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数字土壤制图技术:从传统到智能化的演进
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作者 于雷 周雪妍 +3 位作者 易军 刘目兴 梁嘉怡 李硕 《华中师范大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期509-519,共11页
该文聚焦数字土壤制图技术,系统梳理其发展脉络,剖析核心技术,挖掘应用潜力,审视现存挑战并展望未来趋向.数字土壤制图技术早期囿于技术瓶颈,土壤制图依赖传统实地勘查与手工绘制,成效欠佳,自1970年代个人计算机技术萌芽后开启数字化尝... 该文聚焦数字土壤制图技术,系统梳理其发展脉络,剖析核心技术,挖掘应用潜力,审视现存挑战并展望未来趋向.数字土壤制图技术早期囿于技术瓶颈,土壤制图依赖传统实地勘查与手工绘制,成效欠佳,自1970年代个人计算机技术萌芽后开启数字化尝试,1980年代至2010年代历经地理信息技术革新与建模技术突破,2010年代后,多源数据融合、人工智能赋能创新及全球协同合作共享渐次深化,推动数字土壤制图技术日臻成熟完善.数字土壤制图的核心技术架构具有传统与现代技术有机结合的特点,数据采集环节融合传统采样、遥感探测及近地传感等技术方法,全方位提升样本品质与数据丰富度、效率及分辨率;数据处理分析依托地统计学进阶与机器学习算法优化,强化土壤属性预测精密度、模型普适性与可阐释性;模型构建则将传统模型改良深度嵌入智能模型,模拟土壤过程细节、构建新颖算法框架,提升模拟效能与制图精度.数字土壤制图技术应用于精准农业,为施肥灌溉及田间管理精准赋能,增益农业综合效益与可持续性;应用于土地资源管理,指引土地规划布局、防治土壤侵蚀退化;应用于生态环境与气候变化研究,评估生态系统服务功能、支撑生物多样性保护与气候适应协同;应用于土壤调查与普查领域,驱动土壤普查技术体系升级、深化土壤三普数据价值.目前,数字土壤制图虽仍困于数据质量参差、不确定性高、模型精度局限、跨学科协作阻滞及知识融合路径狭窄等难题,但是,伴随人工智能、大数据、物联网前沿科技深度交融,数字土壤制图必将开启智能化、精细化、实时化新纪元,借人工智能洞悉数据潜能、凭大数据构筑共享平台、依物联网达成实时感知传输,持续拓宽应用边际、深化融合层次,为全球土壤资源稳健管理、生态和谐稳定、农业绿色发展及气候变化积极应对筑牢根基. 展开更多
关键词 数字土壤制图 土壤地理 技术演进 挑战与展望
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典型黑土区农场尺度土壤属性数字制图方法对比研究
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作者 王奇 王世航 +4 位作者 陶勤 刘峰 宋效东 赵明松 徐胜祥 《土壤》 北大核心 2025年第2期430-444,共15页
以东北典型黑土区友谊农场核心示范区为研究区,选取土壤因子、地形因子和遥感指数等环境变量,运用普通克里格(OK)、地理加权回归(GWR)、随机森林(RF)和随机森林–普通克里格(RF-OK)4种代表性数字土壤制图模型,对示范区表层土壤p H、土... 以东北典型黑土区友谊农场核心示范区为研究区,选取土壤因子、地形因子和遥感指数等环境变量,运用普通克里格(OK)、地理加权回归(GWR)、随机森林(RF)和随机森林–普通克里格(RF-OK)4种代表性数字土壤制图模型,对示范区表层土壤p H、土壤有机质(SOM)和土壤全氮(TN)进行空间预测制图,并根据模型精度选择最优模型绘制出空间分布不确定性图。结果表明:(1)示范区表层土壤p H、SOM和TN含量平均值分别为6.63、42.26 g/kg和1.94 g/kg,变异系数分别为13.67%、29.50%和31.98%,均属于中等程度空间变异;(2)对比4种模型精度指标,RF-OK模型对示范区p H和SOM的预测性能表现最佳(R^(2)=0.83,CCC=0.84,RMSE=0.41和R^(2)=0.72,CCC=0.68,RMSE=7.36 g/kg);RF模型对TN的预测性能最佳(R^(2)=0.59,CCC=0.68,RMSE=0.36 g/kg);(3)示范区3种土壤属性的空间分布表现出较强的空间异质性,4种模型预测的土壤p H、SOM和TN空间分布的整体变化趋势基本一致,均表现出东北部高、西南部低的空间格局。本研究将不仅为示范区精准农业管理提供数据支持,也为数字土壤制图在实际应用中预测方法的选取提供有价值的参考。 展开更多
