关于土壤空间变异性的几种研究方法
土壤养分空间的变异性研究
土壤养分空间的变异性研究作者：阮梦蝶范贵娟来源：《安徽农学通报》2017年第18期摘要：由于土壤养分具有空间变异性规律，掌握这一规律对于指导肥料的施用及精准农业有着重要意义。
该文从插值方法、采样方式和采样密度与尺度3个研究方向对土壤养分空间的变异性研究进展进行了概括和总结，指出探索适合不同尺度的插值方法、采样方式和采样密度仍是今后进一步研究的方向，而综合利用多种技术手段建立土壤养分的时空过程模型，将可能更有助于土壤养分变异性特征的表达。
关键词：土壤养分；空间变异性；采样方式；采样密度与尺度；空间插值中图分类号 F301.21 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）18-0048-04Study on Spatial Variability of Soil NutrientsRuan Mengdie et al.（Anhui Agricultural University， Hefei 230036，China）Abstract：Because soil nutrient has spatial variability law， mastering this rule is important to guide fertilizer application and precision agriculture. Therefore， the research progress of spatial variability of soil nutrients is summarized from interpolation method， sampling method and sampling density and scale 3. At the same time， it is pointed out that it is more helpful to explore the method of interpolation， sampling and sampling density for different scales in the future， and to establish the spatio-temporal process model of soil nutrient by comprehensive use of various techniques， which may be more beneficial to the expression of soil nutrient variability.Key words：Soil nutrients；Spatial variability；Sampling method；Sampling density and scale；Spatial interpolation土壤在植物生长发育过程中持续不断地向其供应水分、热量、养分及氧气等必备物质，是植物赖以生存的物质基础，也是农林业生产中所必须的基础性生产资料。
空间分析方法在土壤变异研究中的应用
第 ４ 期
空 间 分 析 方 法 在 土 壤 变 异 研 究 中 的 应 用
方 元 。 ， 吴 志 峰 。 ，陈 利 燕 ‘ 胡 永 红 ‘ ‘ ，
（１ 中 国科 学 院 广 州地 球 化学 研究 所 ．广 州 ． ５０４ １ ６ ０；２ 广 尔 省 牛 态 环 境 土 壤 研 究 所 ，广 州 ５ ０ ５ ． １ ６ ０Ｊ 扰 着 土 壤 学
统 ｌ 法 已经 取 得 一 定 成 功 ，但 由于 其 本 质 上 是 定 性 方 的 ，很 多 情 况 下 很难 确 切 地 描 述 土 壤 性 质 的 空 间 分
地 统 计 学 首 先 是 由 法 国 数 学 家 Ｍ ｔ ｅ ｏ 于 ２ ａｈｒｎ Ｏ 世 纪 ６ 年 代 建 立 起 来 的 ， 区 域 化 变 量 、 机 函 数 和 ０ 以 随 平 稳 性 假 设 等 概 念 为基 础 ， 半 方 差 函数 为核 心 ， 以 以 Ｋ ｉ ｉ ｇ 值 为 手 段 ， 析 研 究 结 构 性 和 随 机 性 双 重 ｒｇｎ插 分 规 律 的 空 间 变 异 问题 引 。 土 壤 性 质 明 显 是 一 个 典 型 的 区 域 化 变 量 。就 是 说 ，土 壤 性 质 变化 不 是 随机 的 ，而 是 具 有 高 度 的空 间 相 关 性 。 于 具 有 空 间结 构 变 量 的空 间 变异 分 析 ， 对 采用 经 典 统 计 学来 分 析 是 远 远 不 够 的 。…： 目前 ， 。 ‘ 。 国 内外 对 土壤 空 间 变 异 研 究 最 多 的 是 采用 地 统 计 学 力 法 。地 统 计 学 对 于 土壤 空 间 变 异 研 究 的最 主 要 贡 ’
