数字土壤制图在土壤养分方面的研究综述

土壤是生态系统中重要的组成部分,土壤养分是衡量土壤肥力的重要指标.土壤制图则是对土壤养分空间分布特征的反映,绘制准确的土壤空间信息是农林信息化与可持续发展的必然要求.在过去的30年,土壤养分预测性制图在各个方面都取得了显著进展.介绍了数字土壤制图的理论基础,以及阐述土壤养分预测过程中的主要方法,包括传统土壤调查法、空间插值法、土壤-景观模型法、遥感影像法,并分析了当前在土壤制图研究中存在的主要问题,最后讨论了未来土壤养分制图的发展前景,旨在帮助人们了解土壤制图研究的现状,以期为土壤预测性制图的进一步研究提供参考.     

土壤有机质遥感制图研究进展与展望

【目的】土壤有机质是衡量土壤肥力高低的重要指标,土壤有机质制图对了解土壤肥力空间分布格局,开展培肥地力、耕地质量评价、土壤碳循环研究、土壤污染治理等具有重要意义。基于遥感技术的土壤有机质制图是土壤学科新兴的研究方向和热点问题。文章全面总结土壤有机质遥感制图方法的发展和应用,展望未来土壤有机质遥感制图研究趋势,为土壤有机质制图工作提供参考。【方法】该文采用文献综述的方法,回顾和总结了近年来国内外土壤有机质遥感制图研究进展,对比分析了多光谱遥感法、结合遥感数据的土壤有机质预测性制图法、高光谱遥感影像直接法等3类土壤有机质遥感制图方法的优势和局限性;重点分析了影响成像高光谱土壤有机质制图精度的因素,阐述了土壤有机质光谱敏感波段、建模方法选择的研究进展、存在的问题及发展趋势。【结果 /结论】(1)多光谱遥感数据为土壤有机质制图提供了丰富的植被覆盖、土地利用、气候等土壤成土环境因素信息,广泛应用于大尺度范围或复杂地形区域的土壤有机质制图,但表达土壤有机质空间分布细微差异不够精细化;(2)高光谱遥感数据参与土壤有机质制图,提高了土壤有机质制图精细度,但需要加强土壤有机质光谱敏感波段优选以及适宜的土壤有机质高光谱建模方法研究;(3)中红外高光谱遥感具有土壤有机质预测和制图的潜力,该领域的发展值得期待。     

不同分级标准下土壤养分图的整合模型构建

【目的】针对我国土壤普查成果中不同省份或地区、甚至相同省份不同县市之间的土壤养分图分级指标不一致导致的全国土壤养分图整合困难的问题,提出不同分级标准下土壤养分图的整合模型,实现全国高精度土壤养分制图表达。【方法】分析土壤二次普查大、中比例尺多种土壤养分图在数据提取及整合时可能出现的问题,在保留原有图斑的土壤养分分级信息、属性数据、不同制图目的下视觉一致的前提下,采用组件式建模方式构建土壤养分分级体系整合模型。【结果】通过对我国第二次土壤普查成果1∶50万土壤有机质空间分布图的应用,该模型能够对分区调查的矢量化空间数据库进行提取、整合与表达,实现海量土壤养分制图中人机交互的智能表达,并通过对分级属性数据的提取,实现对不同区域土壤养分图的整合,便于重新制图并进一步生成土壤养分低值、中值、高值图。【结论】土壤养分分级体系整合模型可适用于环境、生态等其他领域的类似数据的分级整合与表达。     

基于环境因子的土壤养分预测制图——以河南省封丘县为例

土壤养分空间变异由气候、母质、地形、植被等结构性因素和施肥、耕作措施等随机因素共同作用。以河南省封丘县为研究对象,选择高程、坡度、平面曲率、剖面曲率、地形湿度指数、归一化植被指数(NDVI)等环境因子为辅助变量模拟土壤结构性分量,并分别采用普通克里格插值法和反距离权重法处理空间相关的随机分量,提出了结合环境因子的空间插值方法,并对土壤有机质和全氮进行预测制图。交叉验证结果表明,结合环境因子的空间插值方法能够提高土壤养分空间分布的预测精度,是一种有效的土壤养分预测制图方法。     

