收藏本站
《山西农业大学》 2017年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

黄土高原太原盆地区土壤养分空间分异与尺度效应研究

朱洪芬  
【摘要】:太原盆地位于黄土高原中东部,山西省的中心地带。盆地内地势低洼且平坦,适宜于农业种植。然而,在土壤贫瘠的黄土高原,土壤养分是制约农作物生长和土地生产力的重要因素。同时,土壤养分的空间分布具有高度的异质性和尺度依赖性。因此,基于空间多尺度理论,科学而深入地分析黄土高原太原盆地区土壤养分资源的空间分布特征、与影响因子的空间多尺度关系及对土壤养分含量的预测,是实现该区域内农业精确化管理、土壤田块的合理设计、合理施肥及各项生态重建措施的有力保障。本研究野外采集沿汾河垂向的三条样带共383个土壤样点数据,并进行室内测定(包括土壤有机质、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、速效钾、土壤容重、土壤质地、土壤pH、全盐和可见光-近红外高光谱等的测定)。同时,收集2006-2013年间太原盆地内12个县域的27,664个土壤养分历史数据。基于该历史数据,提取沿汾河流向的一条样带共128个土壤养分数据。本研究基于上述三个数据集,运用传统统计学方法了解该区域内土壤养分空间分布状况及不同数据集间的差异性;采用偏最小二乘回归进行土壤养分(土壤有机质和全氮)含量的光谱预测;采用多元经验模态分解(Multivariate Empirical Mode Decomposition,MEMD)揭示沿汾河垂向的土壤养分(土壤有机质和全氮)与相关影响因子的空间多尺度关系,并进行土壤养分含量的空间多尺度预测;采用小波变换分析沿汾河流向的土壤养分(土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾)在不同尺度和位置的变异性特征,及其与地形因子在位置-尺度域的相关性;利用小波变换进行盆地区域内土壤养分变异性的位置-尺度域分析。本研究取得的主要结论如下:(1)与全国土壤养分含量相比,太原盆地区内土壤有机质和速效氮含量处于较低水平,全氮、全磷和速效磷处于中等水平,而全钾和速效钾含量处于全国较高水平。与整个黄土高原区相比,土壤有机质和全氮的变异性低于整个黄土高原区,全磷的变异性接近于黄土高原区,而全钾的变异性高于黄土高原区。太原盆地土壤属性变异性的顺序为,pH值容重全氮壤粒全钾粘粒全磷有机质速效钾砂粒速效氮全盐速效磷。本研究野外采集土壤数据与县域土壤养分(土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾)历史数据相比较发现,土壤养分的均值略微变化,可反映两数据集时间尺度上的变化。(2)土壤养分光谱预测结果表明,在盆地区内当建模集和验证集相独立时,土壤有机质的建模和预测精度均随潜变量个数的增加呈先增大后减小的趋势,土壤全氮的建模精度也随潜变量个数的增加呈先增大后减小的趋势,而预测精度呈不稳定状态。同时,土壤养分的预测精度可通过其空间结构分析、位置-尺度域的方差变化进行评价,预测误差可通过空间结构变化、位置-尺度域的方差变化来体现。(3)利用MEMD分析沿汾河垂向土壤有机质与影响因子的空间多尺度关系发现,盆地上游主要特征尺度为1,011和1,725m,中游为982和8,573m,下游为960、6,753和11,806 m。整个盆地内,尺度约1km处是土壤有机质的主要特征尺度,且盆地内沿汾河垂向的土壤有机质序列主要特征尺度沿汾河流向表现分散。同时,土壤有机质与影响因子在采样尺度和MEMD空间多尺度的相关性顺序为:盆地中游下游上游。另外,在3种景观样带上,光谱主份1与有机质的相关性均显著。其次,盆地上游的容重、中游的砂粒和下游的地形湿度指数对其影响较明显,而在采样尺度上盆地下游二者的关系并不显著。因此,单一尺度分析不能够全面揭示土壤有机质与相关因子在所有空间尺度上的复杂关系,而MEMD法对有机质的预测精度要显著高于直接利用逐步多元回归分析。(4)利用MEMD分析沿汾河垂向土壤全氮与影响因子的空间多尺度关系发现,盆地上游主要特征尺度为970和2,637 m,中游为954、8,849和1,476 m,下游为1,003、8,438、8,719和2,810m。整个盆地内,尺度约1km处是土壤全氮的主要特征尺度,且盆地内沿汾河垂向的土壤全氮主要特征尺度沿汾河流向表现分散。