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研究不同模型对土壤有机质空间预测的性能差异对制定更加科学合理的采样策略、提升采样效率和提高土壤空间预测精度有着重要的指导意义。本研究将6496个土壤样点按8∶2的比例分层随机分成训练集与验证集,应用普通克里格、随机森林以及随机森林－回归克里格三种有代表性的数字化土壤制图（Digital Soil Mapping,DSM）模型,对河南省许昌市耕地表层土壤有机质含量及空间分布进行预测,对三种模型性能表现进行综合评价。三种模型输出的预测结果显示:研究区耕地表层土壤有机质含量水平一般,均值为18.70 ~ 18.81 g kg?1,变异系数0.15 ~ 0.17,属中等强度变异;空间分布总体格局为西北与西南部分山地褐土区、东南部砂姜黑土区表层有机质含量高,中北部脱潮土、石灰性潮土区表层有机质含量低。验证结果表明:三种模型性能表现无明显差距,预测精度基本一致,输出结果对研究区耕地表层土壤有机质变异解释百分比在33% ~ 34%之间,在相同和相近尺度土壤有机质空间预测案例研究里属中等水平。在协变量有限且样点分布较为均匀的情况下,普通克里格模型便于快速获得研究区目标变量的空间分布;如果协变量比较丰富且易于收集利用,或是进行空间预测的同时还需要甄别不同因素对目标变量的影响大小,则建议采用随机森林模型;协变量有限,但样点密度较大时,随机森林－回归克里格模型可能是对目标变量进行空间预测的不错选择。 相似文献
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为了明确富硒水稻主产县方正县土壤中全硒的含量、分布等特征,以方正县农业土壤为研究对象,运用地统计学和Arc GIS相结合的方法研究土壤全硒含量的空间异质性和分布格局,并探讨硒浓度变异与土壤理化性质之间的关系。结果表明,土壤全硒含量变异函数符合指数模型,空间异质性指数Q=0.125,说明全硒含量的变异主要由结构性因素引起,空间自相关性较强。用普通克里格法(OK法)绘制全县的土壤全硒分布图,发现研究区绝大多数土壤(69.3%)属于足硒土壤,硒含量高值区出现在研究区中部及西南部,而低值区主要分布在研究区东北部。不同土壤类型中,泥炭土全硒含量最高(0.267 mg·kg-1),而沼泽土全硒含量最低(0.153 mg·kg-1);不同土地利用方式下,稻田土全硒含量(0.230 mg·kg-1)略高于旱地土(0.217 mg·kg-1)。影响土壤全硒含量的主要因素为土壤有机碳、粘粒及粉粒含量。 相似文献
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南极半岛海洋气候区的土壤Ⅵ.空间可变性与土壤景观 总被引：1，自引：0，他引：1
本文通过对南极海洋气候区自然环境和地表特征分析,指出本区土被发育与分布具有明显的不连续性特征;同时,在分析研究本区成土因素的空间变化格局及其对土壤发生、发育与演化影响的基础上,论述了南极海洋气候区土壤属性上的强烈空间可变性和类型上的高度分异性;最后,对本区有代表性的土壤景观系列进行了分析,指出成土因素空间变异的微域性特点造成了本区土壤景观的多样性与复杂性,本区自然环境的快速变化可能最终导致土壤景观的演变与重塑。 相似文献
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吉林省德惠市土壤速效钾的空间分异及不同插值方法的比较 总被引：10，自引：0，他引：10
基于地统计学和地理信息系统,采用区变量的半变异理论定量研究了土壤速效钾的空间变异特征,分析比较了不同空间插值方法的插值精度,并利用最优Kriging法插值生成了研究区土壤速效钾的分布格局图。结果表明:研究区土壤速效钾具有中等强度的空间自相关,步长为108.5km;块金效应显著,C0/sill值为0.43。所有插值方法中,球面多项式插值的RMSE最大,平常克吕格的指数模型插值精度最高。IDW虽然也常常被用来进行土壤属性特征的插值分析,但它只与距离有关,对于区域性的较大差异或存在多因子影响时,Kriging方法有其明显的优势;土壤速效钾的分布以中部饮马河为线,东西差异较大,总体自东北向西南呈有规律地逐渐增大的趋势。 相似文献