关键词 土壤有机质 土壤全氮 数字土壤制图 随机森林 地理加权回归
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县域随机森林数字土壤属性制图预处理优化方法
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作者 王凤仪 赵东保 +1 位作者 刘湃 肖炼 《智慧农业导刊》 2025年第5期41-45,共5页
随机森林是数字土壤属性制图的重要方法,该文考虑数据不平衡性和环境变量多重共线性问题,对随机森林制图方法预处理阶段开展优化处理研究。该研究以河南省邓州市2007年表层土壤样点的pH推测制图为例,针对pH数据分布的不平衡性,采用SMOG... 随机森林是数字土壤属性制图的重要方法,该文考虑数据不平衡性和环境变量多重共线性问题,对随机森林制图方法预处理阶段开展优化处理研究。该研究以河南省邓州市2007年表层土壤样点的pH推测制图为例,针对pH数据分布的不平衡性,采用SMOGN算法确保pH推测范围符合实际分布情况。针对环境变量的多重共线性问题,对比分析膨胀因子,主成分分析和逐步回归等方法的制图精度,并给出消除多重共线性的方法。当顾及数据不平衡性和消除多重共线性后,全部样点的平均绝对误差和均方根误差精度指标均获得提升。土壤pH范围更广,对pH的极端值也能够进行推测。该文方法可有效保障pH推测值的分布范围更符合实际情况,并提升随机森林方法的pH推测精度。 展开更多
关键词 数字土壤属性制图 土壤PH 随机森林 数据不平衡性 多重共线性
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基于随机森林模型的旺业甸实验林场土壤全氮数字制图 被引量:3
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作者 甄诚 王海燕 +4 位作者 雷相东 赵晗 董齐琪 崔雪 仇皓雷 《华中农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期249-257,共9页
为探究林场土壤全氮含量的空间分布特征及对环境因素的响应,以旺业甸实验林场为研究区,采用随机森林模型和Cubist模型建立了不同土层深度(0~10、10~30、30~50cm)土壤全氮含量与环境协变量(海拔、归一化植被指数、年平均降水量、年平均... 为探究林场土壤全氮含量的空间分布特征及对环境因素的响应,以旺业甸实验林场为研究区,采用随机森林模型和Cubist模型建立了不同土层深度(0~10、10~30、30~50cm)土壤全氮含量与环境协变量(海拔、归一化植被指数、年平均降水量、年平均气温、y坐标和坡向)之间的定量关系模型,对该区土壤全氮含量进行预测并制图,并分析了影响土壤全氮空间变异的控制性因素。研究结果显示:0~10、10~30、30~50cm土层实测全氮含量的均值分别为3.20、2.02、1.47g/kg,土壤全氮的平均含量随土层深度的增加而降低;3个土层深度土壤全氮预测随机森林模型的决定系数R2分别为0.59、0.42和0.39,均优于决定系数R2分别为0.56、0.38和0.34的Cubist模型,2种模型预测精度都随土层深度的增加而降低,各环境因素对土壤全氮空间分布的影响作用随土层深度的增加而减小;从随机森林模型土壤全氮预测图来看,不同土层深度土壤全氮含量均呈现西部、北部和中部低,西南、东南和东部高的空间格局,不确定性图显示随机森林模型预测土壤全氮含量分布具有较低的标准差;海拔对土壤全氮含量的影响最大,其他依次为:归一化植被指数>年平均降水量>年平均气温>y坐标>坡向。结果表明,随机森林模型可以作为有效预测该林场不同土层深度土壤全氮含量的方法。 展开更多
关键词 土壤全氮 随机森林模型 空间分布 土层深度 数字土壤制图
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川西南山区县域数字土壤制图研究 被引量:1
