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首页> 中文期刊> 《植物营养与肥料学报》 >黄土高原不同地貌区农田土壤有机质预测方法研究

黄土高原不同地貌区农田土壤有机质预测方法研究

         
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摘要

[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.

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