水保所知识产出(1956---)知识库

【 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。