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作者 谭溪晗 冯文兰 +4 位作者 秦鱼生 陈琨 喻华 仙巍 蒲怡芸 《西南农业学报》 CSCD 北大核心 2024年第9期2086-2095,共10页
【目的】研究环境变量的筛选和土壤类型空间推理方法的选择,为有效提高县域数字土壤制图精度提供参考。【方法】以四川省盐源县为研究区,将气候要素、地形数据和遥感影像作为推理制图的辅助因子,利用野外采样点数据和环境协变量因子,采... 【目的】研究环境变量的筛选和土壤类型空间推理方法的选择,为有效提高县域数字土壤制图精度提供参考。【方法】以四川省盐源县为研究区,将气候要素、地形数据和遥感影像作为推理制图的辅助因子,利用野外采样点数据和环境协变量因子,采用决策树分类方法对环境特征进行重要性排序,特征筛选和组合优选,通过对比决策树分类、支持向量机和随机森林3种土壤分类方法的制图精度,探索基于土壤-环境关系理论提高具有立体气候特征的山区县域数字土壤制图精度的途径。【结果】(1)气候和地形特征在研究区土壤分类中起重要作用,采用单一气候因素作为土壤筛选分类的环境变量可获得土壤分类筛选精度为83.22%,依次增加地形和生物特征可分别使筛选精度提升至85.78%和89.43%;(2)与其他模型相比,随机森林模型制图效果更好,对比采样点数据的土壤分类总体精度为77.10%,Kappa系数为0.72;(3)气候因子以及地形因素对水热条件的影响是决定研究区土壤类型空间分布异质性的主要原因,年均气温、年积温、年降水量、相对湿度、高程、地形湿润度等环境特征因子与研究区主要土壤类型的空间分布关系密切。【结论】在具有立体气候特征的山区,基于随机森林方法使用气候、地形和遥感数据进行数字土壤分类制图有较好的效果。 展开更多
关键词 数字土壤制图 气候要素 地形要素 土壤-环境关系 复杂山区
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基于特征筛选算法的数字土壤制图研究 被引量:3
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作者 张晓婷 黄魏 +2 位作者 傅佩红 孟可 王苏放 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期635-647,共13页
平缓地带数字土壤制图中,环境协变量的选择是提高制图精度的关键。已有研究证明遥感影像可作为推理制图的辅助因子,而如何确定环境因子推理制图时各自的权重已成为现阶段研究的重点。选取湖北省麻城市乘马岗镇为研究区,采用3种特征筛选... 平缓地带数字土壤制图中,环境协变量的选择是提高制图精度的关键。已有研究证明遥感影像可作为推理制图的辅助因子,而如何确定环境因子推理制图时各自的权重已成为现阶段研究的重点。选取湖北省麻城市乘马岗镇为研究区,采用3种特征筛选方法进行有效环境变量筛选,探索参与平原-丘陵混合区域制图的因子并确定其重要性,依据选择的相对稳定的指标,进一步探索提高土壤类型制图准确性的途径。根据141个野外独立样点的检验结果表明:在推理制图中,遥感因子在平原区域的重要性程度高于丘陵区域,且遥感因子中归一化植被指数(NDVI)和均值(Mean)较为稳定;基于递归特征算法的按地形推理制图精度最高为75.89%,分别高于ReliefF算法和基于Tree的特征筛选算法13.48%和4.97%;此外3种特征筛选算法制图结果中,按地形因子分区制图的精度均高于整体区域制图。因此,遥感因子作为辅助手段参与推理过程可有效提高制图精度。本研究采用的特征挖掘与机器学习算法对提升土壤制图精度具有一定的理论意义。 展开更多
关键词 土壤-环境知识获取 特征筛选 数字土壤制图 贝叶斯优化 梯度提升树
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基于机器学习的数字土壤制图研究进展 被引量:2
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作者 梅帅 童童 +6 位作者 应纯洋 汪甜甜 章梅 汤萌萌 蔡天培 马友华 王强 《农业资源与环境学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期744-756,共13页