度 …。 但 是 这 种 方 法 只能 揭 示 研 究 区 内的 土壤 参 数 变 异 程 度 的 强 弱 ，它 忽 略 了研 究 区域 内 所 考 察 土 壤
土壤有机质空间变异预测研究综述
气候与人类活动气候对成土过程的水热条件起支配作用,
影响着土壤形成过程的方向和强度,是影响土壤特性空间变异最基 本的因素；人类活动对土壤特性空间变异的影响也时比较大的， 产生较大变异的因素很多,如施肥、作物品种、灌溉。 石淑芹等（2014）探讨了土壤性质对外部因素的响应机制和空间规 律，结果发现气候变量(均在 0.01 水平上显著)中, 降水和年均温、 施肥量对有机质含量以负影响为主，年日照时数、机械化耕作水 平、灌溉面积、地膜用量对多数区域有机质含量产生正影响，农 药用量对研究区域西部以正影响为主, 对东部以负影响为主。
支持向量机
由Vapnik 等人于 1992 年提出。该方法建立在统计学习理 论 、维理论 和结构风险最小化原理的基础上，根据有限样 本的信息，在模型复杂性和学习能力之间寻求最优折中，以 使构建模型的泛化能力最强。对于非线性和高维数据空间的 模式识别问题(Chapelle等,1999;Bwlousov等,2002)。
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土壤有机质空间变异预测研究综述
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目录
1 2 3 4
引言 研究方法 影响因子
结论
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引言
土壤有机质（SOM）是土壤重要的组成部 分，也是衡量土壤质量的重要指标，而且 它在空间上的分布具有异质性的特征，了 解有机质的空间变异特征以及影响因素， 能为提高土壤肥力、制定合理的耕作方式 等方面提供依据。 作用 提供作物需要的养分、增强土壤的保肥性能、 改善土壤物理性状、增强和调节土壤的生物 活性等。
地统计学方法
在20世纪50年代初南非采矿业中发展应用起来的，G.Matheron在60年代 研究出的一门新的统计学方法。定义：以区域化变量为基础，应用变异 函数，研究那些自然现象在空间分布上具有随机性和结构性特征的科学 （王政权，1999）。Riha等(1986)用地统计方法研究林地土壤有机质的 空间分布。地统计方法已经被证明是分析土壤要素空间分布特征最为有 效的方法之一。张淑娟等（2003）应用地统计学方法研究了田间土壤特 性，结果发现，土壤有机质服从正态分布，具有很强的空间相关性。Βιβλιοθήκη LOGO主要研究方法
第七章 土壤特性的空间变异性2
第七章 土壤特性的空间变异性土壤特性在空间分布是非均一的，例如在平面上土壤的质地、剖面上土层的厚度，以及土壤含水率、土壤水分运动参数、土壤水基质势（负压）、含盐量等在同一时刻，即使是相距很近的点，其数值也是不同的。
这种土壤特性在空间上分布的差异性称为土壤特性的空间变异性。
为了探讨土壤各种因素的变化规律，必须进行田间试验，布设观测点和取样点，由于土壤特性空间变异性的存在，观测和取样点数目不宜过少，但因受人力、物力的限制，也不宜过多，这样，就存在确定合理取样数目、对未观测点进行估值、利用土壤特性的变异规律对田间土壤水分运动进行分析等问题。
以下将分别对这些问题作简要介绍。
第一节 土壤特性的变异性和合理取样数目一、土壤特性的变异性分析[55，63，68，69]土壤特性受随机因素的影响，在一定的空间内进行多次试验所取得的数值可能是不同的，因而存在一定的偶然性。
如将土壤特性看作是一个随机变量Z ，在空间上变化看作是独立的变化，则其变化特征可由其概率密度函数产P （x ）表示。
X 为土壤特性x 的可能取值，发生这一事件的概率为p （x ）。
发生随机变量X 的取值小于或等于X 的事件的概率为⎰∞-=≤xdx x p x X p )()( （2-7-1）概率P （X ≤x ）称为累积概率，概率密度函数P （x ）为一非负函数，P （x ）≥0，且 P （－∞〈x 〈∞〉=⎰∞∞-dx x p )(。
累积概率函数P （X ≤x ）。
有时写成：)()(x P P x F ≤=F （x ）称为随机变量X 的分布函数。
随机变量有多种分布形式，对于土壤特性最常见的有以下两种。
1．正态分布在这种情况下概率密度表达式为222)(exp[21)(σσπm x x p --=] (2-7-2) 式中δ、m ——常数随机变量X 服从正态分布，记为X ～N （m ，δ2）。