局部回归残余克里格对土壤阳离子交换量空间预测的精度分析

高精度土壤理化属性的空间分布图件是环境保护、土壤管理及精准农业不可或缺的要件,土壤特性空间异质性的普遍存在是土壤理化特性精确预测的一大难题。以土壤阳离子交换量(CEC)为对象,通过比较不同的空间插值方法,来探讨土壤属性的高精度预测方法。通过采样实测表层土壤阳离子交换量,利用普通线性回归、地理权重回归及二者残余的克里格进行空间插值,来比较不同方法的插值精度和制图效果。结果表明,地理权重回归残余克里格法的精度最高,其预测值与实测值的回归决定系数达90%,普通线性回归的精度最低。在回归残余分析中,普通线性回归残余对CEC预测精度提高的幅度达34%,而地理权重回归残余对预测精度提高程度为9%,相对较小。说明地理权重回归及回归克里格法也是较好的空间预测方法。在制图效果上,2种残余法的预测图在空间上过渡自然,平缓,能较好地反映出CEC在空间上的变化细节,与实际情况吻合较好。对于那些环境影响因素明确,且与之存在线性相关的土壤属性,地理权重回归残余克里格法及回归克里格法可作为其高精度空间预测及制图的有效工具。     

案例推理和克里克插值在土壤养分预测中的比较研究

以三峡库区王家沟小流域为研究区,在对土壤样本的理化性质进行分析和测量的基础上,用均方根误差、平 均相对误差、一致性系数三个精度评价指标对克里克插值和案例推理方法用于土壤养分预测的精度进行了评价, 并对这两种方法所获得的土壤养分空间分布图的效果进行了比较.研究结果显示,与克里克插值方法相比,案例推 理方法不仅获得了较好的土壤养分预测精度,还获得了较好的制图效果.尤其是在没有采样点分布的区域,案例推 理方法获得的土壤养分空间分布图也具有更高的详细度.     

土壤养分含量的协同克里格法插值研究

土壤养分含量的空间分布是农业领域研究的重要内容,空间插值是获取土壤养分含量空间分布的重要方法。空间插值方法很多,不同的空间插值方法结果精度各不相同。文章以石家庄城乡交错带土壤全氮、速效磷、速效钾三种养分含量为主变量,土壤有机质含量为辅助变量,选取普通克里格法和协同克里格方法,对85个采样点的土壤养分数据进行空间插值分析,获取土壤养分含量空间分布图。采用交叉验证法对其插值结果精度进行分析和评价,结果表明,采样点数量相同时协同克里格方法的结果精度明显高于普通克里格插值法;利用协同克立格法, 主变量数目在减少至70个,辅助变量不变的情况下,精度仍高于普通克里格法,且空间分布高度相似。说明在适当减少土壤样本的情况下,协同克里格法仍能保证插值精度,适合土壤养分空间插值。     

浅析航片法进行土壤普查与制图的利弊

实践表明,应用航片法进行土壤普查与制图可以加快土壤普查速度,减少野外工作量,降低成本,提高经济效益;提高土壤制图的精度;节省测制地形图,地块底图的工作量。但航片的判读需具备广泛的专业知识和丰富的判读经验,同时航片也缺少某些定量指标。本文着重剖析航片法进行土壤普查与制图的利弊。     

基于土层空间变异性的大比例尺土壤调查制图研究

该文提出了根据土层的空间变异性进行大比例尺土壤制图研究.该制图方法可顺次分为以下几步:①用GPS定位观察土壤剖面,划分土层;②确定调查区土壤类型,建立空间和属性数据库;③进行主要土层(诊断层)厚度的空间变异分析,选择和确定调查区土壤划分依据(诊断标准);④叠置分析,获得土壤类型图.通过对一个发育于页岩低丘陵土壤样区的应用研究表明,该方法制图可获得较高的准确性(94%).     