通过数字土壤制图可以高效、精准地获取土壤信息。近年来,随着计算机学科的快速发展和土壤-景观模型被广泛认同,采用机器学习方法进行数字土壤建模已成为数字土壤制图的主流思路,这为土壤空间分布的定量解释提供了一种不同于地统计学、... 通过数字土壤制图可以高效、精准地获取土壤信息。近年来,随着计算机学科的快速发展和土壤-景观模型被广泛认同,采用机器学习方法进行数字土壤建模已成为数字土壤制图的主流思路,这为土壤空间分布的定量解释提供了一种不同于地统计学、专家知识和个体代表性等传统制图技术的新模式。本文综述了国内外数字土壤制图领域的研究成果,从利用机器学习技术进行土壤制图的基本理论、制图方法、展望三个方面完整系统地阐述了数字土壤制图领域的主要进展,其中数字土壤制图方法包括特征信息的选择、制图模型的选择和土壤图的精度验证。研究结果为全面、实时和精确获取土壤信息空间分布提供参考。 展开更多
关键词 数字土壤制图 机器学习 环境协同变量 预测模型 精度验证
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人工智能深度学习模型在土壤属性数字制图中的应用
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作者 伍维模 《智慧农业导刊》 2024年第12期11-15,共5页
为提高土壤属性数字制图预测精度,以及随着遥感环境变量数据量的增加、算力的增强和开源深度学习框架的普及,数字土壤制图正在从传统的知识驱动模型向数据驱动的人工智能深度学习模型转变。该文以土壤关键属性有机碳为例,分析归纳土壤... 为提高土壤属性数字制图预测精度,以及随着遥感环境变量数据量的增加、算力的增强和开源深度学习框架的普及,数字土壤制图正在从传统的知识驱动模型向数据驱动的人工智能深度学习模型转变。该文以土壤关键属性有机碳为例,分析归纳土壤有机碳数字制图深度学习模型的理论基础、模型结构、亟待解决的有关环境变量空间上下文信息和多模态数据整合及模型可解释性等问题,旨在促进人工智能深度学习模型在第三次全国土壤普查土壤属性制图中的应用。 展开更多
关键词 数字土壤制图 深度学习 神经网络 土壤属性 土壤有机碳
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基于结合型制图方法的土壤类型推理研究
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作者 李坤 黄魏 +2 位作者 傅佩红 陈宇昊 王子影 《土壤学报》 北大核心 2025年第2期348-361,共14页
通过数字土壤制图获取更高精度的土壤类型空间分布,对于人们合理利用土地资源具有重要意义。本研究基于实地采样点根据母质类型筛选环境因子,并使用随机森林,土壤景观推理模型方法(Soil-land Inference Model,So LIM)、K邻近算法(K-Near... 通过数字土壤制图获取更高精度的土壤类型空间分布,对于人们合理利用土地资源具有重要意义。本研究基于实地采样点根据母质类型筛选环境因子,并使用随机森林,土壤景观推理模型方法(Soil-land Inference Model,So LIM)、K邻近算法(K-Nearest Neighbor,KNN)等三种不同制图方法分别分区建模,得到制图结果后合并形成全域土壤类型空间分布图,继而,使用FP-Growth算法挖掘环境因子内部关联关系(频繁项集),分别将其与上述三种制图结果结合,再次推理土壤类型空间分布。制图结果显示:(1)按母质类型分开制图的效果和精度均较母质一起制图时好,且土壤类型空间分布的推理也更加合理。(2)随机森林与频繁项集结合制图在本研究中精度最高,为70.73%,且与另外两种结合方法推理的土壤类型空间分布也有一定的相似性,通过对比分析能够确定研究区土种类型的空间分布。(3)与频繁项集结合后,三种方法的制图精度和Kappa系数均有提升,提升最多的为KNN方法(分别提升9.76%,11.70%),最少的为随机森林方法(分别提升4.88%,5.85%),验证了本文设计结合方法的有效性。本研究主要进行了两方面探究,一方面探究了母质对环境因子筛选的影响,为数字土壤制图的因子筛选提供参考;另一方面通过将频繁项集与不同制图方法相结合为数字土壤制图提供了新的方法和思路,同时也为关联关系的信息化应用提供了参考。 展开更多