在m=0，δ=1时的正态分布，称之为“标准正态分布”，记为 N （0，l ）。
关于土壤空间变异性的几种研究方法
关于土壤空间变异性的几种研究方法关于土壤空间变异性的研究进展（一）研究这个问题的第一步是要了解土壤空间变异性是什么？土壤受自然因素和人为因素的共同影响，即使在同一农田的不同位置，试验表明的土壤特性（比如说水力特性，物理特性等）也会具有明显的差异，这种属性就是土壤特性的空间变异性。
其中土壤水力特性是用来表征土壤水分入渗的参数，它可以刻画土壤水分的入渗情况。
土壤特性的变异性普遍存在，是土壤本身存在的一种自然特性，但是变异情况比较复杂。
（二）为什么要研究土壤的空间变异性1.通过阅读文献可发现一方面土壤的空间变异性对土壤水分入渗特性的影响会给农业灌溉，水文学等研究应用带来不便。
2.另一方面水土流失，土地退化以及土壤物理化学性质的恶化等都与土壤的空间变异性有关系，尤其是干旱半干旱地区地质条件恶劣且资源性缺水严重，进行土壤质地空间变异性研究能为防治土壤侵蚀提供借鉴等。
（三）下面是几种我从自己找的论文中总结出来的几种常用的分析方法1. 第一种是经典统计学方法变异系数Cv的大小反映了随机变量的离散程度，它表示研究随机变量空间变异性的强弱。
其中变异系数的计算公式为：Cv = σ/μ式中：Ｃｖ为变异系数；σ为标准差；μ为均值。
Ｃｖ＜０．１表示研究变量具有弱变异；０．１＜Ｃｖ＜１表示研究变量具有中等变异；Ｃｖ≥１表示研究变量具有强变异。
2. 第二种是Ｐｅａｒｓｏｎ相关性分析相关性分析是考察２个变量之间线性关系的一种统计分析方法：ｙｙ式中：ｘｉ，ｙｉ为２个变量的值;x、ｙ为２个变量的平均值；ｒ为相关系数。
０＜ｒ＜１，表示２变量间为正相关；－１＜ｒ＜０，表示２变量为负相关；∣ｒ∣越大，２变量的相关程度越密切，ｒ＝０，２变量完全无关。
3. 第三种是地统计学法。
半方差函数是地统计分析所特有的基本工具.通过分析研究变量的半方差函数的参数，可以确定研究变量的空间相关范围和空间相关程度等空间变异信息。
公式如下：式中：Z(xi ) 为区域化变量在点xi的值；Z(xi+h) 为区域化变量在点xi+ h处的值；h为样本间距，即步长；N（h）为h 的数值对数。
绿洲农田土壤养分时空变异及精确分区管理研究
绿洲农田土壤养分时空变异及精确分区管理研究摘要：土壤养分是农田健康生产的重要因素之一，其时空变异性对于精确农田管理和高效施肥具有重要意义。
本文通过对绿洲农田土壤养分的时空变异进行研究，旨在为实施精确分区管理提供依据。
一、引言绿洲地区的农业生产受限于干旱和水资源稀缺的条件，合理管理土壤养分是提高农田生产力的关键。
而农田土壤养分的时空变异性对高效施肥和农田管理至关重要。
二、研究内容1.农田土壤养分的时空变异土壤养分的变异性由多种因素决定，包括土壤类型、气候条件、农田管理措施等。
通过采集不同时间和空间的土壤样品，分析其中的养分含量，可以得出土壤养分时空分布的特点和变异规律。
研究表明，绿洲农田土壤养分的时空变异性较大，主要有以下几方面特点：（1）时变性：不同季节和年份农田土壤养分含量会发生变化，主要受到降水、温度等气候因素的影响。
（2）空变性：不同地点农田土壤养分含量存在差异，主要受到土壤类型、地形和水分状况等因素的影响。
2.精确分区管理理念精确分区管理是指根据农田土壤的空间变异性，将农田分成不同的管理单元，并根据每个管理单元的特点进行精确施肥和农田管理。
通过合理调整施肥的方式和量，可以提高农田的施肥效果，减少农田养分的浪费，并降低对环境的影响。
精确分区管理是实现可持续农田发展的重要途径。
三、方法和结果1.样地选取和采样选取不同农田样地进行采样，保证样本的代表性。
根据采样地点的不同，将农田分为不同的空间单元。
2.养分分析采集土壤样品后，进行养分分析，包括有机质、氮、磷、钾等养分的含量测定。
3.数据处理与分析利用地理信息系统（GIS）和统计学方法，对采样数据进行处理和分析，得出农田土壤养分的时空变异图和精确分区图。
四、讨论通过对绿洲农田土壤养分的时空变异进行研究，可以为精确施肥和农田管理提供科学依据。
根据土壤养分的时变性和空变性，合理调整施肥措施和量，可以提高施肥效果，减少养分的浪费，实现农田的高效利用。
江津紫色土壤养分空间变异性研究——地统计学方法
第 ２ ４卷 第 ３期 ２０ ０ ２年 ６ 月
西 南 农 业 大
学
学 报
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文章编号 ：００—２４ ￣０２ｏ 一Ｏ０ —０ １［ ３ ６２２ｏ ）３ ２ ７ ４
江 津 紫 色 土壤 养 分 空 间 变 异 性 研 究
地 统 计 学 方 法 朱益玲 ， 刘洪斌 ， 谢德体 ， 国学 蔡
（ 西南农业大学 资源环境学院 ， 重庆 ４０ １ ） ０７ ６
