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利用数字土壤制图技术评价桉树林土壤肥力

王德彩 叶希琛 张雅梅 张秋玲 陈留美

王德彩, 叶希琛, 张雅梅, 张秋玲, 陈留美. 利用数字土壤制图技术评价桉树林土壤肥力[J]. 土壤通报, 2021, 52(1): 139 − 148 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020022601
引用本文: 王德彩, 叶希琛, 张雅梅, 张秋玲, 陈留美. 利用数字土壤制图技术评价桉树林土壤肥力[J]. 土壤通报, 2021, 52(1): 139 − 148 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020022601
WANG De-cai, YE Xi-chen, ZHANG Ya-mei, ZHANG Qiu-ling, CHEN Liu-mei. Evaluation of Soil Fertility under Eucalyptus Plantation Using Digital Soil Mapping[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2021, 52(1): 139 − 148 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020022601
Citation: WANG De-cai, YE Xi-chen, ZHANG Ya-mei, ZHANG Qiu-ling, CHEN Liu-mei. Evaluation of Soil Fertility under Eucalyptus Plantation Using Digital Soil Mapping[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2021, 52(1): 139 − 148 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020022601

利用数字土壤制图技术评价桉树林土壤肥力

doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020022601
基金项目: 河南省科技攻关计划项目(172102110056)及国家自然科学基金(41201216,41771246)及贵州省科技合作计划项目(黔科合LH字[2017]7068号)资助
详细信息
    作者简介:

    王德彩(1983−),女,山东省费县人,博士,副教授,主要从事土壤资源调查与数字土壤制图研究。E-mail: lvluuo@126.com

    通讯作者:

    E-mail: HZ0530@163.com

  • 中图分类号: S158

Evaluation of Soil Fertility under Eucalyptus Plantation Using Digital Soil Mapping

  • 摘要: 精细的土壤肥力空间信息有助于森林质量精准管理。本研究以广西高峰桉树林场为研究区,利用数字土壤制图技术对研究区主要肥力因子空间分布进行数字制图,在此基础上,应用灰色关联度模型对桉树人工林土壤肥力进行了综合评价。结果表明:研究林场的土壤肥力质量较好,土壤肥力水平2级和3级林地面积占总面积的68.6%,1级和4级林地面积占26%,5级林地面积占5.4%;土壤肥力综合指数(IFI)具有较强的空间自相关性。本文提出的土壤肥力评价方法可用于森林土壤肥力质量空间分布的精准评价,为森林质量精准经营提供基础支撑。
  • 图  1  研究区高程及样点分布图

    Figure  1.  Map of elevation and sample sites of the study area

    图  2  隶属度(类别3)及典型点分布图

    Figure  2.  Distribution of the fuzzy memberships for classes 3 and all cluster centers

    图  3  土壤各肥力因子分布图

    Figure  3.  Distribution maps of soil fertility evaluation indices

    图  4  土壤肥力评价等级分布图

    Figure  4.  Distribution maps of soil fertility evaluation grade

    表  1  评价因子相对重要性判断矩阵

    Table  1.   Relative significance judgement matrix of evaluation factors

    指标
    Index
    有机质
    Organic
    matter
    (g kg−1
    粘粒
    Clay
    (%)
    阳离子交换量
    CEC
    (mol kg−1
    碱解氮
    Alkaline
    nitrogen
    (mg kg−1
    速效磷
    Available
    phosphorus
    (mg kg−1
    速效钾
    Available
    potassium
    (mg kg−1
    全氮
    Total
    nitrogen
    (g kg−1
    全磷
    Total
    phosphorus
    (g kg−1
    全钾
    Total
    potassium
    (g kg−1
    有机质1.002.002.002.003.003.004.004.004.00
    粘粒0.501.001.001.002.002.002.003.003.00
    CEC0.501.001.001.002.002.002.003.003.00
    碱解氮0.501.001.001.002.002.002.003.003.00
    速效磷0.330.500.500.501.001.001.002.002.00
    速效钾0.330.500.500.501.001.001.002.002.00
    全氮0.330.500.500.501.001.001.002.002.00
    全磷0.250.330.330.330.500.500.501.001.00
    全钾0.250.330.330.330.500.500.501.001.00
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    表  2  地形因子聚类类别

    Table  2.   Classes of terrain factors

    地形因子
    Terrain factor
    类别1
    Class 1
    类别2
    Class 2
    类别3
    Class 3
    类别4
    Class 4
    类别5
    Class 5
    类别6
    Class 6
    类别7
    Class 7
    类别8
    Class 8
    类别9
    Class 9
    类别10
    Class 10
    高程255.78210.92219.88253.73172.64237.22159.48175.86245.51177.02
    坡度25.5528.3628.1426.3730.2927.526.9930.4812.3210.54
    坡向299.38295.0694.6778.94255.37226.02146.74115.13134.40271.82
    平面曲率0.270.130.080.130.190.03−0.310.190.55−0.58
    剖面曲率−0.65−0.12−0.11−0.400.02−0.241.560.02−0.612.19
    地形湿度指数2.152.212.222.192.182.205.422.152.864.79
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    表  3  各肥力因子预测结果精度验证

