基于gis和地统计学的土壤养分空间变异特征与其空间插值方法.研究——以陕西省蓝田县为例

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3、isticalanalysisofsoilpropertiesofmid一_estTaiwanso订[J]．SoilScience，1997，162(4)：29l～298．第一章文献综述1．1土壤空间变异常用研究方法自然界土壤的分布极其复杂，田间实际情况表明，在土壤质地相同的区域内，土壤特性(物理、化学及生物性质)在同一时刻、各个空间位置上的量值并不相同，这种属性即称为土壤特性的空间变异性⋯。土壤空间变异性可分为系统变异和随机变异两大部分。土壤特性空间变异研究，即根据观测或取样测定的数据，分析土壤各种

4、特性参数的空间变化特征、参数自身及各参数间的空间关系，以及各种因素对土壤质量的影响。为了对各种参数空间变异进行研究和评价，需要用不同的研究方法。自20世纪70年代国际学术界提出空间变异以来，国内外开展了大量的土壤性质的空间变异研究，不同的研究方法相继出现。1．1．1经典统计学方法早期，对土壤空间变异的研究主要限定于定性描述，后来，土壤学家利用Fisher创立的传统统计方法对土壤特性的空间分布做了定量描述，具体方法是：按质地将土壤在乎面上划分为若干较为均一的区域，在深度上划分为不同土层，通过计算样本的均

5、值、标准差、方差、变异系数以及进行显著性检验来描述土壤特性的空间变异。该方法不考虑测定参数和测定点之间的空间关系，利用统计学参数，对区域土壤的某些变异程度给出解释。但随着对土壤特性研究的不断深入，人们发现土壤的许多参数并非是独立的，而是具有一定的相关性⋯，这说明传统的统计方法已不能对土壤空间变异给出充分的解释。1．1．2地统计学方法20世纪60年代法国科学家Matheron以Krige的矿产品位和储量估值方法为依据提出并发展了区域化变量理论，将传统的地学方法与统计学方法相结合，率先创建了地统计学。该方

6、法理论认为变量具有空间分布特征，既有随机性又具有结构性，样本之问具有空间相关性，通过地统计学方法对变量的空间结构的认识，可以对变量进行插值和对相关变量进行预测。地统计学研究土壤特性空

7、'日J变异方法主要是利用原始数据和半方差函数的结构性，对未知采样点的区域化变量进行无偏估值的一种方法。其理论基础是变差图理论和区域变量理论。20世纪70年代后期，美国陆续将地统计学理论应用于土壤调查、制图及土壤变异性的研究能实现空间数据与属性数据的统一，为指导实践、技术示范、科学决策提供便捷通道。1．1．4分形和分维该方

8、法是法国数学家Mandelbrot为描述具有自相似性的自然碎片或不规则结构而提出的，所谓分形是指在形态或结构上存在着相似性的几何对象，研究这种分形的科学称为分形几何学心引。一般来说，几何对象称为分形，应具有以下典型性质：1)具有不规则性，它的整体和局部都不能用经典的几何语言来描述。2)具有自相似性，这种自相似性可以是严格的自相似，而在大多数情况下，是统计意义上的自相似性。描述分形特征的一个重要参数是分形维数，它是描述不规则物体或分形体的主要指标。通常可用半方差法结合相关函数研究土壤属性的分形特性。通过

9、地质统计学研究得到半方差函数r(h)后，由109r(h)～W109r(h)回归直线的斜率分别计算出分维D：D=(4一W)／2(1．1)分维D表征了土壤参数的复杂程度。由于自然界中分形的多样性，描述它们的分维也有多种形式，一般有经典维数(即欧氏维数)、相似维数、关联维数等。佟金等(1994)研究了土壤颗粒尺寸的分布，分析了土壤PSD分维和土壤颗粒表面分维对土壤粘附力的影响。鲁植雄等(1993)，张维强等(1995)对水田土壤强度的分形特征进行了研究，分别用