复合地貌区农田土壤有机质空间变异特征及其影响因素

以陕西省宝鸡市为例,运用地统计学方法,通过对比单一地貌和复合地貌下农田土壤有机质(SOM)变异特征,分析复合地貌区农田SOM空间变异及其影响因素。结果表明:研究区农田SOM含量为3～34.23 g·kg~(-1),平均值为18.23 g·kg~(-1),变异系数为25.73%,呈中等程度变异,不同地貌类型农田SOM变异系数表现为中海拔丘陵低海拔丘陵中海拔台地中海拔平原低海拔平原低海拔台地; SOM含量空间变异具有明显趋势性特征,各个方向存在各向异性,南北方向的空间变异性大于东西方向;研究区农田SOM含量具有显著局部空间自相关性,但各单一地貌类型下农田SOM含量局部空间自相关性不显著。研究区SOM含量块金值为41%,受结构因子影响更大。研究区农田SOM主要受经度、纬度、降水、温度、海拔等因子综合作用,其中纬度和海拔主要表现为直接作用,其他因子主要表现为间接作用。研究表明,复合地貌区农田SOM空间分布具有较强的空间自相关性,受地形、海拔等结构性因子的影响更大。     

黄土高原不同地貌区农田土壤有机质预测方法研究

  【目的】  开展黄土高原不同地貌区农田土壤有机质 (SOM) 预测方法研究,探讨不同预测方法在不同区域的适用性及不确定性,以便更准确地估算农田SOM空间分布特征,对土壤资源高效利用和农田精细化管理具有重要意义。  【方法】  在黄土高原3种典型地貌区进行试验,包括丘陵沟壑区 (庄浪县)、高塬区 (宁县) 和平原区 (武功县),分别布设样点3788、4048和3860个,分析农田土壤0—20 cm SOM含量。运用地统计学理论,分析各典型区SOM空间分布特征。提取原始样本75%为建模点,其余25%为验证点,利用普通克里格 (OK)、随机森林 (RF) 和随机森林+普通克里格 (RF + OK) 等方法,结合土壤类型、地形、气候、植被、人类活动等多源影响因子,对SOM分布进行空间预测,并对预测结果进行误差分析和空间结构检验,明确各方法的不确定性。  【结果】  丘陵沟壑区、高塬区、平原区SOM平均含量分别为14.29、13.15、14.48 g/kg,均属于较低水平;变异系数分别为18.96%、19.54%、26.71%,呈中等变异;块金效应分别为8.60%、17.41%和10.01%,受随机性和结构性因子共同作用,且受后者影响更大;丘陵沟壑区和平原区SOM含量的Moran’s I分别为0.26和0.14,Z[I]分别为26.56和13.51,存在显著空间自相关性,而高塬区SOM含量Moran’s I为0.02,Z[I]为1.55,不存在空间自相关性。丘陵沟壑区、高塬区、平原区SOM含量空间分布分别受温度、海拔、降水影响最大。在平原区,RF + OK法较RF法和OK法,MSE、RMSE、MAE等误差均最小,实测值与预测值的相关系数 (r) 最高,预测值的空间结构与实测值更接近。高塬区SOM空间分布无规律,OK法在该区域不适用,RF法和RF+OK法的各项误差无明显差异,但RF法的r更高,且预测值的空间结构更符合宁县实际特征。在平原区,OK法预测结果的不确定性较大,RF和RF + OK方法各项误差和r均无明显差异,但RF方法预测值的空间结构与实测值更接近,且较其它两个地区,其SOM变异性及建模点和验证点的各项误差均最大。  【结论】  在不同地貌区,环境要素、空间结构不同,同一预测方法的预测精度存在差异,平原区较丘陵沟壑区和高塬区,其空间预测结果的不确定性更大。在同一地貌区,3种预测方法的预测结果存在差异,丘陵沟壑区使用RF + OK法预测SOM空间分布效果较好,而高塬区和平原区则用RF法较好。当区域SOM存在显著空间相关性,且半方差函数的拟合度较高、残差较小时,采用RF + OK方法可显著提高模型预测精度。