关键词 环境因子 母质 机器学习 频繁项集 数字土壤制图
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数字土壤属性制图研究进展
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作者 应纯洋 周晓天 +3 位作者 张代维 梅帅 马友华 吴雷 《现代农业科技》 2024年第23期133-142,149,共11页
土壤是维持人类生存与发展的关键自然资源,其属性的空间分布对粮食安全、水资源保护、生态多样性、气候变化等全球性问题具有重要意义。为更有效地利用土壤资源,需要对其属性进行精确的数字化描述。传统土壤属性制图方法因其局限性,已... 土壤是维持人类生存与发展的关键自然资源,其属性的空间分布对粮食安全、水资源保护、生态多样性、气候变化等全球性问题具有重要意义。为更有效地利用土壤资源,需要对其属性进行精确的数字化描述。传统土壤属性制图方法因其局限性,已不能满足现代精准农业和生态模拟的需求。数字土壤属性制图作为一种新兴技术,能够更精准地预测土壤养分的空间分布特征。目前,数字土壤属性制图的研究主要体现在地统计学方法、数理统计方法和机器学习模型的应用。地统计学方法通过分析土壤属性的空间自相关性,模拟其空间分布规律,并通过克里金法等进行空间预测。数理统计方法则主要用于探索土壤属性与环境因素之间的关系,构建预测模型。机器学习,如决策树、随机森林、人工神经网络、支持向量机等,通过构建模型预测土壤属性,并在土壤分类、养分预测等方面表现出较高准确性。然而,土壤属性空间分布的预测受样点布设方法的影响较大。因此,合理设计采样点的位置和数量,以及采用适当的布局方式,对于提高预测结果的准确性和可靠性至关重要。未来,数字土壤属性制图的研究将朝向多尺度、技术融合、人工智能化、精细化、动态更新等方向发展,以满足农业生产和土地资源管理的精准化需求。 展开更多
关键词 土壤属性 数字土壤属性制图 环境变量 地统计学 数理统计 机器学习 样点分布 研究进展
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CyberSoLIM:基于知识驱动的在线数字土壤制图原型系统 被引量:7
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作者 江净超 朱阿兴 +3 位作者 秦承志 杨琳 刘峰 张淑杰 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第6期1216-1220,共5页
土壤属性空间分布信息是进行土壤侵蚀、水文、生态和养分循环等地学模拟研究的重要基础信息,数字土壤制图是以定量土壤一景观模型为理论基础、以空间分析和数学方法为技术手段的土壤调查与制图方法,为快速地获取高精度、高分辨率的土... 土壤属性空间分布信息是进行土壤侵蚀、水文、生态和养分循环等地学模拟研究的重要基础信息,数字土壤制图是以定量土壤一景观模型为理论基础、以空间分析和数学方法为技术手段的土壤调查与制图方法,为快速地获取高精度、高分辨率的土壤分布信息提供了有效的途径。 展开更多
关键词 数字土壤制图 知识驱动 在线应用系统
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基于样点的数字土壤属性制图方法及样点设计综述 被引量:17
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作者 张淑杰 朱阿兴 +1 位作者 刘京 杨琳 《土壤》 CAS CSCD 北大核心 2012年第6期917-923,共7页
