基于MAPGIS的莱西市土壤数据库建立研究

以莱西市第二次土壤普查数据资料,野外采样分析资料,土壤与土地利用状况调查资料为依据,通过MAPGIS软件平台,建立了以村级土种类型图斑为基本单元的空间数据库.应用Visual FoxPro数据库软件输入相关属性数据,采用"村名+土种类型+数字"方法建立关键字段,连接属性数据库与空间数据库,构建了莱西市土壤数据库.探讨了建立莱西市土壤数据库的流程和技术要点,可为莱西市土壤资源管理与决策服务,并为其它县域土壤数据库的建立提供参考.     

单种复合类型单元土壤全量元素空间变异的幅度效应

土壤属性变异性的幅度效应研究对土壤数字制图、土壤调查及农业生产均具有重要意义。针对江西东乡县研究区域水田—中潴灰鳝泥田(土种)一种土地利用与土壤的复合类型单元,设定了8个土壤采样幅度研究区,并利用多层次嵌套布点方法在每个采样幅度区分别布设60个采样点,共采集337个样点的土壤表层(0~20cm)样品;运用多种函数拟合分析手段,揭示单种复合类型单元(水田—中潴灰鳝泥田)土壤全氮、全磷、全钾含量的空间变异性随采样幅度的变化特征。结果表明,土壤全量元素的空间变异性均具有明显的幅度效应特征,全氮、全磷、全钾含量的变异系数均随采样幅度的拓展而逐渐增加,而增加趋势则逐渐变缓。不同土壤全量元素空间变异性体现出不同的幅度效应特征,土壤全氮、全磷变异系数(%)的幅度效应刻画函数为CV=b×Da(R20.87,p0.001),土壤全钾为CV=e(a/D+b)(R20.93,p0.001),D为幅度表征指标(km);不同土壤全量元素变异系数随采样幅度快速与缓慢变化的幅度分界点位置存在明显差异,表明基于复合类型单元的土壤多属性调查采样布点与分析策略需要统筹考虑。研究结果对于红壤丘陵区县域土壤调查样点合理布设具有重要的启示和参考价值。     

基于空间模拟退火算法的最优土壤采样尺度选择研究

以研究区0.5 km×0.5 km(尺度a)网格的7050个样点为基础,分别得到1 km×1 km网格的1757个样点(尺度b),2 km×2 km网格的444个样点(尺度c),4 km×4 km网格的110个样点(尺度d),以土壤有机质(SOM)为目标属性,运用模拟退火算法对4种采样尺度的土壤样点进行优化选择,确定区...     

短距离样点对土壤呼吸空间变异预测精度的影响

不同采样设计会对土壤呼吸空间变异特征的预测精度产生重要影响。本研究选取黄淮海平原北部潮土区1 km×1 km夏玉米样地,在7×7单元规则格网(样点间距167 m)、完全随机(样点平均间距433 m)以及3×3单元规则格网+完全随机(样点平均间距405m)3种布点方式的基础上,保持样本总量(49)不变,以占总样点2%～14%的短距离样点(样点间距4m)随机替换原方案相应样点个数的方法优化布点方式,应用普通克里金法插值,以均方根误差(RMSE)和确定系数(R2)作为验证指标,检验基于3种布点方式设置的短距离样点对土壤呼吸空间变异预测精度的影响。结果表明:研究区土壤呼吸平均速率为2.65μmol·m?2·s?1,空间分布均呈西高东低,表现出中等程度变异。采样设计对土壤呼吸空间分布的预测精度影响显著,基于3种布点方式设置短距离样点可提高预测精度7%～13%。无短距离样点替换时,规则格网+完全随机的布点方式最优,比完全随机布点和规则格网布点的空间插值预测精度分别提高10%和22%;设置短距离样点替换后,在最优布点方式(规则格网+完全随机)中,对土壤呼吸空间变异的预测精度可再提高4%～7%,其中短距离样点个数占样本总量10%对土壤呼吸空间变异预测精度的提高最为明显。研究发现,基于相同的样本数量设置短距离样点可增加区域范围内样点密度,提高土壤呼吸空间变异预测精度及试验结果的可靠性。因此,在黄淮海平原北部潮土区100 hm2尺度的夏玉米样地中,规则格网+完全随机+10%短距离样点的布点方式是预测土壤呼吸空间变异最适宜的采样布点方式。     