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土壤水力学特征参数空间变异的研究方法评述
土壤水力学特征参数空间变异的研究方法评述下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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土壤水分空间变异性的研究
第３卷第 ８ ９ 期
２ｏ ｏ ８年 ８月
东
北
农
业
大
学
学
报
３ （ ： ２ － ２ ９８ １２ １６ ）
Ａｕ ． ０ ８ ｇ ２ ０
Ｊ ｕ ａ ｆＮｏｔ ａｔＡ ｃ ｌｕａ ｉｅｓｔ ｏ ｒｌ ｏ ｒ ｓ ｎ ｈｅ ｕｔ ｒｌＵｎｖ ｒｉ ｙ
规则样条生成一个平滑 、渐进的表面 ， 插值结果可 能会超出样本点的取值范围较多。张力样条根据要 生成 的现象的特征生成一个 比较坚硬的表面 ，插值
结果更接近限制在样本点的取值范围内。
样条 函数插 值 的通用 方程 是 ：
简便 的空间插值方 法 ，它以插值点 与样本 点的距
离为权重进行加权平均 ，离插值点越 近的样本 点
样条函数插值采用两种不同的计算方法： 规则样
条 （ ｅｕａｉ ｄＳｌ ｅ 和张 力 样 条 （ｅｓ ｎＳ ｌ ｅ。 Ｒ ｇｌ ｚ ｐｉ ） ｒｅ ｎ Ｔ ｎｉ ｐｉ ） ｏ ｎ
１ 空 间变异 性 的基 础 理 论 和 方 法
１１ 反 距离权 重插 值 （ ） ［ ． Ｉ Ｗ） １ Ｉ ２ Ｉ Ｗ（ｎ ｅｓ ｉ ａ ｃ ｉｈｅ ） Ｄ Ｉｖ ｒ Ｄ ｓ ｎ ｅＷｅ ｔｄ 是一 种 常 用 而 ｅ ｔ ｇ
用ＧＳ Ｐ 接收机和土壤水分速测仪 ，按 １ ｘ５ ５ ｌ ｍ ｍ设
置网络，约取 ２０ ５ 个采样点， 采样深度为耕层 １ ， ０ ｍ ｃ 对土壤水分含量进行测量 。使用南方测绘 的 ９０ Ｎ ８０ 天王星双频 Ｒ Ｋ测量该地块 的高程数据 。 Ｔ 试验选用点采样（ｏ ｔ ａ ｐｉ ） Ｐｉ ｍ ｌ ｇ方式 ，规则栅 ｎｓ ｎ 格采样是将农 田分为大小相等的栅格小区采集土样。 规则栅格采样简单易行，是—个最有效的土壤采样方 法 ，并且 比随机采 样方案精确得多 。除方格 之外 ，还 可采用三角网格或者矩形和六角形方案。文中采用规
土壤含水量空间变异性的频域分析方法.doc
土壤含水量空间变异性的频域分析方法作者：杨卫中王一鸣李保国摘要：基于频域法分析理论原理，给出了基于二维信号采样与重建的频域法插值公式，对土壤特性的空间变异性进行表征。
对一块麦田采用20m×20m的网格进行土壤含水量采样，利用频域法对15×15个采样值进行分析，结果表明含水量分布的有效带宽为0.01，说明空间变异主要由周期大于100m的频率分量组成；通过改变采样间距的"重采样"方法，从原始采样数据中抽取采样间隔为40m×40m和60m×60m样本数为8×8和5×5的两组数据，分别用频域法和Kriging法插值。
比较两种插值结果的分布图和统计特征值，结果显示Kriging法平滑效应明显而频域法插值能更好的表现空间变异性，二者的插值精度基本相同，因此频域法优于Kriging插值。
关键词：频域法；空间变异；地统计学；有效带宽；土壤含水量；Kriging中图分类号：S126；S152.7文献标识码：A文章编号：0559-9350(2011)05-0580-08 Frequency-domain analysis of spatial variability of soil properties YANG Wei-zhong，WANG Yi-ming，LI Bao-guo Abstract：Frequency-domain analysis was employed in investigating the spatial distribution of soil properties.The concept of effective bandwidth was presented to express the spatial variability of soil properties quantitatively.Frequency-domain method interpolation formula based on the theory of two-dimensional signal sampling and reconstruction was presented.A measurement of soil moisture sampling value in awheat field under20m×20m sampling grid was