摘要
文章选取黄河三角洲典型地区垦利县作为采样区,利用4种确定性方法(全局多项式、局部多项式、反距离加权、径向基函数)和3种地统计不确定性方法(普通克里格、简单克里格、协同克里格),分别对研究区进行土壤含盐量的空间分布特性估计,从误差和空间分布特点上对比分析不同方法的预测效果,并明确了研究区土壤盐分的空间分布特征。
地统计不确定性插值方法的精度整体上优于确定性方法,简单克里格预测后的空间表达和误差精度均属最优。基于最优的空间预测方法,黄河三角洲土壤盐分目前在空间上整体呈现出东部高于西部的趋势,且部分区域存在斑块状现象。非盐渍化、轻度盐渍化、中度盐渍化、重度盐渍化和盐土面积分别占研究区总面积的2.54%、27.14%、43.70%、21.21%和5.41%。
中国盐碱化土地分布广泛,约占中国可利用土地面积的4.88
利用地统计学进行土壤属性空间变异的研究非常多,地统计学方法目前也是研究土壤属性空间特征的主要手段。针对不同预测方法的比较,国内学者在不同地区开展了较多的研究,并获得了一定的成果。在土壤有机碳的研究中,张忠
关于土壤盐分的研究,赵
该文选择山东省东营市垦利县为研究区,地理坐标为37°24΄ N ~38°l0΄N,118°15΄ E ~119°19΄E,面积约22.03万h
该次研究于2016年10月,采用系统网格布点的采样点位设计方案进行土壤样品采集,样点主要覆盖了盐渍化荒草地、林地、棉花地、水稻田和玉米地等多种土地种植类型。由于研究区微地貌条件复杂,为保证样品的代表性,采样中根据道路可达情况、土地利用类型、植被和作物等实地情况对样点位置及间距进行了适当调整,在周边景观分异性较大的点位采集 3~4 个子样品混匀。研究区东北部、黄河以南为自然保护区,并未采样。该实验实际采集深度为0~20 cm的土样86个,包括水浇地37个,荒地24个,林灌地13个以及水田12个。样点分布如

图1 研究区样点分布
采样过程中,采用多点混合法,把同一采样点附近收集的3~5个土壤样品均匀掺和在一起,从而增加样品的典型性,并用 GPS 记录采样点位置。将采集的土样带回实验室自然风干,过2 mm筛后备用。把所有土样制成1:5土水比浸提液,并检测浸提液电导率。土壤盐分总量该文采用已有的研究进行公式换
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该文首先应用经典统计学方法,根据收集到的土壤盐分含量数据,利用SPSS 13.0软件进行描述性统计分析,得到研究区范围内土壤盐分的平均值、中值、偏度系数、峰度系数等,同时利用其分布直方图进行正态分布检验。再利用ArcGIS 9.3软件的地统计模块,实现对研究区土壤含盐量的空间插值分析。
地统计
不确定性方法主要以各类克里格插值为主,以区域化变量为基础,以半变异函数为基本工具,来探究自然要素在空间分布中结构性和随机性的相关规律,是能够在有限区域内对区域化变量进行无偏最优估计的一种方
确定性插值法和不确定性插值法都根据相邻样点的相似性原理来生成表面。确定性空间插值方法有的以区域内部的相似性来创建表面(如反距离加权插值法),有的以平滑度为基础,运用数学方法对已知样点拟合来创建表面(如全局多项式插值法、局部多项式插值法及径向基函数插值法)。不确定性插值方法是运用已知样点数据的统计特性来创建表面,由于不确定性方法是基于统计学的,所以用它进行插值的结果不仅能够解释说明采样点在预测区域范围内的空间分布情况,获得预测表面,而且能够量化已知点之间的空间自相关性,并获得误差表面,使我们了解所获得预测曲面的精确性,评估预测结果的不确定性。
利用SPSS 13.0软件,对黄河三角洲垦利县土壤含盐量数据进行描述性统计(
所有样本的峰度系数为9.17,说明数据具有过尖的峰值,属于高度偏态分布,因此使用克里格方法预测时需要对数据进行相应的变换。对数据进行对数变换后,偏度系数接近于0,峰度趋近于3,平均值和中值也相近,所以可以认为其分布此时较为接近正态分布。
针对上述对数变换过的盐分数据,利用地理信息系统地统计模块进行空间预测。各种克里格插值方法和确定性插值法产生的误差情况如
