基于分形地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的草地土壤空間變異.pdf

1、空間變異與格局及其尺度效應(yīng)問題是當(dāng)前科學(xué)發(fā)展的前沿?zé)狳c(diǎn)。地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)(GS)被公認(rèn)為揭示空間變量變異性的先進(jìn)科學(xué)。然而，研究者在肯定GS優(yōu)勢的同時(shí)，也認(rèn)識到其某些不足。如雖然可表征隨機(jī)變量的結(jié)構(gòu)。但多從數(shù)理統(tǒng)計(jì)角度進(jìn)行，不是嚴(yán)格物理或自然意義上變化規(guī)律和結(jié)構(gòu)的揭示；克里格法(kriging)求解會(huì)產(chǎn)生“平滑效應(yīng)”，得不到兩點(diǎn)間的局部變化特征。對多數(shù)自然變量，相鄰兩信息點(diǎn)間通常并非是線性變化或光滑過渡的，存在局部、非線性變化特征，傳統(tǒng)的地質(zhì)

2、統(tǒng)計(jì)學(xué)不能很好的處理這種非線性問題，分形地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)(FS)則善于解決這一問題。
　　 FS借助分形的自相似性和克里格法的無偏最優(yōu)插值，從分形的角度定量刻畫變量空間分布的特征，揭示變量的局部非線性變化并實(shí)現(xiàn)預(yù)測模擬。目前，F(xiàn)S尚未形成系統(tǒng)理論，本文總結(jié)了其發(fā)展歷程，提出其理論體系框架，并以干旱區(qū)草地土壤、植被為研究對象，應(yīng)用FS對土壤(含水量、鹽分、有機(jī)質(zhì)、全氮)、植被地上生物量的空間結(jié)構(gòu)和變異性進(jìn)行研究，并與傳統(tǒng)GS進(jìn)行比較，認(rèn)

3、為：
　　 (1)FS是傳統(tǒng)GS的發(fā)展，分形維數(shù)能夠表征變量分布的復(fù)雜性。方位-分維估值與多維分形克罩格均以克里格法為基礎(chǔ)，能夠較好的模擬區(qū)域變量的空間分布。方位-分維估值法與克里格插值結(jié)果相近，實(shí)質(zhì)是一種角度變換的分形插值，其約束條件少，計(jì)算簡單，但估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)方差大于克里格法。多維分形克里格在反映變量總體分布趨勢的同時(shí)，得到變量更多的局部變化，減少了克里格法的“平滑效應(yīng)”，實(shí)質(zhì)是滑動(dòng)加權(quán)平均基礎(chǔ)上加入了奇異性校正的結(jié)果。

4、　　 (2)草地土壤、植被在空間上存在明顯的空間變異特征并具有多級變異結(jié)構(gòu)，只有在同一級結(jié)構(gòu)中較大尺度的變化性才包含較小尺度的變化性，即使是同～級的結(jié)構(gòu)。隨著采樣尺度的增加，插值的精度也會(huì)降低，因此，采樣尺度的增加和減小與所研究問題的性質(zhì)密切相關(guān)，不能盲目改變。
　　 (3)土壤顆粒含量的分形維數(shù)與沙粒含量呈顯著的線性負(fù)相關(guān)關(guān)系，與粘粉粒含量呈顯著的線性正相關(guān)關(guān)系，并與土壤N、有機(jī)質(zhì)、鹽分含量正相關(guān)。分形維數(shù)可表征土壤顆粒物質(zhì)