    Table  3.   Predicted accuracy of soil fertility factors

    精度指标
    Accuracy
    index
    有机质
    Organic
    matter
    (g kg−1
    粘粒
    Clay(%)
    阳离子交换量
    CEC
    (mol kg−1
    碱解氮
    Alkali-hydrolyzale
    nitrogen
    (mg kg−1
    速效磷
    Available
    phosphorus
    (mg kg−1
    速效钾
    Available
    potassium
    (mg kg−1
    全氮
    Total
    nitrogen
    (g kg−1
    全磷
    Total
    phosphorus
    (g kg−1
    全钾
    Total
    potassium
    (g kg−1
    MAE4.765.092.6033.831.1116.550.370.074.11
    RMSE6.136.493.3241.951.4521.630.450.104.98
    N787980787877807978
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    表  4  各肥力因子预测结果基本统计特征

    Table  4.   Statistic analysis for predicted soil fertility factors

    统计指标
    Statistic
    index
    有机质
    Organic
    matter
    (g kg−1
    粘粒Clay
    (%)
    阳离子交换量
    CEC
    (mol kg−1
    碱解氮
    Alkali-hydrolyzale
    nitrogen
    (mg kg−1
    速效磷
    Available
    phosphorus
    (mg kg−1
    速效钾
    Available
    potassium
    (mg kg−1
    全氮
    Total
    nitrogen
    (g kg−1
    全磷
    Total
    phosphorus
    (g kg−1
    全钾
    Total
    potassium
    (g kg−1
    最小值27.1525.851.24130.071.3727.401.240.248.84
    最大值56.5851.992.07274.946.1178.402.070.4528.60
    平均值40.7737.921.74190.152.8946.601.740.3218.71
    标准差3.724.960.2329.991.0110.630.230.043.81
    变异系数0.090.130.130.160.350.230.130.130.20
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    表  5  土壤肥力评价指标权重值

    Table  5.   Weight value of soil fertility evaluation indices

    指标
    Index
    有机质
    Organic matter
    (g kg−1
    粘粒
    Clay
    (%)
    阳离子交换量
    CEC
    (mol kg−1
    碱解氮
    Alkali-hydrolyzale
    nitrogen
    (mg kg−1
    速效磷
    Available
    phosphorus
    (mg kg−1
    速效钾
    Available
    potassium
    (mg kg−1
    全氮
    Total
    nitrogen
    (g kg−1
    全磷
    Total
    phosphorus
    (g kg−1
    全钾
    Total
    potassium
    (g kg−1
    权重0.240.140.140.140.080.080.080.050.05
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    表  6  土壤肥力等级划分及统计结果

    Table  6.   Predicted accuracy of soil fertility factors

    肥力分级
    Fertility grade
    指标值
    Fertility index
    面积
    Area(km2
    比例
    Percentage(%)
    1级[0.75 − 0.83]0.4012.88
    2级[0.70 − 0.75]0.7524.19
    3级[0.65 − 0.70]1.3744.39
    4级[0.60 − 0.65]0.4113.14
    5级[0.57 − 0.60]0.175.40
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    表  7  各肥力等级的土壤肥力指标均值

    Table  7.   Mean value of soil fertility factors at each fertility grade

    肥力分级
    Fertility
    grade
    有机质
    Organic
    matter
    (g kg−1
    粘粒
    Clay
    (%)
    阳离子交换量
    CEC
    (mol kg−1
    碱解氮
    Alkali-hydrolyzale
    nitrogen
    (mg kg−1
    速效磷
    Available
    phosphorus
    (mg kg−1
    速效钾
    Available
    potassium
    (mg kg−1
    全氮
    Total
    nitrogen
    (g kg−1
    全磷
    Total
    phosphorus
    (g kg−1
    全钾
    Total
    potassium
    (g kg−1
    1级50.4836.3019.12209.503.4859.462.020.3220.04
    2级45.6036.4416.82218.863.2458.391.870.3318.01
    3级38.3639.4616.76183.452.9040.111.730.3317.89
    4级35.9035.8115.12162.552.1938.191.450.2920.77
    5级31.1840.7614.70137.591.5129.701.290.2720.41
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    表  8  土壤肥力综合指数半方差函数分析

    Table  8.   Semivariance and their parameters of integrated fertility index

    模型
    Model
    块金值
    C0
    基台值
    C0 + C
    块金值/基台值
    C0/C0 + C(%)
    变程
    Range(m)
    R2
    高斯0.00050.002718.52107.380.96
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    表  9  各肥力等级的地形因子均值

    Table  9.   Mean value of terrain factors at each fertility grade

    肥力等级
    Fertility grade
    坡向
    Aspect(°)
    高程
    Elevation(m)
    平面曲率
    Plan curvature
    剖面曲率
    Profile curvature
    坡度
    Slope(°)
    地形湿度指数
    TWI
    186.93230.530.11−0.2028.482.15
    2155.72214.360.030.1425.392.66
    3213.53198.65−0.050.3525.572.62
    4240.50245.510.40−0.4917.502.72
    5300.34260.800.28−0.5925.432.11
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    表  10  肥力综合指数与地形因子相关分析

    Table  10.   Correlation analysis of terrain factors and integrated fertility index

    地形因子
    Terrain factor
    坡向
    Aspect(°)
    高程
    Elevation(m)
    平面曲率
    Plan curvature
    剖面曲率
    Profile curvature
    坡度
    Slope(°)
    地形湿度指数
    TWI
    肥力综合指数−0.56−0.18−0.0340.0360.26−0.082
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-02-26
  • 修回日期:  2020-10-05
  • 刊出日期:  2021-03-05

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