地统计克里格插值方法一般认为较好的模型应该是平均误差最接近0,均方根误差最小,这样的插值方法才具有最优性和有效性。在3种克里格插值方法中,SK的平均误差最接近0,仅为0.007 8,CK次之,而OK的误差相对较大。均方根误差最大的为OK,SK最小,为7.352。总体来说,SK插值方法优于CK和OK。
GPI、LPI、RBF和IDW属于确定性的插值方法,其误差在整体上均大于不确定性(克里格)的插值方法,说明不确定性插值方法的误差精度要高于确定性插值法。得出地统计插值法的整体精度优于确定性方法的结论,该文与赵
通过SPSS软件对数据进行描述性统计之后,利用ArcGIS 9.3软件的地统计模块对土壤盐分含量分别采用GPI、LPI、IDW、RBF、OK、SK和CK法进行空间插值处理,并根据土壤盐化分级指

图2 研究区土壤盐分空间分布
在确定性插值方法中,由
地统计不确定性插值法中,OK方法的土壤盐分空间分布呈现出斑块状和条带状, CK和SK方法的土壤盐分空间分布规律大体上与OK仍然相似。但是经过CK法插值处理后,局部区域盐分分布细节有了明显改善。SK方法插值后的结果中,既增加了盐分分布的细节,而且条带状现象消失。所以说,从研究区土壤盐分含量空间分布预测表面来看,SK方法的预测效果最优,既克服了平滑效应,又避免了受局部样点值影响而产生的“牛眼”现象,得出的空间分布结果既有盐分分布的规律性,又能体现一定的细节,较大程度得还原了土壤盐分含量的空间异质性。
从各个插值方法的空间预测结果中可以总结出,垦利县土壤盐分含量的空间分布整体上呈现出东部地区高于西部的趋势,离海域越远土壤盐分含量逐渐降低,且部分区域存在斑块状现象。这是由于沿海地区长期受海水侵蚀影响,地下水位矿化程度高,致使沿海地区盐渍化现象更为严重。
基于最优的SK方法,对研究区土壤盐分进行空间分布预测,并利用ArcGIS空间分析模块统计计算不同等级盐分的土地面积,见
结合误差精度和插值预测表面两方面进行综合分析,不确定性插值方法的预测效果整体上优于确定性插值法。由于研究区土壤盐分变异性强,导致了GPI方法、LPI方法很难构建精确的预测模型,尤其是以平滑度为基础由大量采样点数据进行插值计算获得平滑表面的RBF法插值效果较差。
由于受平滑效应的影响,适用于变化平缓的空间属性估计的OK方法,对局部细节的预测效果相对较差,不能很好地表现出土壤盐分含量的空间分布特点。在OK的基础上引入协变量利用CK方法进行空间插值处理,在一定程度上可以提高OK方法的预测效果。马
一般选用普通克里格(OK)法进行预测时不太考虑土壤盐分期
相比较而言,SK方法既克服了平滑效应,又避免了受局部极致影响而产生的“牛眼”现象,得出的空间分布结果既有盐分分布的规律性,又能体现一定的细节,较大程度得还原了土壤盐分含量的空间异质性。结合插值模型的精度,SK方法也具有最高的运算精度,所以可以认为该研究区在进行土壤盐分空间分布预测时,SK方法的适用性最优,在黄河三角洲地区土壤盐分空间分布预测中具有较高的应用价值。在SK模型中,期望值被认为已知的,所以在对不同研究区或不同空间属性数据应用SK方法时,需要预先对数据进行统计分析,选定一个合适的期望值,以期达到更好的预测效果。
通过分析部分相关的文献(
(1)黄河三角洲典型区土壤盐分属于强变异程度。在沿海岸线向内陆的方向上,土壤盐分含量的空间分布呈明显降低的趋势,即离渤海越远,土壤盐分含量越低,具有明显的规律性。土壤盐分含量较多的地区集中在研究区东南部、西南部和东部沿海地区。
(2)通过对误差精度和空间分布特点的综合分析,地统计不确定性插值法的预测效果优于确定性插值法。在地统计插值方法中,SK法呈现出的空间分布规律简单明了,在对土壤盐分含量空间分布预测中,具有较高的预测精度。在土壤属性变异强度大的时候,采用简单克里格效果会更好。
(3)基于最优的SK方法,对研究区土壤盐分进行空间分布预测,并统计计算不同等级盐分的土地面积。非盐渍化、轻度盐渍化、中度盐渍化、重度盐渍化和盐土面积分别占研究区总面积的2.54%、27.14%、43.70%、21.21%、5.41%。
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