同时,土壤全氮与影响因子在采样尺度和MEMD空间多尺度的相关性顺序为:盆地中游和下游上游。在3种景观样带上,盆地上游的壤粒含量、盆地中游砂粒含量和盆地下游的光谱主份1对土壤全氮的影响比较明显。采用MEMD对土壤全氮的总体预测精度要明显高于直接采用逐步多元回归的分析结果。因此,单一尺度分析不能够全面揭示土壤全氮与影响因子在所有空间尺度上的复杂关系。(5)利用小波变换分析沿汾河流向位置-尺度域的土壤养分空间变异性发现,尺度0-4 km处存在方差值较大但面积较小的区域;4-8 km处土壤养分的空间方差相对较小;8km处土壤有机质和速效磷的空间方差较大,且方差较大处区域比较集中。利用小波相干分析沿汾河流向土壤养分与地形因子在位置-尺度域的相关性发现,在尺度8 km处地形因子与土壤养分的相关性较稳定;高程、坡度与全氮、速效钾存在全局负相关;地形湿度指数与有机质、速效磷和速效钾存在全局正相关;土壤养分受相关地形因子影响的强弱顺序为,有机质速效磷全氮速效钾。(6)基于沿汾河垂向土壤养分数据和县域土壤养分历史数据,利用小波变换分析盆地域内土壤养分在位置-尺度域的空间变异性发现,土壤有机质和全氮的95%显著性方差区域比较集中;在尺度0.68-1.21 km处,有机质显著性方差面积最大;在尺度1.53-10.30km处,速效磷显著性方差面积最大;与全氮相比,有机质的显著性方差面积较大;与速效钾相比,速效磷的显著性方差面积较大;土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾分别在尺度7.28、10.91、4.33和4.33 km处95%显著性方差面积达最大,分别达到21.39、17.11、26.47 和 17.71%。
【学位授予单位】:山西农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:S158

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张迁迁;毕如田;张吴平;梁艳;;多尺度EGLSN的构建及耕地地力模拟研究[J];中国生态农业学报;2015年03期
2 杨梅花;赵小敏;;基于可见-近红外光谱变量选择的土壤全氮含量估测研究[J];中国农业科学;2014年12期
3 李耀翔;汪洪涛;耿志伟;张鹏;徐浩凯;;基于近红外光谱及BP神经网络分析法预测森林土壤有机碳含量[J];西部林业科学;2014年03期
4 史舟;王乾龙;彭杰;纪文君;刘焕军;李曦;Raphael A VISCARRA ROSSEL;;中国主要土壤高光谱反射特性分类与有机质光谱预测模型[J];中国科学:地球科学;2014年05期
5 汪洪涛;李耀翔;;基于NIR-PLS的土壤碳含量预测模型研究[J];森林工程;2014年01期
6 魏昌龙;赵玉国;李德成;张甘霖;邬登巍;陈吉科;;基于相似光谱匹配预测土壤有机质和阳离子交换量[J];农业工程学报;2014年01期
7 郭燕;纪文君;吴宏海;史舟;;基于野外Vis-NIR光谱的土壤有机质预测与制图[J];光谱学与光谱分析;2013年04期
8 刘雪梅;柳建设;;基于MC-UVE的土壤碱解氮和速效钾近红外光谱检测[J];农业机械学报;2013年03期
9 李民赞;郑立华;安晓飞;孙红;;土壤成分与特性参数光谱快速检测方法及传感技术[J];农业机械学报;2013年03期
10 刘聪;周清;屈金莲;朱玉琼;;不同地形条件下样点密度对土壤养分空间变异的影响[J];湖南农业大学学报(自然科学版);2013年01期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 刘志鹏;黄土高原地区土壤养分的空间分布及其影响因素[D];中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心);2013年
2 陈红艳;土壤主要养分含量的高光谱估测研究[D];山东农业大学;2012年
3 孟令超;山西断陷盆地地裂缝成因机理研究[D];长安大学;2011年
4 张娟娟;土壤养分信息的光谱估测研究[D];南京农业大学;2009年
5 郭清海;山西太原盆地孔隙地下水系统演化与相关环境问题成因分析[D];中国地质大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 杨海瑞;太原盆地地面沉降模拟[D];长安大学;2015年
