土壤有機(jī)碳空間變異性對(duì)采樣密度的響應(yīng)研究

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1、2014年12月農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)第45卷第12期doi:10．6041/j．issn．1000-1298．2014．12．032*土壤有機(jī)碳空間變異性對(duì)采樣密度的響應(yīng)研究123111葉回春黃珊瑜張世文張立平黃元仿黃亞捷(1．中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京100193;2．科隆大學(xué)地理學(xué)院，科隆50923;3．安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院，淮南232001)摘要:以北京地區(qū)土壤有機(jī)碳(SOC)為目標(biāo)變量，對(duì)比4種不同采樣密度下SOC質(zhì)量比空間變異的結(jié)構(gòu)變化以及在不同采樣密度下不同空間預(yù)測(cè)方法對(duì)SOC質(zhì)量比空間預(yù)測(cè)不確定性方面的表現(xiàn)

2、。結(jié)果表明，SOC質(zhì)量比關(guān)于地形因子的趨勢(shì)屬于宏觀趨勢(shì)，以低采樣密度的趨勢(shì)擬合效果最優(yōu);隨著采樣密度的增加，SOC質(zhì)量比及其去趨勢(shì)后殘差的系統(tǒng)內(nèi)部隨機(jī)變異逐漸增強(qiáng)，結(jié)構(gòu)變異逐漸減弱，變異函數(shù)的分布也越平穩(wěn)，空間預(yù)測(cè)的不確定性也逐漸減小。另外，變異函數(shù)的變程可能也影響空間預(yù)測(cè)的不確定性;增加采樣密度和引入地形因子輔助的回歸克里格法均可以提高北京地區(qū)SOC質(zhì)量比的預(yù)測(cè)精度;在預(yù)測(cè)精度不降低的情況下，引入地形因子輔助可以在一定程度上減少采樣的數(shù)量。關(guān)鍵詞:土壤有機(jī)碳空間變異尺度效應(yīng)采樣密度北京中圖分類號(hào):S151.9;S159.2

3、文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1000-1298(2014)12-0215-09［2，16－19］同時(shí)變化對(duì)土壤特性空間變異的影響。引言上述研究雖可以有效揭示土壤特性的多尺度變尺度是近年來(lái)在地理學(xué)研究中出現(xiàn)頻率極高的異特征，但從土壤特性變異函數(shù)到空間預(yù)測(cè)過(guò)程中一個(gè)術(shù)語(yǔ)。尺度是指研究對(duì)象或過(guò)程的時(shí)間或空間預(yù)測(cè)精度和預(yù)測(cè)不確定性等這一系列流程仍缺乏系維、用于信息收集和處理的時(shí)間或空間單位、由時(shí)間統(tǒng)深入地分析，特別是如何利用容易獲取的外部數(shù)［1］或空間范圍決定的一種格局變化。土壤特性的據(jù)來(lái)輔助進(jìn)行土壤特性尺度效應(yīng)的研究仍需深入探空間變異

4、性是尺度函數(shù)，不同尺度下同一變量的自討。因此，本文以北京地區(qū)的土壤有機(jī)碳(Soil［2］相關(guān)程度相差很大。大尺度采樣條件下，小尺度organiccarbon，SOC)作為目標(biāo)變量，通過(guò)設(shè)計(jì)4種下的結(jié)構(gòu)特征將被掩蓋，大量細(xì)節(jié)被省略，不利于深不同的樣本點(diǎn)數(shù)，評(píng)價(jià)不同采樣密度對(duì)SOC質(zhì)量比入分析土壤特性的空間變異結(jié)構(gòu)特征;小尺度采樣變異函數(shù)的影響以及不同采樣密度對(duì)SOC質(zhì)量比將耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，另外，采樣尺度過(guò)空間預(yù)測(cè)精度及預(yù)測(cè)不確定性的影響，同時(shí)比較普小，大尺度上的變異往往由于比較微弱又作為“隨通克里格法(Ordina

5、ryKriging，OK)和回歸克里格法機(jī)變異”被忽視或通過(guò)降維扣除，研究陷入局部而(ＲegressionKriging，ＲK)對(duì)SOC質(zhì)量比空間預(yù)測(cè)精［2－5］不能窺其全貌。對(duì)于土壤特性的空間變異來(lái)度及預(yù)測(cè)不確定性的影響。說(shuō)，大尺度上的空間變異一般與區(qū)域環(huán)境要素(如1材料與方法土壤質(zhì)地、成土母質(zhì)、地形、氣候等)有關(guān)，而小尺度上的空間變異一般與人為因素(如土地利用類型、1.1研究方法［6］農(nóng)業(yè)生產(chǎn)措施等)關(guān)系密切。采用采樣密度的高低來(lái)反映采樣尺度的變化，通常情況下，我們所說(shuō)的研究尺度主要包括采即空間粒度的變化，研究不同采樣密

6、度下SOC質(zhì)量樣幅度(采樣范圍的大小)、采樣粒度(采樣間隔或比的空間變異特征。研究區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)隨機(jī)采樣點(diǎn)密度)以及采樣支撐(采樣儀器測(cè)量面積大1349個(gè)，為了驗(yàn)證該方法，將這些采樣點(diǎn)隨機(jī)選?。?－8］小)。目前的研究主要集中于采樣幅度變115個(gè)作為驗(yàn)證點(diǎn)，其余1234個(gè)作為訓(xùn)練樣點(diǎn)［9－11］［5，12－15］化、采樣粒度變化以及采樣幅度和粒度(圖1)。為了評(píng)價(jià)不同采樣密度對(duì)SOC質(zhì)量比空間收稿日期:2014-04-27修回日期:2014-07-12*國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41071152)和公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)資助項(xiàng)

7、目(201103005-01-01)作者簡(jiǎn)介:葉回春，博士生，主要從事土壤屬性空間異質(zhì)性和過(guò)程模擬研究，E-mail:yehuichun000@126．com通訊作者:黃元仿，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事水土資源高效利用研究，E-mail:yfhuang@cau．edu．cn216農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)2014年圖1研究區(qū)高程及不同采樣密度的訓(xùn)練點(diǎn)和驗(yàn)證點(diǎn)分布圖Fig．1Distributionmapofelevationandtrainingpointsandverificationpointsatdifferentsamplingd

8、ensities(a)D1及驗(yàn)證點(diǎn)和高程分布圖(b)D2(c)D3(d)D4變異的影響，從1234個(gè)訓(xùn)練點(diǎn)中依次隨機(jī)選取樣不確定性分析，并與趨勢(shì)值疊加獲得SOC質(zhì)量比空點(diǎn)數(shù)的12.5%、25%、50%作為其他采樣密度下的間預(yù)測(cè)分布圖。訓(xùn)練點(diǎn)。最終得到4種不同的采樣密度:①樣點(diǎn)數(shù)1.2驗(yàn)證方