土壤剖面数据与土壤类型图按照某种原则进行连接是目前获取土壤属性空间分布信息的主要方法,这种传统的土壤属性制图方法以土壤专家的"经验"和手工描绘为基础,耗费资本高、生产周期长。数字土壤制图通过借鉴先进的空间信息处... 土壤剖面数据与土壤类型图按照某种原则进行连接是目前获取土壤属性空间分布信息的主要方法,这种传统的土壤属性制图方法以土壤专家的"经验"和手工描绘为基础,耗费资本高、生产周期长。数字土壤制图通过借鉴先进的空间信息处理技术和高分辨率地形数据的优势,能够快速地获取高精度、高分辨率的土壤属性空间变化信息,是一种精细、高效、经济的土壤属性制图技术。本文详细介绍了基于样点进行数字土壤属性制图的3种方法:①基于空间自相关的方法;②基于空间自相关和土壤-环境关系混合相关的方法;③基于土壤-环境关系的方法。同时,为保证样点能够全面地捕捉到研究区内土壤属性空间变异特征,以上3种方法都对样点的数量、分布或典型性提出了较为严格的要求,即样点应具有全局代表性。因此,如何设计样点成为数字土壤属性制图中的一个重要问题。依据样点设计过程中是否能够整合已有样点,本文将样点设计方案分为采样设计方案和补样设计方案两种,并对其分别进行了详细的综述。 展开更多
关键词 数字土壤属性制图 全局代表性 采样方案设计 补样方案设计
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基于RF和EBKRP算法的新安江流域有效土壤厚度反演
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作者 王尚晓 张晓东 +6 位作者 张明 牛晓楠 周墨 唐志敏 张洁 宗乐丽 徐帅 《水土保持通报》 北大核心 2025年第1期168-177,共10页
[目的]快速、准确地获取区域有效土壤厚度,分析其空间分布特征和影响因素,为植被生长、土壤保持和粮食安全工作提供理论指导。[方法]以新安江流域为研究区,将野外调查数据、地形、岩性和气候等成土因素结合起来,采用经验贝叶斯克里金回... [目的]快速、准确地获取区域有效土壤厚度,分析其空间分布特征和影响因素,为植被生长、土壤保持和粮食安全工作提供理论指导。[方法]以新安江流域为研究区,将野外调查数据、地形、岩性和气候等成土因素结合起来,采用经验贝叶斯克里金回归预测(EBKRP)和随机森林(RF)算法,得到有效土壤厚度反演结果,并分析其与环境变量之间的关系。[结果](1)区域平均有效土壤厚度为0.2~0.3 m,城镇建设集中和人类活动密集的盆地和平原区土壤厚度较高,丘陵山地区则较低。(2)从MAE(平均绝对误差)、R^(2)(判定系数)和RMSE(均方根误差)3项精度评价指标来看,RF算法的预测结果明显优于EBKRP算法,而且更能显示出土壤厚度空间异质性分布特征,在一定程度上提高了土壤厚度数字制图的效果。(3)有效土壤厚度的估算受地形和气候变量的影响较大,它们分别占变量重要性的46.77%和18.78%。[结论] RF算法能够有效实现对区域有效土壤厚度的反演,克服了土壤厚度空间异质性的特点,相较于有限采样的模型更精确,分辨率也更高。 展开更多
关键词 有效土壤厚度 随机森林(RF) 土壤数字制图 经验贝叶斯克里金回归预测(EBKRP) 新安江流域
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空间回归模型在区域数字化土壤制图中的应用——以河南封丘县为例 被引量:4
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作者 李立东 陈杰 +1 位作者 宋轩 刘鹏飞 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第1期21-29,共9页
以河南省封丘县为研究区,以环境协变量信息和先期获得的土壤数值化分类结果为基础数据源,在土壤分类距离空间自相关性分析的基础上,构建土壤分类距离—环境协变量空间回归模型,实施土壤分类距离空间预测,并最终实现研究区25 m分辨率数... 以河南省封丘县为研究区,以环境协变量信息和先期获得的土壤数值化分类结果为基础数据源,在土壤分类距离空间自相关性分析的基础上,构建土壤分类距离—环境协变量空间回归模型,实施土壤分类距离空间预测,并最终实现研究区25 m分辨率数字化土壤制图。输出结果表明,研究区5种主要土壤类型中,普通底锈干润雏形土分布面积最大、弱盐灌於干润雏形土次之,分布比例分别为36%和24%。结合确定性趋势距离和非确定性残差的空间变异特征,阐释了研究区土壤空间分布格局的发生学背景和随机性因素的影响。与基于随机模型的土壤预测制图相比,基于环境协变量空间回归模型的数字化土壤制图输出结果展示了相似的研究区土壤空间分布整体格局,且具有细节清晰、图斑边界自然的特点。一方面能更好地诠释土壤空间分布的连续性和渐变性特征;另一方面能较好地反映微域成土环境对土壤发生学特性空间变异特征的影响。 展开更多