2 冉雯瑞;滨海盐碱地土壤水盐的空间异质性研究[D];华东师范大学;2014年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张伟畅;周清;冯旖;吴婷华;谢红霞;张杨珠;;地貌和样点数对耕地土壤有机质插值精度的影响[J];土壤通报;2015年06期
2 代希君;张艳丽;彭杰;罗华平;向红英;;土壤水溶性盐基离子的高光谱反演模型及验证[J];农业工程学报;2015年22期
3 周成河;;探究近红外反射光谱分析在土壤肥料学的应用及发展方向[J];农学学报;2015年11期
4 Qianqian ZHANG;Yan LIANG;;Multiscale Regional Formula Fertilization Considering Environment Information Incompleteness[J];Asian Agricultural Research;2015年11期
5 杨灵玉;高小红;贾伟;杨扬;张威;田成明;;三江源区土壤常规元素含量高光谱估算研究——以玉树县和玛多县为例[J];土壤通报;2015年05期
6 许良;闫亮亮;李洪斌;逯家辉;任玉林;;MW-PLS法对雷尼替丁粉末药品的定量分析[J];吉林大学学报(理学版);2015年04期
7 刘燕德;熊松盛;刘德力;赵文星;周衍华;;基于Vis-NIR光谱的果园土壤有机质便携式检测仪研究[J];中国农机化学报;2015年04期
8 于雷;洪永胜;耿雷;周勇;朱强;曹隽隽;聂艳;;基于偏最小二乘回归的土壤有机质含量高光谱估算[J];农业工程学报;2015年14期
9 贺军亮;张淑媛;查勇;蒋建军;;高光谱遥感反演土壤重金属含量研究进展[J];遥感技术与应用;2015年03期
10 方孝荣;章海亮;黄凌霞;何勇;;近红外光谱技术结合RCA和SPA方法检测土壤总氮研究[J];光谱学与光谱分析;2015年05期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 向明顺;地震重灾区生态环境遥感动态监测与评价研究[D];成都理工大学;2018年
2 乔建伟;基于地球关键带理论的渭北台塬地裂缝成因机理研究[D];长安大学;2018年
3 陈元鹏;基于遥感数据的工矿复垦区分类与反演方法研究[D];中国地质大学(北京);2018年
4 冯志珍;东北薄层黑土区土壤侵蚀—沉积对土壤性质和玉米产量的影响研究[D];西北农林科技大学;2018年
5 周杰;扬州市宝应县土壤重金属含量、化学形态分析及源识别研究[D];扬州大学;2017年
6 黄亚捷;土壤属性空间变异与灌区排盐空间配置研究[D];中国农业大学;2017年
7 张楠;气候变化和人类活动影响下伊舒盆地地下水环境演化研究[D];吉林大学;2017年
8 朱洪芬;黄土高原太原盆地区土壤养分空间分异与尺度效应研究[D];山西农业大学;2017年
9 段良霞;黄土高塬沟壑区坡地水量转换的空间变异性[D];西北农林科技大学;2017年
10 张珍明;喀斯特石漠化土壤有机碳分布、储量及植被恢复潜力评估[D];贵州大学;2017年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 王林海;太原台绝对重力长期变化与解释[D];中国地震局地震研究所;2018年
2 张瑞;生物炭对滨海盐碱土理化特性和小白菜生长的影响研究[D];上海交通大学;2015年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 向武;周卫军;肖彦资;李娟;郭子川;崔宇;;县域耕地地力与农用地自然质量等级差异及关联性研究[J];中国生态农业学报;2014年07期
2 崔茜;毕如田;李发志;赵建明;;晋南地区小麦—玉米轮作区耕地质量评价研究[J];山西农业大学学报(自然科学版);2014年02期
3 闫一凡;刘建立;张佳宝;;耕地地力评价方法及模型分析[J];农业工程学报;2014年05期
4 李云;冯跃华;王小艳;武彪;;基于主成分回归的土壤养分与水稻产量的关系[J];贵州农业科学;2013年12期
5 郭小清;胥晓明;曹卫星;朱艳;姜海燕;;作物模型系统Web服务集成方法[J];农业工程学报;2013年22期
