土壤氮磷是导致水体富营养化的两个关键限制因子。近年来农田土壤大量氮磷肥的施用导致土壤氮和磷在地表产生一定程度的累积,从而严重威胁周围水生态环境的安全。了解区域土壤氮磷养分的空间分布状况及来源贡献特征,是土壤氮磷养分精确调控及农业面源污染防治的关键。本研究以长三角典型县域江苏省金坛区为研究区域,构建区域土壤氮磷的空间分布模拟及来源解析技术,为区域土壤氮磷的源头调控和末端治理提供更精确的空间决策支持。(1)构建区域土壤元素有效量的精确空间预测技术。土壤元素有效量通常受土壤元素全量、土壤p H、土壤有机质等因子的强烈影响,往往较对应元素全量具有更强的空间变异性。这些因子对土壤元素有效量的精确空间预测提出了挑战。传统的地统计学插值方法往往难以有效将这类因子纳入土壤元素有效量的空间预测之中。因此本研究构建地理加权回归克里格(GWRK)模型,即采用地理加权回归(GWR)来量化土壤有效磷与主要影响因子之间的局部空间回归关系,并结合GWR残差的OK插值结果来预测土壤有效磷的空间分布状况。同时,采用独立验证样本来对比GWRK模型和OK模型的空间预测精度。结果显示,主要土壤因子对土壤有效磷含量的影响程度存在空间非平稳性。模型精度对比结果表明,GWRK模型预测结果具有更低的平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)和更高的Pearson相关系数(r),且较OK预测结果的相对提高指数(RI)为19.61%。最后,根据GWRK模型预测结果,对金坛区土壤有效磷含量的超标风险进行了评估。结果表明土壤有效磷含量超过其环境安全阈值(40 mg/kg)的区域集中分布在金坛区北部,其面积为175.58 km~2,约占金坛区总面积的18%。(2)构建区域土壤氮磷的空间模拟及联合风险评估模型。地统计学随机模拟实现为区域土壤属性的联合超标风险评估提供了可能。同时,传统的随机模拟方法较少结合土地利用类型这样一种面数据,且模拟结果往往会受样本离群值的强烈影响。因此,本研究以江苏省金坛区土壤全氮(TN)和全磷(TP)的随机模拟及联合风险评估为例。首先构建一种结合土地利用类型的稳健序贯高斯模拟(RSGS-LU),即采用稳健半方差函数来识别土壤TN和TP可能的空间离群值,并将土地利用类型斑块作为辅助信息结合进序贯高斯模拟(SGS)。其次,我们采样20%的独立验证样本来检验RSGS-LU模型和传统的SGS模型的空间模拟精度。最后,基于RSGS-LU模拟实现,构建不同限制条件下土壤氮磷的联合超标评估模型,并划定其相应的联合超标风险区域。结果表明,RSGS-LU较传统的SGS模拟在E-type估计上具有更低的平均误差(ME)、均方根误差(RMSE)和更高的Pearson相关系数(r)。且对于土壤TN和TP,RSGS-LU模拟结果相对于SGS模拟结果的预测精度分别提高了34.09%和30.30%。联合超标评估结果显示,土壤TN和TP含量至少有一个超标(即TN≥1.50 g/kg或TP≥1.00 g/kg)的联合概率P≥0.90的区域面积为28.92 km~2,而土壤TN和TP含量同时超标(即TN≥1.50 g/kg且TP≥1.00 g/kg)的联合概率P≥0.90的区域面积为1.50 km~2。(3)区域土壤氮磷的来源解析。本研究首先构建稳健普通克里格模型(ROK)来降低样本离群值对其表层土壤TN和TP空间变异结构拟合的影响,进而提高其空间预测精度。接着,结合该区域剖面样点(80～100 cm)和土壤类型图斑,定量评估土壤氮磷的本底含量并进一步计算其外源性输入对表层土壤TN和TP的累积贡献率及其空间分布状况。结果显示,金坛区土壤TN和TP含量在其北部和中部整体偏高,而在其西部相对较低。外源输入对其表层土壤TN含量累积贡献率较高的区域分布面积较广,主要呈斑块状分布于研究区北部、西北部、中部及洮湖东部。其中,贡献率超过70%的区域面积为196.08 km~2,占金坛区总面积的20.10%。外源输入对表层土壤TP含量的累积贡献率较高的区域主要集中分布在研究区北部及中东部。其贡献率达到70%的区域面积为49.28 km~2,占该区域总面积的5.05%。