关键词 数字土壤制图 土壤数值化分类 环境协变量 空间自相关 空间回归模型
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三维空间土壤推测与土壤模型构建研究进展
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作者 解宪丽 夏成业 +3 位作者 殷彪 李安波 李开丽 潘贤章 《土壤学报》 北大核心 2025年第1期14-28,共15页
土壤是具有高度异质性的复合体。早期的数字土壤制图研究主要关注水平方向的土壤空间变异和制图,对垂直方向空间变异和土壤三维制图考虑较少。近年来,三维地理信息技术和对地观测与探测技术的快速发展,极大地促进了土壤三维空间数据获... 土壤是具有高度异质性的复合体。早期的数字土壤制图研究主要关注水平方向的土壤空间变异和制图,对垂直方向空间变异和土壤三维制图考虑较少。近年来,三维地理信息技术和对地观测与探测技术的快速发展,极大地促进了土壤三维空间数据获取、三维空间推测、三维数据模型、三维模型构建和可视化方法等方面的研究。本文对三维空间土壤推测与土壤模型构建的已有方法进行梳理和评述,以期为三维数字土壤制图的应用和发展提供建议。以三维土壤制图、三维GIS、三维数据模型、三维地质建模、三维可视化、土壤空间变异、空间推测、克里格插值、土壤-景观分析、深度函数、机器学习、地统计学、随机模拟等为关键词检索Web of Science数据库,基于相关度、引用率和文献来源等因素进一步筛选出重点文献进行分析。归纳整理了土壤空间变异性、三维空间土壤推测、三维空间数据模型和三维模型构建等关键技术的现有研究体系,对各种三维推测和建模方法的优缺点和适用场景作出评价。针对目前研究中存在的垂直方向土壤数据稀少、土壤三维推测精度低、三维模型质量待提高等问题,提出一些可行的研究思路。 展开更多
关键词 三维空间 土壤空间变异性 土壤空间推测 三维数据模型 三维模型构建 数字土壤制图
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福建省漳州市水稻物候特征对稻田土壤有机碳制图的影响 被引量:2
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作者 吴启航 姚园 +5 位作者 李一凡 曹文琦 蔡欣瑶 毋亭 张黎明 邢世和 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期385-397,共13页
高精度土壤有机碳制图是研究耕地土壤有机碳时空格局及其影响机制的基础,相关研究结果可为农田“固碳减排”措施的制定提供决策支持。农业管理活动是农田土壤有机碳发生变化的重要影响因子,但基于农业管理活动的土壤有机碳制图却较为少... 高精度土壤有机碳制图是研究耕地土壤有机碳时空格局及其影响机制的基础,相关研究结果可为农田“固碳减排”措施的制定提供决策支持。农业管理活动是农田土壤有机碳发生变化的重要影响因子,但基于农业管理活动的土壤有机碳制图却较为少见。基于遥感影像提取的物候参数是农业管理活动的直接反映,在研究农业管理活动对农田土壤有机碳的影响方面有较大应用潜力。基于此,本研究以福建省漳州市水稻田为研究对象,利用随机森林算法,基于5组不同的变量组合(A组:仅自然环境变量;B组:自然环境变量+早稻物候参数:C组:自然环境变量+晚稻物候参数;D组:自然环境变量+早稻物候参数+晚稻物候参数;E组:仅早稻物候参数+晚稻物候参数),分别构建土壤有机碳含量预测模型。通过对比5组模型的预测精度、预测值的空间分布特征和相关影响因子的重要性,分析物候参数对于土壤有机碳制图精度的影响作用,挖掘漳州市水田土壤有机碳制图的主要影响因子,解析对漳州市水田土壤有机碳有重要影响作用的农业管理活动。研究结果表明:物候参数的加入能够降低预测模型的误差和提升模型解释方差的能力;对漳州市水田土壤有机碳影响作用最大的物候参数依次为早稻季的NDVI增长速率(h1)、早稻生长季节开始的时间(a1)与早稻季NDVI下降速率(i1);三个最重要的物候参数与土壤有机碳含量分别呈正相关、负相关和负相关,因此,采取能够促使早稻苗早生快发、加快早稻分蘖速率和减缓早稻衰老速率的水肥管理措施可增加耕地土壤有机碳含量。基于物候参数构建预测模型能有效提高农田土壤有机碳制图精度,基于物候参数的农田土壤有机碳制图研究可为农田管理提供决策支持,此次研究结果可为相关研究提供理论依据。 展开更多