不同布点密度条件下土壤有机碳的空间变异特性

选择福建省漳州市三个不同尺度的典型区,在格网法采样的基础上设计6种不同分类方法和4种格网密度,研究不同尺度下高效表征耕地土壤有机碳空间变异的样点布设方式。研究结果表明:市级尺度(漳州市)高效的样点布设方法为结合地貌类型和土壤类型信息的分类格网法,样点密度以接近6 km×6 km为最节省的采样方法。县级(龙海市)尺度按土壤类型与格网法相结合的方法是高效的布点方式,土壤类型若仅划分到土类,格网密度需接近1 km×1 km;若土壤类型划分到亚类或土属,格网密度可放宽到2 km×2 km。乡镇级(程溪镇)最适合的样点布设方法是未分类格网法。由于土壤类型信息是表征土壤有机碳空间变异最重要的影响因素,因此建议在县级以上尺度进行土壤有机碳空间变异研究时应考虑到土壤类型的影响。     

应用模糊c均值聚类获取土壤制图所需土壤-环境关系知识的方法研究

在没有土壤普查专家及土壤图的地区,获取土壤环境间关系的知识是基于知识进行预测性土壤制图中的关键问题。本文建立了一套应用模糊c均值聚类(Fuzzyc-means,FCM)获取土壤环境间关系知识的方法:得到对土壤形成发展具有重要作用的环境因子,建立环境因子数据库;对环境因子进行模糊聚类,得到环境因子组合隶属度分布图;根据隶属度值确定野外采样点;将环境因子组合与土壤类型对应,进而提取土壤-环境关系知识。为检验该方法的有效性,应用所得知识进行土壤制图,通过独立采样点对土壤图进行精度评价。本文在黑龙江鹤山农场一个研究区的应用结果表明,该方法仅需要少量的野外采样即可获得有效的土壤-环境关系知识,为预测性土壤制图提供必需的依据,同时也显著提高了野外采样的效率。     

模糊集理论在土壤剖面质地构型中的应用——以河南省封丘冲积平原区土壤为例

封丘县是典型的黄河中下游冲积平原区,不同层次土壤质地类型、厚度及其在剖面中的组合,是影响土壤水肥贮存与供给能力的重要因素。本研究通过39个土壤剖面和113个土钻样点的野外调查获取第一手资料。根据层次质地类型与其在剖面中出现位置两个基本特征定义特征质地层,在研究区最终确立了9种特征质地层。以特征质地层在已观测土壤剖面和土钻样本中出现缺失特征以及厚度参数为基础数据,应用模糊c-均值算法模型,研究区观测土壤被自动划分为9种特征质地层组合类别,亦称为土壤剖面质地构型。结合普通克里格空间预测方法,实现了9种土壤剖面质地构型在空间上分布的单一类别隶属度图和去模糊化图。剖面不同质地层次在垂直方向的组合特征以及不同土壤剖面质地构型在水平方向上的分布规律,为区域耕地质量评价、生产潜力评估以及改良、利用实践提供了更加客观、丰富的基础信息。     