地理权重回归在土壤pH空间预测中的应用

为高效利用土壤和开展精准农业生产,采用地理权重回归方法对区域土壤pH的空间分布进行预测,以获得比普通线性回归方法更高的预测精度和论证其对其他土壤属性进行预测的可行性。实测样点土壤的pH,然后选用与土壤pH相关程度较高且易于获取的环境因子(海拔高程、坡度、归一化植被指数、铁氧化物指数、样点距河流的最近距离、土壤侵蚀强度)来建立与土壤pH的回归方程。因子经过逐步回归及多重共线性检验后,用地理权重回归模型对pH进行预测。通过ME、RMSE及回归决定系数等指标,用验证样点数据对预测效果进行评价。结果表明,地理权重回归模型的预测精度高于普通线性回归模型,能大幅度降低AIC值,显著提高模型的回归决定系数,有效地降低回归的残差值;生成的预测图在空间上过渡自然,制图效果较好;利用地理权重回归法能将环境影响因子纳入模型,并能充分考虑样点的空间位置,适合于具有高度空间变异的土壤属性预测及制图。     

旱地土壤培肥的研究

旱地田间定位试验结果表明:单施N、P化肥,能够明显地提高小麦产量,并可给耕层土壤积累一定数量的有机质和N素,增长幅度10％左右;单施有机肥虽能很快地培肥地力,但在增加产量上同化肥处于相当水平;有机肥配合化肥,既能大幅度地提高产量,又能快速、全面地培肥土壤,在实践中应大力倡导。当耕层土壤碱解N含量达90μg/g左右时,可能引起小麦倒伏。     

茶园与相邻林地土壤有机碳及基础呼吸的垂直分布特征

对茶园及相邻林地土壤基础呼吸的垂直分布特征进行了研究, 并试图寻求其与土壤有机碳(SOC)、水溶性有机碳(WSOC)、微生物生物量碳(MBC)的关系。结果表明茶园和林地土壤有机碳、土壤呼吸积累量、水溶性有机碳和微生物生物量碳均随着土壤深度的增加而减少, 且茶园均值大于林地。在0~100 cm土壤层次内, 茶园土壤质量敏感性指标(WSOC/SOC)平均值、代谢熵(qCO₂)平均值均大于林地, 微生物熵(qMBC)平均值小于林地。茶园和林地土壤基础呼吸速率与SOC、WSOC及MBC呈显着正相关, 向后筛选回归模型表明对茶园土壤基础呼吸的影响作用依次为SOC>MBC>WSOC,对林地土壤基础呼吸的影响作用则为WSOC>SOC>MBC.茶园土壤代谢作用强于林地, 但茶园有机碳库的稳定性比林地差, 不利于土壤有机碳库的积累, 为促进茶叶生产的持续健康发展, 茶园土壤需要更加科学合理的施肥和耕作措施。     

水田和旱地土壤交换性镁的特征差异

明确水田和旱地土壤交换性镁的供应能力及影响因素,为科学施用镁肥提供依据。通过对福建省漳州市诏安县400组不同利用方式的典型耕地土壤进行分析,研究水田、旱地2种土壤交换性镁供应能力的差异性及其机理。结果表明,全县土壤交换性镁平均含量仅为46.9 mg/kg,各乡镇间存在较大差异,其中土壤交换性镁平均含量最高的乡镇是桥东,平均含量达91.3 mg/kg,最低的乡镇是白洋,平均含量仅为17.9 mg/kg;水田土壤为51.9 mg/kg,旱地土壤为32.5 mg/kg,水田土壤交换性镁的供应能力高于旱地;稻—稻—菜水旱轮作方式的土壤交换性镁含量平均为70.58 mg/kg,稻—稻轮作方式为47.85 mg/kg,大豆—甘薯旱地轮作方式为28.91 mg/kg,不同耕作方式对土壤交换性镁供应能力有较大影响。进一步分析土壤交换性镁与理化性状关系得出,土壤交换性镁与有机质、阳离子交换量、黏粒、粉粒等呈极显著正相关(P<0.01),与砂粒含量呈极显著负相关。综合得出,诏安县土壤交换性镁含量处于较低水平,各乡镇间分布不平衡,且供应能力较弱,可能会影响作物正常生长,因此,合理增施镁肥,特别是旱地土...     

