基于少量典型样点土壤属性空间分布推测模型中的土壤属性参数敏感性分析

针对基于少量典型样点土壤属性空间分布推测模型中的土壤属性参数敏感性问题,以坡位渐变信息结合典型土壤样点的加权平均模型为例,利用东北地形平缓小流域的土壤表层有机质含量样点集,使用阶乘设计、箱线图分析、扰动分析法和本文新设计的MR指数评价该模型的参数敏感性。结果表明,该模型中土壤属性参数敏感性较大,其大小与典型样点空间分布有关。敏感性主要由应用该模型时采用的坡位分类体系的不确定性引起。该文的分析方法可用于对基于少量典型样点的土壤属性空间分布推测模型进行参数敏感性综合分析。     

土壤制图中多目标属性的环境因子及其尺度选择——以黑龙江鹤山农场为例

研究影响不同土壤属性空间分布的协同环境因子及其作用尺度,对于理解不同土壤属性的成土发展、土壤推测制图及针对多种土壤属性的空间采样设计具有重要意义。针对多种土壤属性,探索不同土壤属性的重要相关环境因子及其作用尺度,并就不同环境因子及其尺度的不同对土壤属性推测制图的影响展开研究。以黑龙江省鹤山农场为研究区,以表层砂粒、粉粒、黏粒、有机质含量和土壤厚度5种土壤属性为研究对象,根据计算邻域窗口大小的不同,生成173个不同尺度的地形因子,对单尺度地形因子和多尺度地形因子进行重要性排序,并根据重要性排序构建单尺度环境因子集1和多尺度环境因子集2,和基于专家知识选出的基准环境因子集3进行制图精度的对比。结果表明：当单尺度地形因子进行重要性排序选择时,所选出的5种土壤属性的重要相关环境因子与基准环境因子集3明显不同。当多尺度环境因子参与时,尽管对各土壤属性的作用尺度不同,各土壤属性排名靠前的因子绝大多数是基准环境因子。砂粒和粉粒的重要相关因子及作用尺度相当,但与黏粒的重要相关因子和作用尺度差别很大,有机质和土壤厚度的重要相关因子十分相似。环境因子集2较基准环境因子集3的制图精度显著提高,RMSE均值提高百分比为7.8%~21.3%,较环境因子集1的制图RMSE均值提高百分比为8.7%~16.5%。因此,针对不同的土壤属性进行制图或采样设计时,需充分考虑其环境因子和作用尺度的不同,针对基准环境因子选择适宜的尺度较选择不同的相关环境因子更重要。     

基于模糊聚类的新疆典型高寒草原土壤pH值空间制图

准确、高效地掌握草原土壤属性的空间分布能够为草地资源境管理提供基础信息和参考依据。相比于传统土壤调查方法,基于模糊逻辑的土壤—环境推理能够提高野外采样效率和预测制图精度,被广泛应用于数字土壤制图。但由于土壤自身的空间变异性及其与环境条件间的非线性,现有推理模型的稳定性较低,尚未在高寒草原区进行应用。选择新疆巴音布鲁克典型亚高山草原地区约4 km^2区域为研究区,以高程、坡度、坡向、沿剖面曲率、沿等高线曲率、地形湿度指数6个地形因子为土壤环境因子,采用模糊C均值聚类(Fuzzy C-means Clustering,FCM)方法对环境因子聚类,得到9个环境因子组合,并在隶属度值高的环境因子组合中心共设置18个典型点。运用土壤—环境推理方法模拟研究区表层土壤pH值空间分布,其变化范围在7.170~8.186之间。选取35个独立样本进行精度检验(均匀采样点16个,横截面采样点9个,垂直带采样点10个),模拟结果与实测值基本吻合,且基于模糊聚类和土壤—环境推理方法的模拟精度高于普通克里格法和反距离权重法。通过基于模糊逻辑和土壤—环境推理的数字土壤制图方法在小尺度区域的运用验证,结果表明基于典型点的采样方案能够快速、有效地对区域土壤属性进行空间模拟,该方法对于类似小尺度的研究区同样有效。     