基于影像分析的黄土丘陵沟壑区土壤水分采样研究

[目的]以山西省寿阳县三眼井小流域土壤水分采样为例,对采样点进行了均匀性和代表性分析,以此验证土壤采样设计的合理性。[方法]利用统计分析SPSS 13.0软件和ArcGIS软件,以规则网格采样点作为初步布设图,然后结合遥感影像,把自动生成的规则网格采样点在兼顾土地利用类型和可操作性的前提下进行微调,即采用大均匀小随机布点法进行土壤采样点布设。[结果]最近邻点指数和变异系数均显示采样点分布较均匀;从采样点的坡度代表性来看,由于大均匀小随机采样考虑到实际可操作性,采样点布设多集中在0°~15°,坡度的代表性较差;从采样点的坡向代表性来看,采样点代表性较好;从土地利用类型代表性来看,大均匀小随机法得到的采样点对草地与耕地的代表性较好,对林地的代表性较差,主要因为林地多分布在陡坡上难以采样。[结论]总体来看,大均匀小随机采样法得到的样点均匀性和代表性都比较好,且由于黄土丘陵沟壑区沟壑纵横,地形复杂,利用此方法可以兼顾均匀性、代表性和可操作性。     

基于Web的中国土种数据库

来源于第二次全国土壤普查汇总成果的中国土种数据库是目前最全面的全国性土壤数据库。它收录了20世纪80年代我国主要土种的分布、面积、性状、土地利用情况和生产性能等资料。自2000年以来,中国科学院南京土壤研究所开始建设基于Web的中国土种数据库,构造了一个包括地点与土壤类型的空间分布关系和依据中国土壤发生分类系统的分类层次关系的实体-关系(entity-relationship,E-R)数据模型,形成了具有2 473个土种典型剖面、8 751个发生层及物理化学性质的数据产品。该数据库可通过互联网广泛应用于土地退化评估、环境影响研究以及土壤碳储量研究,亦可作为基础数据指导农业生产。     

面向土壤系统分类的土壤调查制图方法的初步研究

我国的土壤系统分类方案已经基本形成,但还没有相应的土壤调查方法技术研究。按照传统土壤调查的主要剖面、检查剖面、定界剖面的思想与办法,采用空间内插技术,在研究区的4条实验路线上共挖掘了64个剖面点,通过这些剖面点的诊断层和诊断特性确定了研究区的土壤类型并勾绘了土壤类型界线。再用1条检验路线对勾绘的土壤图进行检查,结果表明,在检验路线上设置的20个检查剖面点中,其中19个剖面点与实际情况相符,正确率95%,说明使用内插法进行面向土壤系统分类的土壤调查制图是可行的。再结合土壤景观可以辅助土壤调查工作者更高效地确定土壤类型、勾绘土壤界线。     

利用计算机模拟采样确定合理的土壤采样密度(英)

为了解决土壤采样中精度与经济性的平衡问题，利用计算机模拟采样研究了规则网格土壤采样时合理的采样点密度。首先构造了一个数学扩散模型，设置2～4个种子在一个100×100网格（1×1单位）的不同地方，根据扩散模型进行扩散和叠加，生成模拟的土壤属性分布地图，其结果可很好地模拟某些土壤属性的分布。利用计算机按照不同的网格单元尺寸（如3×3，5×5，7×7等）进行采样，之后利用采样值进行IDW插值处理，将数据点恢复到原始的10000个，并把插值结果与原始值进行比较即可得到采样误差。研究结果表明，当采样网格单元尺寸为属性地图输出栅格单元尺寸的11倍和17倍时，相对采样误差分别为10%和15%。合理的采样密度可以根据允许的采样误差及要求的属性地图输出栅格单元尺寸而定。     

