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基于GIS的江淮丘陵地区典型县域土壤质量评价

郜敏 黄安东 李德成 张兆冬 王莉莉 赵明松

郜 敏, 黄安东, 李德成, 张兆冬, 王莉莉, 赵明松. 基于GIS的江淮丘陵地区典型县域土壤质量评价[J]. 土壤通报, 2021, 52(1): 16 − 24 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020040701
引用本文: 郜 敏, 黄安东, 李德成, 张兆冬, 王莉莉, 赵明松. 基于GIS的江淮丘陵地区典型县域土壤质量评价[J]. 土壤通报, 2021, 52(1): 16 − 24 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020040701
GAO Min, HUANG An-dong, LI De-cheng, ZHANG Zhao-dong, WANG Li-li, ZHAO Ming-song. Soil Quality Evaluation in a Typical County of Jianghuai Hilly Region Based on GIS[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2021, 52(1): 16 − 24 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020040701
Citation: GAO Min, HUANG An-dong, LI De-cheng, ZHANG Zhao-dong, WANG Li-li, ZHAO Ming-song. Soil Quality Evaluation in a Typical County of Jianghuai Hilly Region Based on GIS[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2021, 52(1): 16 − 24 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020040701

基于GIS的江淮丘陵地区典型县域土壤质量评价

doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020040701
基金项目: 国家自然科学基金(41501226)、安徽省高校自然科学研究项目(kj2015a034)、土壤与农业可持续发展国家重点实验室开放基金项目(Y412201431)、安徽理工大学人才引进项目(zy020)资助
详细信息
    作者简介:

    郜敏:郜 敏(1997−),女,安徽淮北人,硕士研究生,研究方向为数字土壤制图与土壤资源评价。E-mail: 15755403133@163.com

    通讯作者:

    E-mail: zhaomingsonggis@163.com

  • 中图分类号: S158.2

Soil Quality Evaluation in a Typical County of Jianghuai Hilly Region Based on GIS

  • 摘要: 以安徽省江淮丘陵地区的定远县为例,自1401个土壤样本点获取土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾、土壤侵蚀程度、耕层厚度共六项指标,利用GIS空间插值方法,使用隶属度函数,构建土壤质量综合评价模型,对该县土壤质量进行评价。研究结果表明:(1)研究区平均土壤质量指数为0.56,采用等间距法将土壤质量划分为5级,其中三等地占总面积的59.54%,二等地占31.4%,一等地和四等地分别为1.53%、7.52%,研究区内没有五等地;(2)土壤质量在空间分布上呈现出东南方向至西北方向下降的趋势,平原地区的土壤养分含量高于丘陵岗地、质量相对较好;(3)不同土地利用类型土壤中水田土壤质量略高于旱地、草地和林地。土壤质量的评价结果对于研究区改善土壤质量、合理配置农业土地资源有一定参考价值。
  • 图  1  研究区地理位置及土壤采样点分布图

    Figure  1.  Maps of the geographical location and soil sampling site distribution in the study area

    图  2  研究区数字高程模型(左)和土地利用类型图(右)

    Figure  2.  Digital elevation model (left) and land use types (right) in the study area

    图  3  土壤养分含量的半方差函数

    Figure  3.  Semivariograms of soil nutrients contents

    图  4  普通克里格插值的土壤养分空间分布

    Figure  4.  The spatial distribution of soil nutrient contents based on the ordinary kriging interpolation

    图  5  研究区土壤质量空间分布图

    Figure  5.  Spatial distribution map of soil quality grade in the study area

    表  1  土壤肥力指标值所属隶属度函数的类型(上限型)及阈值

    Table  1.   The type of membership function (upper limit type) and threshold value of soil quality index

    阈值
    Threshold
    土壤有机质
    Soil organic matter
    (g kg−1)
    全氮
    Total nitrogen
    (g kg−1)
    有效磷
    Available phosphorus
    (mg kg−1)
    速效钾
    Available potassium
    (mg kg−1)
    耕层厚度
    Soil thickness
    (cm)
    上限值 30 1.5 15 120 20
    下限值 15 0.75 5 50 11
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    表  2  土壤侵蚀等级隶属度值