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黑土耕作层土壤pH空间变异及自相关分析 总被引：2，自引：1，他引：1
以东北黑土耕作区土壤表层(0~20 cm)土壤pH为研究对象,以经典统计学和地统计学为基础,结合"3S"技术及Moran指数进行空间自相关分析,剖析黑土区土壤pH的空间自相关类型及其分布格局。研究结果表明:小流域土壤pH均值为6.72,变异系数为9.91%,其变程为1 000 m,具有较强空间自相关性,空间变异受地形、成土等结构性要素影响较大,在东–西(E–W)方向的空间变异相对剧烈;土壤pH与高程等地形因子显著性相关,地理加权克里格插值显示土壤pH高值出现在研究区中部旱地,低值出现在东部与西部区域,呈现带状分布,与土地利用类型的东西向交替相近。全局自相关分析表明研究区土壤pH存在较强的正自相关特征,且不同方向存在差异;随着距离的增大,土壤pH呈现负自相关特征,分布存在空间孤立。局部空间自相关类型主要为H–H型(高–高关联)和L–L型(低–低关联),空间集聚特征明显,其中H–H型主要分布于研究区中部旱地区域,形成高pH且高度空间自相关的格局,L–L型分布于东部林地区域,形成低pH集聚的格局。 相似文献
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土壤空间预测与数字化制图的精度受土壤样点规模、采样策略、预测模型选择、目标区域地貌与成土环境复杂程度、协变量数据质量等多种因素共同制约。选择河南省为研究区,基于9种土壤样点规模、5种采样方法,应用5种最具代表性的机器学习(Machinelearning,ML)算法对耕地表层土壤pH实施空间预测与数字化制图,用以对比分析不同样点规模与采样方法对ML模型的性能表现及土壤pH预测精度的影响。结果表明：(1)当研究区土壤样点规模从200个经由400个、800个、1 200个、1 600上升至2 000个时,无论使用何种采样方法,所有ML模型的性能表现与预测精度均呈快速上升的总体趋势;当样点规模达到并超过2 000个时,大多数ML性能表现及预测精度趋于稳定,表明2 000个土壤样点可能是这些ML模型预测研究区耕地表层土壤pH的样点规模阈值。(2)5种ML模型性能表现及其土壤pH预测精度存在明显差距,基于树结构的随机森林(Random forests,RF)和Cubist表现最好,无论使用哪种采样方法,这两种模型预测结果的决定系数(R2)均可稳定在0.75～0.80之间、RM... 相似文献
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东北典型黑土区土壤养分空间分异影响因素分析 总被引：1，自引：0，他引：1
结合常规统计方法与GIS空间分析方法,采用经典同归模型和空间滞后模型,定量研究了榆树市土壤养分空间变异的主要影响因素.研究表明,土壤中碱解氮元素的空间变异主要受河流、居民点、小路3个因子影响;土壤中速效磷空间变异的影响因子是到居民点的距离、到小路的距离,说明速效磷的空间变异主要受人文因素的影响;土壤中速效钾空间变异影响因素相对复杂,水文因素、人文因素、地貌闪素对速效钾的空间分布均有影响,其中地貌因素的影响最为显著;土壤中有机质空间变异的影响因子包括湖泊、河流、大路、居民点、坡度,和速效钾空间变异的影响因子相同,但各个因素的影响相对均衡.比较两种模型发现,在土壤养分存在明显自相关的情况下,空间滞后模型的模拟效果明显优于经典回归模型. 相似文献
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基于支持向量机的典型冻土区土壤制图研究 总被引：6，自引：0，他引：6
基于青藏高原大片连续多年冻土分布的东部边缘,青海省兴海县温泉地区的野外调查数据,通过对研究区遥感数据的分析,开展了土壤制图方法的探讨。以成土因素学说和土壤-景观模型理论为基础,筛选土壤分类潜在变量,在不同的变量组合下运用支持向量机(SVM)的方法建立土壤-景观模型,对整个研究区进行预测性分类。为了更好地检验该方法的有效性,采用五折交叉方式进行结果的验证。并通过对比不同变量组合的交叉验证结果和分布模拟结果图,确定了适合典型冻土区土壤分类的环境变量组合,以较少的样本知识较好地预测该区土壤类型的空间分布。 相似文献
