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1、第25卷第4期热带地理Vol125,No142005年12月TROPICALGEOGRAPHYDec1,2005地统计学方法在土壤学中的应用3谭万能,李志安,邹碧,丁永祯(中国科学院华南植物园,广州510650)摘要:地统计学目前在土壤科学中得到广泛的应用和发展,成为认识土壤特征的一个重要工具。地统计学的空间变异函数和克里格插值等方法是土壤性状分析的主要手段,空间变异函数主要用于描述土壤理化性状空间变异特性,不同的插值方法可优化田间试验设计和田间采样方案,克里格插值方法则特别适用于未测量点土壤属性值的估测等。近年插值方法又被广泛
2、应用于确定区域土壤环境容量和土壤质量标准,随机模拟则用于对土壤特性进行不确定性估计等。因而,地统计学方法对我国大量土壤学资料的整合与分析具有极大的应用前景。关键词:地统计学;空间插值;土壤特性;空间变异中图分类号:S11+4文献标识码:A文章编号:1001-5221(2005)04-0307-05土壤属性的空间分布特征是土壤污染治理、土统计学方法在土壤学各方面的应用作简要回顾,以[1]地管理和现代农业的重要依据之一。土壤本身期促进我国在这一领域的研究。是一个形态和过程都相当复杂的自然综合体,成土1地统计学理论与方法概况过程中不同
3、的物理、化学、生物等因素的影响,使得土壤性质具有高度的空间异质性(Spatialheteroge2地统计学方法是以区域化变量为核心和理论基neity),近代以来人类活动的加剧进一步增强了土壤础,以矿质的空间结构(空间相关)和变异函数为基[3]特性的变异型和不确定性。同时土壤本身处于一个本工具的一种数学地质方法。区域化变量是指时刻变化的动态过程,因此对土壤空间性质进行描那些分布于空间并显示出一定结构性和随机性的自述和定量研究相当困难。自上世纪七八十年代地统然现象。它有两个最基本的假设,即平稳假设和本计学引入土壤学研究以来,随着学科
4、发展和应用方征假设,它要求所有的随机误差都是二阶平稳的,也向的扩展,地统计学方法已经成为土壤学特别是大就是随机误差的均值为零,且任何两个随机误差之[1]尺度土壤学研究的一个重要工具。间的协方差依赖于它们之间的距离和方向,而不是[4]地统计学(Geostatistics)的雏形是20世纪50年它们的确切位置。经典地统计学理论包括半方代南非采矿业的矿藏勘察中使用的空间估值计算方差函数及其模型和克立格插值方法,相关理论在同[3-5]法,60年代法国著名统计学家Matheron在此基础之类文献中有详细说明,这里作一简要回顾。上作了大量理
5、论和实际研究后提出区域化变量理论1.1半方差函数及理论模型(Thetheoryofregionalizedvariable),形成了该理论半方差函数,也称空间变异函数,是用来描述区[2]的基本框架。80年代以来,利用地统计学方法域化变量结构性和随机性并存这一空间特征而提出来研究土壤特性的空间变异已成为土壤科学研究的的,其中块金系数(nugget)、基台值(sill)、变程[3-6]热点之一。近年来,地统计学理论和方法得到(range)作为半方差函数的重要参数,用来表示区域[4]进一步发展,许多新的应用方向和方法在土壤学研化变量在
6、一定尺度上的空间变异和相关程度。究中得到应用,其中包括结合3S技术对土壤空间特半方差函数(semivariograms)是描述土壤特性[7]征进行的分析,利用分形和自组织理论对土壤结空间变异结构的一个函数。假设随机函数均值稳构的随机性和稳定性分析以及随机模拟、时空建模定,方差存在且有限,该值仅与间距h有关,则半方[8,9]等,进一步丰富了这一领域的研究。本文对地差函数γ(h)可定义为随机函数Z(x)增量方差的一收稿日期:2005-04-15;修订日期:2005-08-05基金项目:中国科学院知识创新工程方向性项目(KSCX22S
7、W2133);国家自然科学基金项目(30170191);广东省自然科学基金项目(20000976,003031);华南植物研究所所长基金作者简介:谭万能(1981-),男,重庆万州人,在读硕士研究生,主要从事土壤生态学研究,(E2mail)trufan@scbg1ac1cn。3通讯作者。308热带地理25卷[4,5]半:ing)、简单克立格法(simplekriging)、泛克克立格法12(universalkriging)外,还相续出现了协同克立格法γ(h)=EZ(x+h)-Z(x).2(Co2kriging)、指示克立格法(
8、indictorkriging)、转换计算式:克立格法(disjunctivekriging)、概率克立格法(prob2N(h)1[1,5,10]γ(h)=)2.(1)abitykriging)等。这些方法各有特点,像协同∑Z(xi+h)-Z(xi2N(h)i=