    Table  2.   Membership value of soil erosion grade

    土壤侵蚀等级
    Soil erosion grade
    隶属度
    Membership value
    无明显侵蚀 1.0
    轻度侵蚀 0.9
    中度侵蚀 0.7
    强烈侵蚀 0.3
    剧烈侵蚀 0.1
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    表  3  土壤理化性质的描述统计

    Table  3.   Descriptive statistics of soil physical and chemical properties

    指标
    Index
    最小值
    Minimum
    最大值
    Maximum
    均值
    Mean
    标准差
    Standard deviation
    偏度
    Skewness
    峰度
    Kurtosis
    变异系数 (%)
    Coefficient of variation
    土壤有机质(g kg−1 1.60 60.80 17.72 5.20 0.99(−0.075) 3.82(4.83) 29.36
    全氮(g kg−1 0.29 4.63 1.04 0.30 3.20(0.20) 29.72(2.44) 28.93
    有效磷(mg kg−1 0.40 99.70 13.45 9.86 3.52(−0.64) 20.18(2.85) 73.34
    速效钾(mg kg−1 16.00 794.00 114.97 62.76 3.81(0.27) 28.19(1.50) 54.58
    耕层厚度(cm) 10.00 50.00 18.62 3.11 0.91 10.27 16.71
      注:括号内数据代表经对数变换后的统计结果。
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    表  4  土壤养分含量的半方差函数模型和参数

    Table  4.   Semivariance model and parameters of soil nutrients

    土壤养分
    Soil nutrient
    模型类型
    Model type
    块金值
    Nugget
    (C0)
    基台值
    Sill
    (C0 + C)
    块金系数
    Nugget coefficient
    (%)
    有效变程
    Range
    (m)
    土壤有机质 指数 0.046 0.086 53.48 8538
    全氮 指数 0.045 0.065 69.23 8400
    有效磷 指数 0.292 0.428 68.22 10200
    速效钾 指数 0.134 0.179 74.86 4145
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    表  5  土壤质量评价指标插值精度分析

    Table  5.   Analysis for interpolation accuracy of soil quality evaluation index

    精度指标
    Precision index
    土壤质量评价指标
    Soil quality evaluation index
    土壤有机质
    Soil organic matter
    全氮
    Total nitrogen
    有效磷
    Available phosphorus
    速效钾
    Available potassium
    耕层厚度
    Soil thickness
    平均误差 (ME) 0.009 −0.001 0.206 −0.968 −0.016
    标准化平均误差 (MSE) −0.008 −0.009 −0.016 −0.032 −0.019
    平均标准误差 (ASE) 4.933 0.259 9.614 60.567 1.815
    均方根误差 (RMSE) 4.780 0.284 9.468 51.024 2.190
    标准均方根误差 (RMSSE) 0.976 1.078 1.153 1.192 1.199
      注:插值和验证采用共同的土壤样点(n = 1401)。
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    表  6  土壤质量评价指标相关系数

    Table  6.   Correlation coefficient matrix of soil quality evaluation index

    指标
    Index
    土壤有机质
    Soil organic matter
    全氮
    Total nitrogen
    有效磷
    Available phosphorus
    速效钾
    Available potassium
    耕层厚度
    Soil thickness
    土壤侵蚀程度
    Soil erosion degree
    土壤有机质 1
    全氮 0.551** 1
    有效磷 0.054* 0.045 1
    速效钾 0.246** 0.308** 0.095** 1
    耕层厚度 −0.027 0.071** −0.084** 0 1
    土壤侵蚀程度 −0.010 0.009 −0.015 −0.001 0.217** 1
      注:*** 分别表示在P < 0.05和P < 0.01水平上相关性显著(n = 1401)。
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    表  7  土壤质量评价指标的权重

    Table  7.   The weight coefficient of soil quality evaluation index

    指标
    Index
    土壤有机质
    Soil organic matter
    全氮
    Total nitrogen
    有效磷
    Available phosphorus
    速效钾
    Available potassium
    耕层厚度
    Soil thickness
    土壤侵蚀程度
    Soil erosion degree
    权重系数0.2790.3370.0320.2220.0610.069
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    表  8  不同土壤质量等级土地面积百分比