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土壤有机碳（Soil Organic Carbon,SOC）作为陆地生态系统中最大的碳库，在农田土壤质量和作物产量方面发挥着重要作用。准确预测耕地SOC的空间分布对于制定农业管理措施至关重要。在数字土壤制图（Digital Soil Mapping,DSM）框架下，选择有效的环境协变量是提高SOC空间预测精度的重要方法。以往遥感指数和气候变量通常使用某个时段或时点的（平均）值作为输入变量，而很少有研究将时间特性和事件用于土壤有机碳预测。因此，引入物候变量、极端气候变量弥补部分损失的地物信息和气候特征，探讨其对研究区耕地SOC空间变异的响应特性及预测SOC空间分布的可行性。以江西省上高县为研究区域，采用随机森林模型，选取遥感数据、DEM衍生变量、物候参数、气候特征因子等作为环境协变量引入模型中，并用普通克里格（Ordinary Kriging,OK）对模型结果进行残差修正，最后对比不同类型变量组合下模型的预测效果及预测精度。结果表明，时序变量、物候变量及极端气候变量能够改善模型的预测性能，并且残差作为误差项还能进一步提升模型的精度。结合时序变量、物候变量、极端气候变量、地形变量和残差的组合拥有最高的预测精度，相较于地形变量、遥感变量和气候变量的组合，将R^2、MAE和RMSE提升了90.00%、58.95%和57.14%。变量贡献率分析显示，SU、a3和TXx是影响研究区耕地SOC分布的重要变量。因此，物候变量和极端气候变量具有较好的应用前景，未来还需验证极端气候变量作为环境变量在不同土地利用、大尺度研究区下预测土壤属性的有效性。 相似文献
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环渤海微咸水区土壤盐分及盐渍化程度的空间格局 总被引：7，自引：3，他引：7
为了探求环渤海低平原区微咸水的农业利用潜力、缓解水资源危机,就需要掌握该区土壤盐分及其盐渍化程度的空间分布格局。本文通过对该平原微咸水区选取127个代表性样点,采集0～60 cm深度内的8层土样进行土壤全盐量测定,并对130个水井的水位埋深及128个地下水样的矿化度进行了测定。采用地质统计学和GIS相结合的方法研究了该区土壤全盐量及其盐渍化程度的空间分布格局。结果表明,除表层土层盐分含量属于强变异强度外,环渤海低平原区其余土层盐分含量均属于中等变异强度。土层盐分的空间自相关距离从表层（0～5 cm）的35.3 km 增加到深层（50～ 60 cm）的59.7 km。研究区各层土壤盐分含量自内陆平原向东部滨海平原逐渐增加,上下土层盐分含量呈相同的空间变化趋势。表层土层属于非盐化土、轻度盐化土和中度盐化土的比例基本相等,而重度盐化土面积较小,5～60 cm土层无重度盐化土分布。总体上,环渤海低平原以轻度盐化土和非盐化土为主,0～60 cm空间上盐分积聚不强,浅层微咸水灌溉存在很大利用空间。 相似文献
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河南开封土壤养分变化特征及其持续利用途径研究 总被引：6，自引：0，他引：6
通过 1 984～ 1 998年河南开封不同土壤耕层有机质与氮磷钾养分分析 ,论述了不同农业利用方式和农田管理措施下不同土壤耕层养分的时空变化特征和硝态氮累积特性 .由于“重氮磷 ,轻有机肥 ,忽视钾素补给” ,土壤养分变化的总趋势以下降 ,钾素耗竭性明显 .土壤养分空间变化较为复杂 ,但不同土壤间耕层养分为普通淡色潮湿雏形土 >底锈干润雏形土 >石灰淡色潮湿雏形土 >灌淤旱耕人为土 >简育干润雏形土 >干润砂质新成土 .硝态氮累积表现为由上至下递减或由上至下递增和相对积累于土体某一深度 .最后研究提出了土壤持续利用的有效技术途径 . 相似文献
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刘宇 《中国水土保持科学》2014,(2):92-98