基于3种地理加权回归方法的安徽省土壤pH空间预测制图对比研究

基于安徽省140个采样点的土壤pH数据,综合考虑土壤、地形、气候、生物等因子对土壤pH的影响,采用地理加权回归(Geographically Weighted Regression, GWR)、主成分地理加权回归(Principal Component Geographically Weighted Regression, PCA-GWR)和混合地理加权回归(Mixed Geographically Weighted Regression, M-GWR)3种模型对安徽省土壤pH空间分布进行建模预测,揭示环境因子对土壤pH的影响在空间上的差异,最后以多元线性回归模型(Multiple Linear Regression, MLR)为基准比较3种GWR模型的精度。研究表明：(1)安徽省土壤pH具有空间异质性,且集聚特征明显。(2) 3种GWR模型中M-GWR模型略优,GWR、PCA-GWR和M-GWR的建模集调整后决定系数(R_adj²)分别为0.59、0.62和0.63;对比MLR模型,3种GWR模型的R_adj^2<...     

基于3种地理加权回归方法的安徽省土壤pH空间预测制图对比研究

基于安徽省140个采样点的土壤pH数据,综合考虑土壤、地形、气候、生物等因子对土壤pH的影响,采用地理加权回归(Geographically Weighted Regression,GWR)、主成分地理加权回归(Principal Component Geographically Weighted Regression,PCA-GWR)和混合地理加权回归(Mixed Geographically Weighted Regression,M-GWR)3种模型对安徽省土壤pH空间分布进行建模预测,揭示环境因子对土壤pH的影响在空间上的差异,最后以多元线性回归模型(Multiple Linear Regression,MLR)为基准比较3种GWR模型的精度。研究表明：(1)安徽省土壤pH具有空间异质性,且集聚特征明显。(2) 3种GWR模型中M-GWR模型略优,GWR、PCA-GWR和M-GWR的建模集调整后决定系数(R_adj²)分别为0.59、0.62和0.63;对比MLR模型,3种GWR模型的R_adj²     

模糊坡位信息在精细土壤属性空间推测中的应用

坡位的空间渐变特征影响着小流域及坡面尺度上的土壤、水文、地貌等现象和过程,因此对精细尺度下的地理建模(如土壤空间信息推理)有重要作用。虽然目前已有多种模糊坡位信息定量提取方法,但所得到的模糊坡位信息还缺乏实际应用。本文以精细尺度下的土壤属性空间分布推测为例,对此展开探索。应用模型假设:(1)在小流域内,地形因素主导着土壤属性空间分布的变化;(2)典型坡位上对应分布着典型的土壤属性值,土壤属性与坡位之间存在协同变化关系。据此建立以模糊坡位信息对各类典型坡位上土壤样点属性值的加权平均模型,推测土壤属性的空间分布。模型应用于黑龙江省嫩江流域一个地形平缓的小区(面积约60 km²),通过一个以坡位典型位置作为原型的模糊坡位定量方法提取5类坡位(山脊、坡肩、背坡、坡脚、沟谷)的空间渐变信息,对土壤表层有机质含量的空间分布进行推测。推测结果通过研究区70个土壤采样点进行评价,以推测结果与评价样点集之间的相关系数、平均绝对误差、均方根误差作为定量评价指标,与使用常用地形属性的多元线性回归模型推测结果进行对比。评价结果表明,仅使用极少建模点的加权平均模型的推测结果优于多元线性回归模型的推测结果。     

模糊数学方法在中国土地资源评价中的应用进展

对近30年来模糊数学方法应用在我国土地资源评价中的论文进行检索与分类统计,以常用模糊数学方法为主线进行应用进展分析与展望。研究结果表明,自1980年以来,模糊数学方法在我国土地资源评价中逐步得到应用,研究论文分布在几十种期刊上,论文作者比较分散;其中,模糊综合评价、模糊聚类分析方法应用相对较多,分别占检索论文总数的46%和26%。模糊综合评价方法主要应用在土地适宜性评价、土地质量评价、可持续发展评价等方面;模糊聚类分析方法主要应用在土地利用类型划分和土地资源评价等方面。模糊数学方法将在土地资源评价、分类、规划、决策、预测和控制问题研究中得到进一步应用。在应用模糊数学方法时应注意合理描述模糊概念、注重多种方法并用,在实践中不断创新。     