基于抽样调查资料估算区域土壤侵蚀量

区域土壤侵蚀量估算是土壤侵蚀调查的重点和难点,为了利用抽样调查数据定量估算区域土壤侵蚀状况,以2011年第1次全国水利普查中的水力侵蚀抽样调查资料为基础,利用中国土壤流失方程(CSLE),通过地理信息系统估算2011年辽宁省的降雨侵蚀力、土壤可蚀性、地形、水土保持措施等侵蚀因子及侵蚀量,在此基础上对全省的水力侵蚀强度进行分级和面积统计,并与抽样调查结果进行对比.结果显示:全省各土壤侵蚀因子的估算结果与抽样调查结果较为接近;土壤水蚀以微度和轻度侵蚀为主,每年全省约85％的土地处于微度侵蚀(＜1000t/km2),而强度侵蚀(＞5 000 t/km2)面积仅占2％;抽样调查得到的独立工矿用地、果园、旱地和其他土地的侵蚀模数较估算得出的侵蚀模数大,而在草地、其他林地等土地利用类型上抽样调查得到的侵蚀模数却较估算得出的侵蚀模数小,主要原因可能是省域和抽样单元计算地形因子的DEM数据精度不同.总体上,该研究为如何利用抽样调查数据估算全国土壤侵蚀状况提供参考.     

The development of detailed soil maps on the basis of interpolation of data on soil properties

A methodology for creating detailed soil maps on the basis of a dense grid of soil testing points and the numerical interpolation of experimental data on the soil properties is discussed. The study of the soil cover patterns combines regular sampling grids with equal spacing and additional sampling points chosen with due account for the soil cover specificity in particular areas. Soil diagnostics are performed at each of the points, and the diagnostic features of the soils are recorded in the field. In a laboratory, these data are arranged into a database, and a legend to the soil map is created. The necessary and sufficient set of the quantitative soil characteristics is selected, and quantitative criteria of the boundaries between the separate soil polygons are determined on the basis of numerical interpolation. Algorithms to delineate soil polygons on the basis of the selected indices are developed. Separate thematic map layers are produced for each of the selected soil characteristics. An integral soil map for the investigated area is obtained via the superposition of these layers. The thickness and/or the depths of the upper/lower boundaries of the soil layer with definite diagnostic characteristics making it possible to distinguish the given soil from its neighbors are used as the criteria for delineating the boundaries between soil polygons. Special criteria based on the proportions between the thicknesses or depths of several layers can also be applied for this purpose. The creation of a detailed soil map of a plot on the Kamennaya Steppe is discussed as an example of the practical application of this methodology.     

THE RELATION BETWEEN COST AND UTILITY IN SOIL SURVEY (I–III)1

A series of five papers compares the cost-effectiveness of different procedures for soil survey at medium scale. The first three are presented here. The whole trial area of 120 km² in Berkshire, in south-central England, was mapped in soil series by free survey at 1:25 000 for publication at 1:63 360. Three contrasting sample areas of 1.26 km² were resurveyed to the same legend by free survey at 1:10 560, and by grid survey at a range of scales between 1:20 000 and 1:70 000, to both general purpose (soil series) and fifteen–twenty different single-property legends. The direct costs of producing each map were recorded. The study confirmed how much the free survey procedure depended on the external features of soil boundaries to locate them. The density of soil observations required to map soil series by free survey at the same map scale in different terrains was approximately proportional to the length of mapped boundary/km², or to the number of separately mapped soil occurrences/km². The density was least where the soil boundaries had the clearest external expression. Survey effort/km² increased in proportion to the density of observations but was also affected by local differences in the ease of cross-country access, or in the effort necessary (by spade or auger) to identify the soil at a point. For soil series grid surveys there are approximately linear relations between log(cost) and log(map scale) with gradients between 1.3 and 1.7. A map of soil series by grid survey is more expensive than a map of the same units, based upon the same density of observations by the same surveyor, by free survey. But a series map by grid survey by a scientific assistant is cheaper than a series map based on the same density of soil observations by free survey by a scientific officer (diplomate or graduate). The cost of an isoline map of a single soil property depends very much upon the cost of determining the property mapped, and to some extent upon the number of different isoline maps produced from a single set of samples or observations. Even at the unusually low costs of chemical analyses assumed here, an isoline map of one chemical property costs nearly twice as much as a series map by grid survey.