6 王昶;黄驰超;余光辉;冉炜;沈其荣;;近红外光谱结合偏最小二乘法快速评估土壤质量[J];土壤学报;2013年05期
7 顾炽明;郑险峰;黄婷苗;侯仰毅;王朝辉;;秸秆还田配施氮肥对冬小麦产量及氮素调控的影响[J];干旱地区农业研究;2013年05期
8 赵明扬;孙长忠;康磊;;黄土高原油松人工林水文效应的人工神经网络模型[J];西南林业大学学报;2013年03期
9 彭杰;周清;张杨珠;向红英;;有机质对土壤光谱特性的影响研究[J];土壤学报;2013年03期
10 孔汶汶;虞佳佳;刘飞;何勇;鲍一丹;;基于高光谱成像技术的番茄茎秆灰霉病早期诊断研究[J];光谱学与光谱分析;2013年03期
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 程街亮;土壤高光谱遥感信息提取与二向反射模型研究[D];浙江大学;2008年
2 刘金兰;重磁位场新技术与山西断陷盆地构造识别划分研究[D];长安大学;2008年
3 周萍;高光谱土壤成分信息的量化反演[D];中国地质大学(北京);2006年
4 宋海燕;基于光谱技术的土壤、作物信息获取及其相互关系的研究[D];浙江大学;2006年
5 周清;土壤有机质含量高光谱预测模型及其差异性研究[D];浙江大学;2004年
6 刘伟东;高光谱遥感土壤信息提取与挖掘研究[D];中国科学院研究生院(遥感应用研究所);2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 孟振江;交城断裂带地裂缝发育特征及成因机理研究[D];长安大学;2012年
2 章卫卫;大西高铁太原盆地沿线地裂缝发育特征及其危险性评价研究[D];长安大学;2010年
3 郝建秀;张掖绿洲及绿洲荒漠过渡带土壤水盐空间异质性研究[D];西北师范大学;2005年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赖进红;罗兴华;苏玉柱;马驰;;洱海流域耕地土壤养分分析与管理[J];农业与技术;2018年12期
2 高敏;;不同氮、磷、钾肥用量影响西梅产量及土壤养分[J];中国果业信息;2017年03期
3 高铭远;;利用叶片颜色判断土壤养分方法的研究[J];电子测量技术;2016年11期
4 赵家林;汪习云;;云南省施肥及土壤养分变化分析[J];农业开发与装备;2017年02期
5 程乐庆;;夏邑县土壤养分现状、变化与评价[J];基层农技推广;2017年03期
6 孙翠珊;李玉环;陈明;吕玮;张军;;基于物元模型的土壤养分评价[J];中国人口·资源与环境;2017年S1期
7 毕静静;;菠菜香菜栽培技术[J];农业知识;2016年29期
8 魏国良;李帷;汪萍;徐海峰;谭承军;商照荣;;澜沧江水电开发对河岸带土壤养分分布的影响[J];水土保持研究;2014年02期
9 周涛;戴全厚;吴秀芹;董亚辉;邓伊晗;;喀斯特山区退耕还林地土壤养分效应及评价[J];水土保持研究;2011年06期
10 秦新荣;;施肥量及土壤养分含量变化趋势浅析[J];河南农业;2010年19期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 罗国安;项建军;袁全;;分散经营模式下的土壤养分的精准管理研究[A];中国植物营养与肥料学会2010年学术年会论文集[C];2010年
2 李红裔;张野;赵迪;吴锡欣;;基于神经网络多模型的土壤养分肥力评价[A];中国植物营养与肥料学会2010年学术年会论文集[C];2010年
3 马友华;胡勤远;贾盛宁;梁红霞;黄界颍;张自立;;安徽省土壤养分和肥料信息系统研究[A];第八届全国青年土壤暨第三届全国青年植物营养与肥料科学工作者学术讨论会论文集[C];2002年
4 邢竹;李春杰;郭建华;王贵政;;土壤养分信息系统在平衡施肥中的应用(摘要)[A];中国地壤学会第十次全国会员代表大会暨第五届海峡两岸土壤肥料学术交流研讨会文集(面向农业与环境的土壤科学专题篇)[C];2004年
5 索全义;张连云;郑海春;;基于“3414”肥效试验的土壤养分丰缺指标制定方法的研究[A];中国土壤学会第十一届全国会员代表大会暨第七届海峡两岸土壤肥料学术交流研讨会论文集(上)[C];2008年
6 陈天恩;董静;郜允兵;徐丽媛;;小丰营村蔬菜地土壤养分变异特性研究[A];中国植物营养与肥料学会2010年学术年会论文集[C];2010年