基于环境相关法的土壤属性空间分布特征研究——以黄土丘陵沟壑区小流域为例

在横山县朱家沟小流域采集111个样点,分析土壤属性与地形因子相互关系,进行空间预测分析。结果表明:土壤密度与复合地形指数CTI显著正相关,土壤有机质与复合地形指数CTI、汇流动力指数SPI、沉积物运移指数STI显著负相关,全磷只与坡度β显著负相关。多元线性逐步回归模型对于土壤密度和有机质拟合较好,而对于全磷,预测结果较差;回归-克里格预测有效地减小了残差,消除了平滑效应,预测极差更宽,对于局部的变异及地形、土地利用的关系体现更为细化,提高了预测精度。     

利用不同方法估测土壤有机质及其对采样数的敏感性分析

用随机方法从262个采样点中抽取200个点作为已知有机质含量的数据集,将所有采样点的碱解氮作为辅助数据预测有机质的空间分布。利用有机质信息的普通克立格法的方差解释量和预测精度最低,而回归克立格法因在预测过程中加入了回归残差而使方差解释量最大、预测精度最高。为了分析采样数对不同方法预测精度的影响,从上述已知有机质含量的200个点中分别随机抽取40、80、120、160个点构成4个数据集,分别利用它们的有机质信息和不同方法预测了有机质的空间分布,结果表明:对于每个数据集,4种方法的预测精度顺序均为RGK>COK>RG>OK,线性回归法的预测精度随采样点的增加基本不变,而其它三种方法的预测精度却逐渐提高。     

基于改进的突变级数法在复垦区土壤恢复评价中的应用

复垦土壤质量的恢复评价研究主要借鉴土壤质量评价方面的研究。传统的土壤质量评价方法主要有主成分分析法、层次分析法、模糊评价法、熵权法等,这些方法均需要确定权重,而且计算量较大。在突变理论和模糊数学相结合产生出的突变级数法应用到土壤质量评价中,对张集矿区复垦土地进行了评价,并对突变评价值偏高的问题,对其进行改进,通过数值转化的方法来降低评价值。结果表明:经转化后的突变评价值与传统方法(主成分分析法)得到的结果基本一致。并且突变级数法与传统方法相比,具有两个特点:(1)不需要确定权重,减少了人为的主观性问题;(2)突变级数法计算量小,应用较为简便。     

Fuzzy Weights of Evidence Method and Its Application in Mineral Potential Mapping

This paper proposes a new approach of weights of evidence method based on fuzzy sets and fuzzy probabilities for mineral potential mapping. It can be considered as a generalization of the ordinary weights of evidence method, which is based on binary or ternary patterns of evidence and has been used in conjunction with geographic information systems for mineral potential mapping during the past few years. In the newly proposed method, instead of separating evidence into binary or ternary form, fuzzy sets containing more subjective genetic elements are created; fuzzy probabilities are defined to construct a model for calculating the posterior probability of a unit area containing mineral deposits on the basis of the fuzzy evidence for the unit area. The method can be treated as a hybrid method, which allows objective or subjective definition of a fuzzy membership function of evidence augmented by objective definition of fuzzy or conditional probabilities. Posterior probabilities calculated by this method would depend on existing data in a totally data-driven approach method, but depend partly on expert's knowledge when the hybrid method is used. A case study for demonstration purposes consists of application of the method to gold deposits in Meguma Terrane, Nova Scotia, Canada.     