    Table  8.   Area percentage of soil quality grade

    土壤质量等级
    Grade of soil quality
    土壤质量指数区间
    Interval of soil quality index
    面积百分比 (%)
    Area percentage
    一等地 0.8 ~ 1.0 1.53
    二等地 0.6 ~ 0.8 31.40
    三等地 0.4 ~ 0.6 59.54
    四等地 0.2 ~ 0.4 7.52
    五等地 0 ~ 0.2 0.00
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    表  9  不同土地利用类型土壤质量综合评价指数

    Table  9.   The comprehensive evaluation index of soil quality for different land use types

    土地利用类型
    Land use type
    水田
    Paddy field
    旱地
    Dry land
    林地
    Forest land
    草地
    Grass land
    土壤质量指数0.57 ± 0.110.53 ± 0.090.53 ± 0.120.50 ± 0.10
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  • [1] Chen X H, Duan Z H, Luo T F. Changes in soil quality in the critical area of desertification surrounding the Ejina Oasis, Northern China[J]. Environmental Earth Sciences, 2014, 72: 2643 − 2654. doi: 10.1007/s12665-014-3171-3
    [2] Liu Z J, Zhou W, Shen J B, et al. Soil quality assessment of yellow clayey paddy soils with different productivity[J]. Biology and Fertility of Soils, 2014, 50: 537 − 548. doi: 10.1007/s00374-013-0864-9
    [3] 贡 璐, 张雪妮, 冉启洋. 基于最小数据集的塔里木河上游绿洲土壤质量评价[J]. 土壤学报, 2015, 52(3): 682 − 689.
    [4] 李小刚, 马友华, 张 益, 等. 基于模糊评价与BP神经网络模型的耕地质量评价对比研究−淮北平原凤台县为例[J]. 土壤通报, 2015, 46(4): 816 − 822.
    [5] 舒 田, 熊康宁, 陈丽莎, 等. 基于遥感的石漠化治理下土壤肥力变化特征分析[J]. 生态环境学报, 2019, 28(4): 776 − 785.
    [6] 李婕羚, 李朝婵, 胡继伟, 等. 典型喀斯特山区无籽刺梨基地土壤质量评价[J]. 水土保持研究, 2017, 24(1): 54 − 60.
    [7] 曹小玉, 李际平, 闫文德, 等. 杉木林改造前后的土壤肥力对比分析及综合评价[J]. 土壤通报, 2016, 47(5): 1231 − 1237.
    [8] 张晓娜, 蒙仲举, 杨振奇. 不同封育措施下希拉穆仁荒漠草原土壤质量评价[J]. 土壤通报, 2018, 49(4): 788 − 793.
    [9] 刘 鑫, 王一博, 吕明侠, 等. 基于主成分分析的青藏高原多年冻土区高寒草地土壤质量评价[J]. 冰川冻土, 2018, 40(3): 469 − 479.
    [10] 郭 爽, 牛小云, 吴 桐, 等. 不同植被恢复类型对高速公路边坡土壤质量的影响[J]. 土壤通报, 2018, 49(1): 84 − 92.
    [11] 李鹏飞, 张兴昌, 郝明德, 等. 基于最小数据集的黄土高原矿区复垦土壤质量评价[J]. 农业工程学报, 2019, 35(16): 265 − 273. doi: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.16.030
    [12] 谢 文, 赵小敏, 郭 熙, 等. 基于GIS的地市级耕地地力评价研究[J]. 土壤通报, 2015, 46(4): 810 − 815.
    [13] Xian X X, Pang M Y, Zhang J L, et al. Assessing the effect of potential water and salt intrusion on coastal wetland soil quality: simulation study[J]. Journal of Soils and Sediments, 2019, 19: 2251 − 2264. doi: 10.1007/s11368-018-02225-y
    [14] 王 璐, 王海燕, 何丽鸿, 等. 基于GIS的土壤肥力质量综合评价−以天然云冷杉针阔混交林为例[J]. 土壤通报, 2016, 47(5): 1223 − 1230.
