空间变异理论在土壤特性分析应用研究进展.pdfVIP

空间变异理论在土壤特性分析中的应用研究进展 姜秋香1，付强1。 (1．东北农业大学水剩与建筑学院，黑龙江啥尔演150030； 2．北大荒集团公司博士后科研工作站黑龙江农垦总局，黑龙江哈尔滨150040) 摘要；空问变异理论是研究随机变量空间变异性的理论。该理论是建立在地统计学基础之上-其研究 的主要对象就是那些在空间上具有一定变异性的随机变量。空间变异理论被广泛的应用到土壤学、生态学、 地质学、水文学、气象、资源环境以及其它存在“空间变异性”的领域。本文对空间变异理论的研究方法 进行了简要的介绍。并且对空间变异理论在土壤的物理，化学特性及微量元素中应用的研究进行了介绍． 在对空间变异理论的研究方法和在土壤特性中应用的归纳和分析中，指出了空间变异理论在理论和应用中 的存在的问题井为其提出了展望。 关键词t空间变异理论地统计学土壤特性 0前言 自然界的许多物质由于受到各种因素的影响，决定了其在空间上都具有一定的变异性。 如土壤在自然界中的分布就极其复杂，同一质地的土壤在同一平面或不同深度上的并不完 全均质，决定了土壤的各种特性在空间上都具有不同程度的变异性，并且彼此之间还有一 定的相关性。人们虽然认识到了空间变异性的存在，但是由于没有系统的理论来定性的分 析随机变量的变异程度和自相关距离，因此空间变异性的存在一直困扰着学者。随着地统 计学的提出和不断完善，这个问题随之得已解决。20世纪70年代国际学术界提出了空间 变异理论，空间变异理论即研究随机变量空间变异性的理论，地统计学是其研究的主要方 法。国内的学者主要对地统计学进行了研究，对空间变异理论涉及的较少。空间变异理论 被广泛的应用到土壤学、生态学、地质学、水文学、气象、资源环境以及其他研究“空间 变异性”的领域。 土壤在成土的过程中由于受到气候、生物、母质、地形等因素的影响及耕作方式的不 同，使其在空间上表现出严重的变异性，这种变异性对土壤取样间距的影响尤为重要，取 样间距过大，代表性不强；间距过小，既增加了取样的数量又会使变量之间的相关性增强· 在实际中往往依靠经验来确定取样的合理间距，以此来消除变异性的影响。为了定性的分 析土壤特性的变异程度，国内外的许多学者将空间变异理论应用到了土壤特性分析中。通 过近40年的研究，空间变异理论在土壤的物理特性、化学特性及微量元素的空间变异性上 的应用都取得了相当大的成就，不仅为生产实践提供了指导作用，而且为精确农业的开展 提供了理论依据。 1 空间变异理论的研究方法介绍 1，1 地统计学的基本理论 代初，南非的矿山工程师D．G．Krige和H．S．Sichel从南非金矿储量计算的具体问题出发， 的研究基础上，正式提出地统计学概念和基本理论“。。我国于1977年开始介绍地统计学， 侯景儒等首先将A．G．Journel等人的专著译成中文，随后我国的学者对地质统计学进行了 深入的研究．并对地统计学的概念进行了归纳和总结。地统计学亦称地质统计学。是以区 域化变量、随机函数和平稳性假设等概念为基础，以半方差函数为主耍工具，以克里格插 值法为手段，研究那些在空间分布上既有随机又有结构性，或空间相关和依赖性的自然现 收箍日期-2006-9-10 修订日期·2∞6—8-10 作者简介z玛艳(1981-)，女．黑龙江绥化人。硕士。主要从事系统工程建模、水土资源优化利用与系统分析方面的研究． E毗ll COll fengyan-2001e163 通讯作者：付强(1973一)．男，辽宁锦州人．教授。博士生导师，主要从事农业水土资源系统分析、节承灌溉及农业系统工程 I net 建模与优化技术研究．B阻lfuqlangl00@371 象的科学。根据其概念可知，凡是对这些数据进行最优无偏内插估计。或要模拟这些数据 的离散性、波动性时，均可应用地统计学的理论及相应的方法”1。下面对地统计学中的基 本内容进行简要的介绍。 半方差函数(semi-varimgram) 半方差函数是地统计学中研究空间变异性的工具函数，用来表征随机变量的空间变异 结构，或空间连续性。当随机变量的均值不随位置，变化，并且其协方差Coy[z(z)，z(yH只 取决于样本点，和y之间的距离Ix—yI时，即随机变量满足二阶平稳假设时，半方差函数 可以表示为区域化变量z(柚的增量的方差的一半，其一般表达式为： ‘