以丹江口水库以上的汉江流域为例,利用植被覆盖度、坡度加权的上游有效汇流面积空间分布型式和驱动-阻力耦合空间分布拟合函数2个指标,评价水蚀流域土地覆被格局土壤保持能力,并基于研究区14个子流域水文站泥沙资料进行验证.结果表明：汉江干流沿岸河谷盆地和丹江口水库周边丘陵区子流域是研究区城镇和农田的主要分布区,植被覆盖度低,距离汉江较近,当前覆被格局土壤保持能力相对较低,是河流泥沙的主要直接来源地;有效汇流面积空间分布型式和驱动-阻力耦合空间分布拟合函数能有效反映流域泥沙输出,可作为评价流域土地覆被格局土壤保持能力的指标.该评价方法基于土地覆被格局与土壤侵蚀的作用机制,简单易行,可为评价土地覆被格局土壤保持能力、土地覆被格局变化的土壤侵蚀效应提供一种简捷的途径. 相似文献
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南通市城市边缘带土壤肥力时空特征分析 总被引：5，自引：3，他引：2
基于野外土壤调查与样品分析数据,应用数理统计分析方法,揭示了南通市城市边缘带土壤肥力特征、影响因素、变化趋势以及时空规律。结果表明,研究区土壤表层有机质、土壤全量与速效养分含量空间变异明显,速效养分尤其具有高度的空间可变性,表现出城市边缘带土壤属性的重要特征。样点土壤肥力要素方差分析结果显示,土壤肥力特征的空间变异与本区土地利用变化历史与人为活动的时空分异密切相关;而土壤机械组成及全K含量空间变化不大,受控于土壤类型的空间分布,反映了本区土壤的发生学特点。经过过去20年的农业生产实践,研究区土壤多数肥力要素明显改善、肥力水平明显提高,但影响土壤肥力质量、制约土壤资源可持续利用的不利因素依然存在。 相似文献
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样点密度对土壤有机质空间预测结果的影响——以河南封丘县土壤为例 总被引：5，自引：1，他引：5
以河南省封丘县表层土壤有机质含量为例,探讨土壤样点密度对区域化土壤变量描述性统计特征、半方差函数理论模型拟合效果、普通Kriging插值预测结果的精度与表现目标变量空间变异的能力等多方面的影响。研究结果表明,样点数量从5000个大幅减少至20个,研究区表层样品有机质含量均值未发生显著变化。当土壤样点≥625个时,表层土壤有机质含量半方差函数模型具有较好的拟合效果,可以通过Kriging插值手段获得精度较高且对目标变量空间变异特征解释能力较强的预测结果;当土壤样点≤78个时,半方差函数模型理论上无法通过拟合获得,通过普通Kriging插值手段不能获得研究区表层土壤有机质含量理想的预测结果。 相似文献
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基于四川盆地4362个耕地表层土壤（0~20cm）采样点数据，采用地统计学法、方差分析和回归分析法分析了该区域耕地表层土壤pH的空间分布特征及其不同影响因素对土壤pH空间变异的影响程度。结果表明：研究区土壤pH值在3.53~8.76之间，平均为6.54，以微酸性至中性为主；变异系数为18.89%，属于中等程度的空间变异。半方差分析表明，指数模型为该区域土壤pH变异的最佳拟合模型，块金效应为49.97%，属于中等程度的空间自相关性，受结构性因素和随机性因素共同影响。空间分布上，整体呈现北高南低、西高东低、中间高四周低的空间分布格局。回归分析结果表明，土壤pH的空间变异主要受到土壤类型、降雨量、地形和耕地利用方式的影响。其中，土壤类型和降雨量分别能独立解释14.6%和11.6%的土壤pH空间变异，是该区域土壤pH空间变异的主控因素。 相似文献
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基于土壤系统分类的河南省土壤有机质时空变异研究 总被引：2，自引：0，他引：2