    [15] 乔云发, 钟 鑫, 苗淑杰, 等. 基于最小数据集的东北风沙土农田耕层土壤质量评价指标[J]. 水土保持研究, 2019, 26(4): 132 − 138.
    [16] 刘 宁, 李新举, 赵庚星, 等. 基于GIS的黄河三角洲土壤肥力质量自动评价[J]. 土壤通报, 2006, 37(6): 1053 − 1057. doi: 10.3321/j.issn:0564-3945.2006.06.003
    [17] 邓绍欢, 曾令涛, 关 强, 等. 基于最小数据集的南方地区冷浸田土壤质量评价[J]. 土壤学报, 2016, 53(5): 1326 − 1333.
    [18] 陈 欢, 曹承富, 张存玲, 等. 基于主成分-聚类分析评价长期施肥对砂姜黑土肥力的影响[J]. 土壤学报, 2014, 51(3): 609 − 617.
    [19] 赵明松, 李德成, 张甘霖, 等. 江淮丘陵地区土壤养分空间变异特征分析−以定远县为例[J]. 土壤, 2016, 48(4): 762 − 768.
    [20] 马渝欣, 李徐生, 李德成, 等. 江淮丘陵区农田表层土壤有机碳空间变异−以定远县为例[J]. 土壤, 2014, 46(4): 638 − 643.
    [21] 张甘霖, 龚子同. 土壤调查实验分析方法[M]. 北京: 科学出版社, 2012: 47-80.
    [22] Liu Z J, Zhou W, Shen J B, et al. Soil Quality Assessment of Acid Sulfate Paddy Soils with Different Productivities in Guangdong Province, China[J]. Journal of Integrative Agriculture, 2014, 13(1): 177 − 186. doi: 10.1016/S2095-3119(13)60594-8
    [23] Li P, Shi K, Wang Y Y, et al. Soil quality assessment of wheat-maize cropping system with different productivities in China: Establishing a minimum data set[J]. Soil and Tillage Research, 2019, 109: 31 − 40.
    [24] 中华人民共和国农业部. 中华人民共和国农业行业标准NY/T309—1996: 全国耕地类型区耕地地力等级划分[S]. 1996, 1-25.
    [25] 瞿明凯. 区域土壤肥力质量及重金属污染风险的空间评估研究[R]. 南京: 中国科学院, 2014, 14-17.
    [26] 杨 波, 王 艳, 董莉丽, 等. 田间尺度下农地土壤质量评价−以榆林市榆阳区芹河乡为例[J]. 咸阳师范学院学报, 2016, 31(2): 71 − 74. doi: 10.3969/j.issn.1672-2914.2016.02.015
    [27] 钟晓兰, 周生路, 李江涛, 等. 长江三角洲地区土壤重金属污染的空间变异特征−以江苏省太仓市为例[J]. 土壤学报, 2007, 44(1): 33 − 40. doi: 10.3321/j.issn:0564-3929.2007.01.006
    [28] 何 平, 刘 健, 余坤勇, 等. 南方竹林地土壤有机碳空间异质性研究[J]. 土壤通报, 2016, 47(2): 278 − 286.
    [29] 张凤荣, 安萍莉, 王军艳, 等. 耕地分等中的土壤质量指标体系与分等方法[J]. 资源科学, 2002, 24(2): 71 − 75. doi: 10.3321/j.issn:1007-7588.2002.02.014
    [30] 乔云发, 钟 鑫, 苗淑杰, 等. 基于最小数据集的东北风沙土农田耕层土壤质量评价指标[J]. 水土保持研究, 2019, 26(4): 132 − 138.
    [31] 赵振亚, 姬宝霖, 宋小园, 等. 基于层次分析和模糊数学法的公乌素土壤质量评价[J]. 干旱区研究, 2014, 31(6): 1010 − 1016.
    [32] 许明祥. 黄土丘陵区生态恢复过程中土壤质量演变及调控[D]. 西北农林科技大学, 2003.
    [33] 石彦琴, 高旺盛, 陈源泉, 等. 耕层厚度对华北高产灌溉农田土壤有机碳储量的影响[J]. 农业工程学报, 2010, 26(11): 85 − 90. doi: 10.3969/j.issn.1002-6819.2010.11.015
    [34] 赵 蛟, 徐梦洁, 庄舜尧, 等. 基于模糊综合评价法的建瓯市毛竹林地土壤肥力评价[J]. 土壤通报, 2018, 49(6): 1428 − 1435.
    [35] 王雪梅, 柴仲平, 毛东雷, 等. 不同土地利用方式下的渭—库绿洲土壤质量评价[J]. 水土保持通报, 2015, 35(4): 319 − 323.
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-04-07
  • 修回日期:  2020-11-10
  • 刊出日期:  2021-03-05

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