carried out，and the frequency-domain method was used to analyze the 15×15 soil moisture sampling value.The results show that the effective bandwidth of the wheat field equal to 0.01，it means that the spatial distribution of soil moisture is mainly composed of the frequency components in the period of more than 100m.Then，re-sampling technique was employed in the original sampling data with changing samplin ginterval to 40m×40m and 60m×60m to extract two data sub-sets of 8×8 and 5×5.The sub-sets were used in frequency-domain interpolation and Kriging interp parison of the soil moisture distribution profile and statistical characteristics of twointerpolation method shows that the smoothing effect of Kriging method cover up some detail of the spatial variability，two methods are basically the same in interpolation accuracy，and frequency-domain method is better than Kriging method.Key words：Frequency-domain analysis；spatial variability；effective bandwidth；soil moisture；Kriging自20世纪70年代以来，土壤特性空间变异的量化研究一直是研究热点[1]。
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关于土壤空间变异性的几种研究方法
土壤空间变异性是指土壤属性在水平和垂直方向上的不均匀分布特征。
研究土壤空间变异性可以帮助我们了解土壤形成过程、评估土壤质量和精
确管理土壤资源。
以下是几种常用的土壤空间变异性研究方法：
1.地理信息系统（GIS）：
GIS是一种通过采集、存储、分析和显示地理数据的技术。
在土壤空
间变异性的研究中，我们可以利用GIS来收集土壤属性数据，并进行空间
插值分析，生成土壤属性的空间分布图。
这种方法可以帮助我们直观地了
解土壤属性的分布特点，并辅助优化农田管理措施。
2.全球定位系统（GPS）和遥感技术：
GPS和遥感技术可以帮助我们获取土壤属性的准确位置信息。
通过在
田间定位探测设备的位置，并结合遥感图像，我们可以获得大范围内土壤
属性的空间分布特征。
这种方法可帮助农户和决策者制定更科学的农业管
理策略。
3.土壤抽样和实验室分析：
采集不同位置的土壤样品，并进行系统的实验室分析，可以获得土壤
属性（如pH值、有机质含量、养分含量等）的详细信息。
通过统计学分
析方法，我们可以研究土壤属性在水平和垂直方向上的变异性。
这种方法
需要大量的样品和实验室分析，但可以提供土壤属性的准确性和细节。
4.土壤电磁感应（EMI）技术：
EMI技术是通过测量土壤对电磁感应的响应来评估土壤属性的非侵入
性技术。
使用EMI技术，我们可以获得土壤电导率等与土壤属性相关的信
息。
通过测定不同位置的土壤电磁响应，并进行相关性分析，我们可以研究土壤属性的空间变异。
这种方法可以提供大范围内土壤属性的快速评估结果，但需要校准和验证。
5.土壤监测网络：
建立土壤监测网络可以帮助我们实时或定期获取土壤属性数据。
通过在区域范围内建立多个采样点，并定期对土壤进行采样和分析，我们可以获得土壤属性的数据序列。
利用时间序列分析方法，我们可以研究土壤属性的季节变异和年际变异。
这种方法可以提供土壤属性变异的动态变化情况，适用于长期土壤监测和管理。
综上所述，土壤空间变异性的研究方法包括GIS、GPS和遥感技术、土壤抽样和实验室分析、EMI技术以及土壤监测网络。
这些方法可以帮助我们深入了解土壤属性的分布特征和变异规律，为土壤资源的合理利用和农田管理提供科学依据。