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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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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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