西南山地常绿阔叶林为研究对象,基于地面调查的83 个20 m×20 m样地和SPOT5 遥感数据,运用不同的方法,估测了区域森林有效叶面积指数（LAIe）。利用遥感数据作为辅助变量,比较了来自遥感数据的直接辐射关系法（DRR） 和地统计学方法协同克里格（CK）、回归克里格（RK） 的LAIe 空间分布差异。此外,运用反距离权重（IDW）、全局多项式（GPI）、普通克里格（OK）、泛克里格（UK） 等方法也对LAIe进行了估计。结果表明LAIe 与归一化植被指数（NDVI） 回归拟合效果相对不理想（R²=0.679,P<0.001）;由于研究区森林景观不是连续变量,LAIe呈低空间自相关性,各方法间差异不显著,对区域LAIe 估算精度提升不明显;但DRR 和CK、RK 方法能降低统计误差值,且DRR与CK、RK的相关性极高（相关系数分别可达0.91和0.92）。尽管相比于DRR,地统计学方法并没有提高LAIe估计精度,为提高预测的准确性,应探讨更密集的抽样方案和不同的辅助变量。     

闽江福州段沉积物中多环芳烃的空间分布异质性研究

多环芳烃(PAHs)是环境中一类典型的持久性有机污染物,为探明PAHs在闽江福州段沉积物中的空间分布规律,采用传统统计学和地统计学相结合的方法对PAHs的空间异质性进行了研究.结果表明,PAHs含量变异系数(CV)在39%～90%之间,属于中等强度变异.3环PAHs含量的块金值与基台值之比[C0/(C+C0)]为0.307,具有中等强度的空间相关性,其余不同环数PAHs以及PAHs总量的C0/(C+C0)值都小于0.25,具有强烈的空间相关性.低环PAHs的分维数D值高于高环PAHs,空间异质性较高.3环及3环以上PAHs的Moran’s I系数随距离的增大而下降,且在0～25.0 km之间其空间自相关性随间隔距离的增大而减弱;而Moran’s I系数分析结果进一步说明了2环PAHs的空间变异特征的复杂性.受到水流影响,PAHs含量在南-北方向的半方差函数值与其它方向有所不同,但在东北-西南、东南-西北和东-西方向上的半方差函数值重合性较好,近似各向同性.用交叉验证法检验的结果表明,普通克里插值法能够很好地预测闽江福州段沉积物中PAHs的空间分布情况,PAHs含量沿水流流向大致呈下降的趋势.     

典型农区耕作土壤重金属空间变异的稳健性分析

以鲁西北典型农区禹城的耕作土壤重金属Cr、Pb含量为例,针对其偏态分布特点与变异函数的非稳健性,研究了克瑞西-豪金斯法(C-H)、中位调节法(MA)、中位数中位偏差法(MMD)和位置的Huber估计(HB)4种稳健统计方法对土壤重金属变异函数的稳健处理效果,交叉检验了各稳健处理变异函数模型用以克里格估值的精度,分析了该地区耕作土壤重金属的空间分布特征。结果表明:研究区土壤Cr、Pb含量变异性较强且其频数分布均呈强烈偏态特征;稳健处理使得变异函数的块金值、基台值总体降低,块金值/基台值和拟合精度均不同程度升高;C-H法和MMD法稳健处理下,土壤Cr、Pb含量克里格空间预测的精度最高,是较优的稳健处理方式;研究区土壤Cr、Pb含量的空间分布呈现局部斑块状的分布格局,目前耕地土壤环境质量良好。该研究结果为该地区耕地环境质量评价和重金属污染防控提供科学依据。     

基于GIS和地积累指数法的内江市城市土壤镉含量及污染评价

为全面了解内江市城市土壤镉含量及污染状况,系统采集了406个土样,调查了内江市土壤中Cd的空间分布特征,并采用GIS技术和地积累指数法评估了内江市土壤Cd污染程度。结果表明,内江市城市表层土壤和下层土壤镉平均含量均大于我国土壤环境质量标准(GB15618-1995)中的二级标准限定值(0.3mg/kg),表层和下层土壤镉含量超出土壤环境标准质量值样点数占总数的比例分别为94.6%和88.2%,内江市城市土壤镉含量具有显著的积累趋势;内江市城市土壤镉的地积累指数的平均值表层为0.66,下层为0.30,处于轻度污染至中度污染水平,表层土壤镉污染水平强于下层;Kriging插值发现,内江市城市土壤镉污染程度的等级为无污染、轻度至中等污染、中等污染,表层和下层土壤轻度至中等污染级别以下的面积比例分别为72.19%、96.26%,总体来说,内江市城市土壤镉污染水平较轻。