土壤普查与数字土壤

“数字”听起来是枯燥的,然而运用数字技术打造的虚拟现实将展示给我们一个有声有色、真真切切、绚丽多彩的世界。本文浅谈一点对土壤普查、土壤分类和数字土壤的联想。1　土壤普查回顾农业是国民经济的基础,土壤是农业的基础。党和政府对土壤工作历来十分重视,早在1958年我国就作出“关于开展群众性土壤普查工作的指示”。在农业部的组织下,从1958年至1960年全国开展了轰轰烈烈的第一次土壤普查工作。经过3年的群众性普查,于1961年进行汇总整理,首次编制了《中华人民共和国农业土壤图》,《中国农业土壤肥力概图》,《中国农业土壤改良概…     

土壤硫素状况及其测试法

本文综述了近年来国内外在土壤硫素营养领域的研究进展，包括土壤中全硫和有效硫的含量，土壤中硫的形态及其转化，影响土壤硫素有效性的主要因子，讨论了土壤中不同形态硫的各种测试方法，并比较其与作物生长的相关性。     

中国土壤系统分类中土族划分的典型研究

选择我国北亚热带地区归属湿润淋溶的２２个土壤剖面为研究对象,研究了中国土壤系统分类中土族的划分依据和指标,指出,土族的划分应以土壤本身的性质为依据,反映土壤理化性质并影响土壤利用管理的颗粒大小级别,矿物学类型和土壤温度级别是理想的土族分类标准;土族命名要以这些属性名称加在名称连续命名,以准确地反映土壤的性质和分类地位。     

黑土区农田土壤节肢动物群落与土壤理化性质的关系

【目的】分析外源性碳、氮干扰下农田土壤动物群落特征和土壤主要性质之间的相互关系,探索外源性碳、氮转化与土壤动物相互作用。【方法】2011年5—9月,采用手拣法、改良干漏斗法（Modified Tullgren）和湿漏斗法（Baermann）对吉林黑土区不同外源碳、氮干扰处理小区,即0.5倍、1.0倍、1.5倍和2.0倍（C0.5、C1.0、C2.0、N0.5、N1.0、N1.5、N2.0）和对照小区（不施肥,CK）土壤节肢动物群落进行调查,并对土壤主要性质进行分析。【结果】研究时段,共收集到农田土壤节肢动物70 485头（未知111头）,隶属8纲20目3亚目87科（总科）。农田土壤节肢动物个体数、类群数、群落多样性受采样时间与外源碳、氮干扰影响显著（P＜0.01）。与对照小区（CK）相比,施入外源碳增加了土壤有机碳与全氮含量、土壤C/N值以及土壤节肢动物个体数、类群数与多样性,但施入外源氮仅使土壤全氮含量和土壤中小型节肢动物的个体数增加。土壤节肢动物个体数与类群数分别与研究区域土壤温度、土壤湿度、土壤有机碳以及土壤呼吸强度存在显著的相关关系。等节虫兆科和长足虻科与土壤温度和土壤全氮含量呈正相关性;中气门亚目、甲螨亚目和棘虫兆科与土壤有机碳和土壤呼吸强度呈正相关性。冗余分析显示,土壤温度、土壤湿度以及土壤C/N对黑土区农田节肢动物主要类群作用最显著,农田土壤节肢动物主要类群较好的解释了土壤主要理化性质的变化。【结论】农田土壤节肢动物群落组成与多样性与采样时间、干扰种类相关,并受土壤温度、土壤湿度和土壤C/N影响;农田土壤节肢动物是反映土壤主要性质变化的敏感指示物。     

红壤地区土壤母质发育程度对红壤持水供水特性的影响

对同一种土壤母质(玄武岩)的红粘土和棕泥土的持水和供水能力进行了分析研究；结果表明红粘土和棕泥土由于风化和淋溶程度不同对土壤质地产生了深刻的影响，进而对土壤的持水供水特性产生明显影响，这种影响要明显大于同一种土壤如棕泥土或红粘土由于利用方式和耕作制度不同所引起的土壤持水能力的差异。     

砂质潮土不同土体构型对花生生长和土壤养分的影响

为探明砂质潮土不同土体构型对花生产量和土壤养分的影响,在清丰县浅位黏砂壤土、砂壤土和砂土上开展了花生不同氮(0、90、180kg/hm2)、磷(0、90、135、180kg/hm2)肥料配施增产增效试验.结果表明,氮磷配施对花生生长具有积极作用,不同生育期不同肥料配比处理个花生单穴分枝数和株高均高于对照,其中单穴分枝初...