宁夏中部干旱带生态环境脆弱,农业生产发展受水热条件制约。砂田是我国西北地区农民在长期劳动实践中探索形成的一种独有的保护性耕作方式,具有保温增渗、改善土壤理化性质的作用,能显著提高降水利用效率增加作物产量。过去关于砂田土壤属性空间异质性的研究多从保水抑盐角度对砂田土壤水分和盐分空间分布规律进行阐述,忽略了中尺度下砂田土壤生化性质空间异质性的综合研究。本文以中卫香山砂田土壤为研究对象,采用1.5×1.5 km网格布点,运用数理统计和地统计学方法对砂田土壤生化性质空间异质性进行研究;以普通克里格为对照,探索回归克里格、地理加权回归克里格和随机森林在土壤属性空间插值上的应用,并对四种方法的空间预测精度进行评价;阐明砂田土壤综合质量状况,以期为干旱半干旱区农业生产和生态修复提供科学依据。本研究的主要结论如下:(1)砂田土壤钾元素全量养分为弱空间变异;其它指标变异系数大于10%,表现为中等变异性。土壤养分空间分布的半方差模型可以用高斯、球状和指数模型来描述;除全钾外,其它土壤养分均表现出中等空间依赖性。全钾含量高的地区集中在东南部。土壤全磷、全钾和速效养分随高程的增加而降低。(2)砂田表层土壤脲酶和蔗糖酶活性的变异系数达到10%以上,表现出中等变异性;过氧化氢酶为弱变异。基于半方差函数对土壤酶活性进行空间结构分析,球状模型为土壤脲酶和蔗糖酶活性最优拟合模型,土壤过氧化氢酶活性可以用指数模型拟合;相较于脲酶和过氧化氢酶,土壤蔗糖酶的空间结构特征不显著。对土壤酶活性和养分进行冗余分析,得出有机质和全氮可以代表砂田土壤酶活性的主控因素。(3)描述统计表明砂田土壤重金属铬、铜、铅、镉、锌、锰和镍均属于中等变异;对比农用地土壤污染风险筛选值可以发现,铜和镉是研究区土壤重金属污染的主要元素。从土壤重金属的半方差理论模型及其拟合参数可以看出,铜以高斯模型拟合最佳;铬、铅、镉、锌、锰和镍的表现出强空间自相关。通过相关分析和主成分分析可知,砂田土壤重金属受人为源和自然源的共同影响。(4)砂田土壤阳离子交换量属中等变异。地统计分析表明阳离子交换量实测值、OLS残差和GWR残差块金系数分别为8.50%、6.02%和6.43%,比值均小于25%,具有强烈空间自相关。基于辅助变量的随机森林模型预测精度明显高于地理加权回归克里格、回归克里格和依赖样点自身数据质量的普通克里格。从成图效果看,随机森林模型成图效果更加精细,揭示了更多空间变化细节。(5)研究区土壤肥力评价适用的最小数据集包括:土壤全氮、全磷和速效钾。当重金属内梅罗综合污染指数小于0.485时,土壤肥力质量越好,土壤综合质量越高。基于土壤肥力质量和重金属污染状况的土壤质量指数综合评价能较好地反映研究区土壤真实现状。研究区砂田土壤综合质量整体处于较低水平。