农田土壤采样与空间变异性研究-中国生态系统研究网络.PDF

农田土壤采样与空间变异性研究 农田土壤采样与空间变异性研究 张 玉 铭 栾城农业生态系统试验站 报告提纲 一、研究背景及意义 二、地统计学原理简介 三、农田土壤空间变异性研究案例 1．农田土壤样品采集 2．经典统计学分析 3．土壤养分的空间变异结构 4．讨论与小结 一、研究背景及意义 1．农田土壤合理采样的重要性 土壤是复杂的历史自然实体，其属性在空间上的不均 匀分布 （空间变异性）有其独立性和不确定性(随机性)， 即必然性和偶然性。 农田土壤性质 （如养分、水分）空间变异性是进行农 业科学试验和实施精确耕作管理的主要障碍之一。土壤养 分含量的非均一性分布会导致农作物产量空间变化，因而 可靠的土壤采样方式是精确的土壤特征化诊断辩识的先决 条件。进行土壤空间变异性研究对推动土壤科学定量化研 究与精准农业的实施具有重要意义。 一、研究背景及意义 2.基于地统计学方法土壤特性空间变异性研究进展 （1） 自60年代起尤其80年代以后，土壤属性空间变异性的研 究日益受到重视。逐渐成熟的地统计学，能定量认识土壤空 间变异性，使土壤变异性评价成为制定土壤采样方案和预示 未采样点的一个新途径或基本步骤。基于地统计学方法研究 土壤特性空间变异性，可为确定田间合理取样尺度和取样数 目，为土壤过程的预测、模拟更接近农田土壤变化的实际情 况提供有效途径，使人们能够更好地理解空间作用对土壤作 物关系的重要性，而这些信息的定量化正是精准农业开展、 实施不可或缺的基础资料和理论依据。 一、研究背景及意义 2.基于地统计学方法土壤特性空间变异性研究进展 （2） 不同水平和空间尺度的土壤空间变异性研究国内外已有大量报道。自 1963年Andrew等研究土壤性质变异性开始，国外学者先后应用地统计学方 法研究土壤水性质的空间变异特征、作物产量空间变异性及其与土壤特性 空间变异特征、环境因素的结构特征的相关关系、土壤物理化学性质和景 观制图单元的分类学构成上的变异性等等。 国内土壤性质变异性的研究八十年代起已有开展，雷志栋(1985, 1988)、陈志雄(1988)、吕军(1990)、李鸿杰(1993)、周慧珍(1996)、李 保国(1998)等大部分研究针对土壤物理学方面，引导并推动了学科发展， 尤其集中在土壤水分运动变异性上。进入21世纪，区域性土壤空间变异性 相关研究报道大量涌现。 二、地统计学原理简介 1．基本概念  区域化变量(RegionalizedVariable) 是在空间上与其位置有关的变量。区域化变量的 变化遵循一定的规律并与其所处的空间位置相对应。  区域化变量同时具有空间分布结构性与随机性，区 域化变量理论是地统计学的基础 二、地统计学原理简介 2．具体内容 地统计学分析包括两个方面：以半 方差函数为基本工具，描述区域化变量 结构性与随机性；以克里格法为基本方 法，给出有限区域内区域化变量的最佳 无偏估计量。 二、地统计学原理简介 3．分析方法  自相关(autocorrelation)分析 3．分析方法  自相关(autocorrelation)分析 土壤属性具有空间自相关性，自相关系数ρ(h)是描述随机函数Z(x) 在空间位置上自相关程度的统计量，定义为： ρ(h) E{[Z(x)-μ][Z(x+h)-μ]}/σ,2 其计算式为： [Z (x ) Z (x )][Z (x h) Z (x)]  i i (h) [Z (x ) Z (x )]2  [Z (x h) Z (x )]2  i