利用1982年河南省第二次土壤普查数据和2009年采样数据,采用传统统计学、地统计学和地理信息系统（GIS）的方法,在土壤系统分类的基础上,对产粮大省河南省土类土壤有机质（SOM）含量时空变异特征进行了分析研究,揭示了不同土类SOM时空变异规律,并分析讨论了影响其时空变异的主要原因,对河南省不同土壤类型的合理施肥与养分调控具有指导和借鉴意义。结果表明：从1982年到2009年,河南省SOM含量均值由12.21g kg-1增加至16.02 g kg-1,增加了31.70%,变异系数分别为67.90%和35.52%。两个时期SOM变异函数均符合球状模型,块金效应值由56.10%变为60.18%,变程由569.05km变为547.22km,SOM含量空间自相关性变弱,自相关距离减小。河南省SOM自西向东逐渐增加,平原地区增加较多,而河南省南部、偏北部和西部山区地区有所减少;系统分类中的底锈干润雏形土、淡色潮湿雏形土、灌淤旱耕人为土、干润冲积新成土、干润砂质新成土、简育湿润变性土、简育湿润雏形土SOM平均含量从1982年到2009年有较大的提高,分别提高了5.76g kg-1、5.61g kg-1、5.56g kg-1、5.47g kg-1、5.42g kg-1、4.99g kg-1、3.05g kg-1,而湿润正常新成土和干润正常新成土SOM含量有所降低,分别降低了2.47g kg-1和1.90g kg-1。因成土母质、气候条件、土壤质地、土地利用方式和人为活动的影响使得河南省不同土类的SOM出现时间和空间上的差异。SOM含量增加的土类主要分布在平原耕地地区,秸秆还田以及有机肥的施入,使该区域SOM含量有较大程度的提高。 相似文献
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以蓝田县西北部农耕区2012年1 114份土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾4个指标为基础,利用地理信息系统和地统计学相结合的方法,在对协变量个数控制的前提下,通过交叉检验系数和精度提高系数,探索协同克里格插值法对各土壤养分空间分布预测精度的影响。结果表明:各土壤养分空间分布不均匀,土壤养分存在中等变异性;利用增加协同变量方法,依据协变量之间相关性强弱控制协变量进入模型的次序对各土壤养分指标进行协同克里格插值,能提高预测精度,当协变量个数达到3时,各养分指标精度提高分别为有机质0.353%,碱解氮1.114%,有效磷1.088%,速效钾0.646%。研究结果较为准确地预测了样区4个养分指标的空间分布特征,结合土壤类型及土壤施肥管理方法,探讨了土壤养分空间分布特征的原因。 相似文献
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模糊逻辑在土壤连续分类和制图表达中的应用及展望 总被引：4，自引：0，他引：4
土壤是复杂的历史自然综合体,在属性空间和地理空间上均是连续渐变的,因此基于"双清晰模型"的常规土壤调查制图理论基础明显存在不足,且随着精准农业的快速发展和环境模型模拟精度的提高,客观上对土壤调查输出信息的内容与精度提出了更高的要求。模糊逻辑应用于土壤分类和制图,是继地统计学之后土壤计量学领域又一创新性发展,为国外许多学者所推崇,但是国内在这一领域的研究还较少。因此,本文系统地介绍了模糊逻辑引入土壤分类研究中的必然性和科学意义,以及模糊逻辑在国内外土壤分类和连续制图领域的应用研究进展,并分析了基于模糊逻辑的土壤连续制图表达方法存在的不足及研究展望。 相似文献
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为了解我国亚热带山地土壤发生学性状随海拔的垂直变化特点,选择位于亚热带常湿润气候区的贵州省雷公山作为研究对象,调查与采样分析了不同海拔高度的17个土壤剖面的理化性状及其与海拔的关系。结果表明,雷公山土壤的众多发生学性状与海拔高度存在显著的相关,随着海拔的升高,呈现土壤矿物质风化减弱而有机质和养分积累增强的变化趋势。表土层厚度、砾石、有机质、全氮和全磷含量、腐殖质的H/F比,土壤粉砂含量、粉黏比、CEC、ba值、氧化铁活化度、黏粒Sa值、黏粒矿物中蛭石和云母相对比例均随海拔的升高而增加;而土体厚度、表土胡敏酸E4/E6比值、土壤黏粒含量、游离氧化铁含量、氧化铁游离度和黏粒矿物中高岭石相对比例则随海拔升高而下降。研究土壤酸化明显,pH和盐基饱和度普遍较低,随海拔升高的变化趋势不明显。研究认为,雷公山地区土壤发生学性状主要受现代成土环境影响,随海拔变化的温度可能是控制这一地区土壤空间变异的主要因素。区内土壤主要发生学性状随海拔升高呈波动状变化,多数发生学性状具有协同变化的特征;不同地理发生学分类土壤带间发生学性状存在一定的差异。根据中国土壤系统分类,研究区土壤类型主要为淋溶土和雏形土,二者也不存在海拔上的明显分界,而呈现复合分布。 相似文献