典型岩溶农业区土地利用变化对土壤性质的影响——以云南小江流域为例

以云南省泸西县小江典型岩溶农业流域为研究单元,分析了流域1982~2003年土地利用的变化及定点对比分析不同土地利用变化下土壤性质的变化,结果表明：小江流域1982~2003年610.12 km²的土地利用发生了变化,变化类型主要是由未利用地向耕地、林地以及林地向耕地的转变,人口的增加、社会、经济的发展和理智的生态决策是流域土地利用变化的主要原因;林地、未利用地转变为耕地后,土壤有机质、全氮、全磷含量大幅度降低,土壤pH明显升高,全钾、速效钾含量增加;短时间的退耕还林,土壤性质变化不明显;耕地转变为园地后,土壤性质得到明显的改善;而耕地转变为石漠化土地后,土壤性质发生显著变化,土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效磷含量大幅度降低,土壤pH明显升高;同时,研究表明土地利用变化对碳酸盐岩地层中发育的土壤性质的影响强度明显大于砂页岩地层中发育的土壤,表明碳酸盐岩地层中发育的土壤十分脆弱。     

黄河三角洲湿地景观边界变化及其对土壤性质的影响

以1992年和2006年TM遥感影像为基础信息,运用滑箱扫描方法获得组分边界特征,分析了黄河三角洲景观总体变化,在此基础上,研究不同景观类型变化过程土壤容重、水分含量、全氮、全磷、有机质及土壤盐分离子Ca2+、K+、Mg2+、Na+的差异性,以揭示景观变化对湿地土壤性质的影响.结果表明,三角洲景观组分之间的边界趋于复杂化,部分耕地转化为柽柳(Tamarix chinensis)、芦苇(Phragmites australis)和翅碱蓬(Suaeda heteroptera),潮滩植被侵入滩涂.不同景观类型下的土壤性质差异不显著,但景观类型转化对土壤性质存在一定影响.农田转变为柽柳、芦苇、翅碱蓬过程中土壤容重降低;而滩涂转变为翅碱蓬后土壤容重提高.农田转化为林地和滩涂转化为灌丛过程中土壤含水量降低,而其他景观变化过程土壤含水量表现出增加的趋势.不同景观类型下土壤全氮、有机质、全磷含量均较低,且变化过程中土壤养分含量变化也较小.各景观类型变化过程中土壤Ca2+含量变化幅度最大;其他土壤盐分离子含量的变化因景观组分变化方向不同存在较大差异,但总体上看,不同景观变化过程下土壤盐分离子含量均具有较大变化.     

长江上游侵蚀、滑坡和泥石流典型区土体特性及微形态学研究

长江上游地区的侵蚀、滑坡和泥石流发生普遍而严重。选择典型区对侵蚀、滑坡和泥石流土体的微形态及与之紧密相关的土性进行比较研究,有重要意义。在贡嘎山东坡、川中丘陵盐亭、三峡库区云阳、云南东川蒋家沟分别采集代表性侵蚀、滑坡和泥石流土体剖面进行了研究。主要取得下述研究结果：(1)不同侵蚀强度的研究区土体特性有所不同,但共同特征是发育浅、颗粒粗、易分散等,有利于侵蚀形成;也相应形成一些侵蚀土体的微形态特征,如粗骨颗粒聚积状微形态、细土物质微区淋蚀现象、埋藏土层微形态特征等。(2)在滑坡土体,发现一些有利于滑坡形成的土体特性和微形态特征,如骨骼颗粒细化和蚀圆化、吸水性强的指纹状微结构等。在滑塌面上形成特殊的土体微形态,如拉张微裂隙、强光性定向粘粒集合体、玻璃质形成物、铁锰分离物等。(3)泥石流土体土性特殊,并形成了一些特殊的土体微形态特征,如湖泥状基质、骨骼颗粒泥质包裹体、错断微裂隙等。结果表明：在不同的环境条件下,三类土体的土性和土体微形态也有异同。对侵蚀、滑坡和泥石流的形成机制、活动性等都有一定的诊断意义。     