7 张琳;张凤荣;吕贻忠;孔祥斌;王茹;;大城市郊区耕地集约利用程度变化趋势及对土壤养分的影响——以北京市大兴区为例[A];中国土壤学会第十一届全国会员代表大会暨第七届海峡两岸土壤肥料学术交流研讨会论文集(中)[C];2008年
8 魏国良;;澜沧江中下游水电开发对河岸带土壤养分空间分布的影响[A];2012中国环境科学学会学术年会论文集(第三卷)[C];2012年
9 崔英;顾明;赵鹏飞;刘丽茹;;梨树县主要土壤养分变化趋势分析[A];创新驱动,加快战略性新兴产业发展——吉林省第七届科学技术学术年会论文集(下)[C];2012年
10 姬宝霖;申向东;吕志远;索全义;刘挨刚;吕忠义;胡敏;;利用高含沙洪水治沙淤地土壤养分、粒径分布特征分析[A];2006中国科协年会农业分会场论文专集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 赵淑玲;吉林有机肥企产品叫好不叫座[N];中国化工报;2014年
2 本报记者 伊秀丽 张力军;高标准农田建设的吉林模式[N];吉林日报;2017年
3 王旭;温室施用有机肥料好处多[N];陕西科技报;2017年
4 刘鑫;枣裂或不甜 多因土壤养分不均衡[N];新疆科技报(汉);2016年
5 通讯员 伍军彭建国;塔西南与喀什合作研究土壤养分[N];中国石油报;2008年
6 记者 赵红梅;“土壤养分管理与平衡施肥”让农民亩增收近200元[N];河北日报;2006年
7 赵强;土壤养分的分析方法[N];山西科技报;2004年
8 中国农业科学院土壤肥料研究所 金继运 研究员;以分区土壤养分管理实现产业化[N];中华合作时报;2005年
9 高科;土壤养分测试仪[N];河北科技报;2001年
10 通讯员 姜晓平;磴口土壤养分含量逐年上升[N];巴彦淖尔日报(汉);2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 朱洪芬;黄土高原太原盆地区土壤养分空间分异与尺度效应研究[D];山西农业大学;2017年
2 南锋;黄土高原煤矿区复垦农田主要土壤养分高光谱反演[D];山西农业大学;2017年
3 张强;‘富士’苹果果实品质与土壤养分和气象因子关系的研究[D];中国农业大学;2018年
4 许红卫;田间土壤养分与作物产量的时空变异及其相关性研究[D];浙江大学;2004年
5 刘杏梅;基于GIS和地统计学的不同尺度水稻田土壤养分时空变异及其机理研究[D];浙江大学;2005年
6 李瑞;规模经营条件下土壤养分精准管理研究[D];中国农业科学院;2006年
7 王红娟;我国北方粮食主产区土壤养分分布特征研究[D];中国农业科学院;2007年
8 姜城;不同经营体制下土壤养分空间变异规律及管理技术的研究[D];中国农业科学院;2000年
9 贾生尧;基于光谱分析技术的土壤养分检测方法与仪器研究[D];浙江大学;2015年
10 刘雪梅;基于可见近红外光谱检测土壤养分及仪器开发[D];东华大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 禹庆峰;陕西省主要柿园土壤养分现状与科学施肥研究[D];西北农林科技大学;2018年
2 刘玲玲;秸秆还田与施氮对土壤养分、微生物及水稻产量的影响[D];扬州大学;2018年
3 朱洁;重庆东南烟区环境因子对土壤养分含量的影响[D];西南大学;2018年
4 彭石磊;自然降雨条件下长期施肥和耕作对坡耕地紫色土壤肥力的影响[D];西南大学;2018年
5 郭卫红;沿海地区水杉叶片性状的纬度格局及其影响因素[D];山西农业大学;2017年
6 吕凯一;耕地土壤养分时空变异及其影响因素分析[D];浙江大学;2018年
7 王丽丽;晋陕蒙矿区排土场植物措施对复垦土壤养分和微生物的影响[D];中国科学院大学(中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心);2018年
8 王奂仑;青海省枸杞重金属含量分析及土壤关联性研究[D];青海大学;2018年
9 沈婧;渗水地膜覆盖下土壤养分的时空变化特征研究[D];太原理工大学;2018年
10 韩欢;秦岭辛家山林区森林土壤养分现状与分析[D];西北农林科技大学;2018年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026