黑土坡耕地土壤有机质空间变异及其与土壤侵蚀的关系——以黑龙江省鹤山农场为例

选取黑龙江省鹤山农场面积为0.91 km²的典型黑土区的坡耕地作为研究样地。按横纵100 m间隔共采集101个样点,运用地理信息系统和地统计学相结合的方法研究分析0~15 cm土层有机质空间变异及其与土壤侵蚀的关系。结果表明：位于典型黑土区样地的有机质含量集中在3%~5%范围内,均值为4.13%,高于黑龙江省的有机质平均水平。有机质含量空间变异明显,且主要受土壤侵蚀的影响：高侵蚀区对应低有机质区,中度侵蚀区对应中等有机质区,沉积区对应高有机质区。顺坡种植平均坡度2.2°时,每侵蚀1 000 t/km²土壤,有机质含量降低0.8%。土壤有机质空间变异可采用球状模型表达,自相关明显,进一步表明土壤侵蚀导致的再分布。对比分析确定200 m采样间距能够能准确表达该区表层有机质含量的空间特征,为精准施肥提供了采样依据。     

基于DEM的土壤理化性质空间统计与三维表达——以湖南醴陵市为例

以土壤图、地貌分区图、地形图、土壤普查及野外实际调查资料为数据源,利用GIS软件建立DEM并进行高程分带和空间叠置分析等,研究湖南醴陵市土壤空间分布及其理化性质与地形因子的相互关系。结果表明:土壤空间分布具有强烈的区域差异性,不同地貌分区和高程区域土壤组合不同,同一土壤类型在各地貌分区和高程区域的分布面积也不同;土壤理化性质与海拔高程具有显著相关性,随海拔高程增加,土壤有机质和全氮含量减少,阳离子代换量降低,土壤pH值升高、酸性减弱。据此构建研究区土壤空间分布三维可视化模型,直观再现土壤空间分布与所处地理环境的关系。     

基于ArcGIS的条带剖面提取方法在地貌分析中的应用

条带剖面提取方法是利用数理统计原理,获得垂直于剖面线方向上一定缓冲区范围的高程信息,计算最大、最小和平均高程以及地形起伏度,把地形剖面图对线状地形起伏特征的描述转化为对面状地形起伏特征的描述。该文基于ArcGIS 9.3对三峡地区SRTM-DEM数据进行了条带剖面提取方法研究,实现了基于ArcGIS的条带剖面提取技术流程。应用条带剖面对三峡地区地形地貌进行了定量分析,该方法可快速提取条带剖面,能准确获取高程属性的相关统计参数,对地形地貌信息提取和定量分析具有一定价值。     

南沙红树林湿地公园水环境质量时空差异分析——基于改进后倍斜率聚类分析的视角

于2007年和2014年的丰水期和枯水期分别测量了南沙红树林湿地公园一期、二期及其附近河涌8个采样点的水体温度、pH、DO、COD、BOD₅、TP和TN等物化指标。通过对比监测结果和倍斜率聚类评价结果发现：研究区水质总体上处于Ⅱ级-Ⅲ级或Ⅱ级-Ⅳ级的“尚清洁”状态;红树林湿地公园一期2008年对外开放后至2014年,水环境指标中pH变化范围不大,DO、COD含量有所下降,BOD₅、TP和TN含量均呈增加趋势;2007年南沙红树林湿地公园一期采样点W1、W2、W3水质优于河涌采样点W7和W8,河涌采样点W7和W8水质优于红树林湿地公园二期采样点W4、W5、W6;2014年南沙红树林湿地公园二期采样点W4、W5、W6水质优于红树林湿地公园一期采样点W1、W2、W3和河涌采样点W7、W8;8个采样点中水质改善最明显的是二期采样点W6,水质下降最明显的是一期采样点W3;丰水期河涌水质2014年较2007年有所好转,但红树林湿地公园水质无论枯水期亦或丰水期,多数情况下优于河涌水质;研究区域水环境质量的时空差异总规律为2007~2014年南沙红树林湿地公园二期水质好转,一期水质有所下降。     

一种改进的自适应蝴蝶细分算法及其在三维地质建模中的应用

改进的蝴蝶细分算法因过原始控制点的特性,在三维地学建模中广泛应用,但细分后的巨大数据量使其必须采用自适应细分的思路。该文在分析常规自适应蝴蝶细分算法缺陷及其产生原因的基础上,提出根据各个细分块体的实际情况动态扩大细分区域的新自适应细分算法。在保持低数据量的条件下,大大改善了细分后整体光滑程度和对细节的表达效果。