关键词 农田土壤有机碳含量 随机森林 物候参数 农田管理措施 数字土壤制图
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基于递归特征消除−随机森林模型的江浙沪农田土壤肥力属性制图 被引量:8
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作者 李安琪 杨琳 +4 位作者 蔡言颜 张磊 黄海莉 吴琪 王雯琪 《地理科学》 CSSCI CSCD 北大核心 2024年第1期168-178,共11页
以江苏省、浙江省、上海市农田为研究区,选用气候、地形、植被、土壤属性等自然环境协变量,及农业机械总动力、每公顷农用化肥施用量、农业总产值、农村用电量等农业活动变量,利用递归特征消除方法(RFE)对环境协变量进行筛选,基于筛选... 以江苏省、浙江省、上海市农田为研究区,选用气候、地形、植被、土壤属性等自然环境协变量,及农业机械总动力、每公顷农用化肥施用量、农业总产值、农村用电量等农业活动变量,利用递归特征消除方法(RFE)对环境协变量进行筛选,基于筛选后的最优变量组合建立随机森林(RF)模型,进行表层土壤pH、有机碳、全氮、全磷、全钾、铵态氮、硝态氮、有效磷、速效钾、交换性钙、交换性镁11种主要土壤肥力属性的空间分布预测,并采用100次重复的十折交叉验证法进行验证。结果表明:①11个模型筛选出的环境协变量类型主要集中在气候、地形与植被变量,表征人类农业活动的变量在有机碳、全磷、全钾、铵态氮和有效磷预测中体现重要作用。②11个模型的决定系数(R^(2))在0.27~0.53,pH、速效钾、交换性镁和交换性钙的预测模型决定系数(R^(2))均在0.45以上。本研究表明人类活动变量对于土壤肥力预测具有重要意义,而递归特征消除−随机森林模型(RFE-RF)可以用于农田主要土壤肥力属性制图,为农业生产提供准确的土壤肥力属性空间分布信息。 展开更多
关键词 递归特征消除 随机森林 土壤肥力属性 农田土壤 数字土壤制图 江浙沪
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面向数字土壤制图的土壤采样设计研究进展与展望 被引量:20
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作者 黄思华 濮励杰 +3 位作者 解雪峰 朱明 阚博颖 谭言飞 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期259-272,共14页
全球化土壤环境问题的出现对基础输入数据的精度、尺度和时序提出了更高要求,面向数字土壤制图的土壤采样研究得到了快速发展。首先利用文献计量学的方法定量化分析国内外土壤采样研究学科分布和研究热点变化;随后重点梳理了国内外土壤... 全球化土壤环境问题的出现对基础输入数据的精度、尺度和时序提出了更高要求,面向数字土壤制图的土壤采样研究得到了快速发展。首先利用文献计量学的方法定量化分析国内外土壤采样研究学科分布和研究热点变化;随后重点梳理了国内外土壤采样研究的文献,根据不同的土壤调查目的、调查区历史采样点将土壤采样设计分为:土壤全面采样设计、土壤补充采样设计、土壤验证采样设计和土壤监测采样设计;最后介绍了基于样点的推理制图方法。在此基础上,对未来在多尺度的土壤采样设计、土壤–环境因子关系的新型假设和采样设计中现实问题的量化等方面进行了展望,旨在为数字土壤调查工作的开展提供参考依据。 展开更多
关键词 数字土壤制图 土壤调查 采样策略 土壤-环境关系
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广义线性地统计模型在典型亚热带丘陵区数字土壤制图中的应用 被引量:4
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作者 郝辰恺 孙孝林 王会利 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期993-1006,共14页
数字土壤制图在当前的应用越来越广泛,其方法主要包括环境相关模型、空间自相关模型,以及这些模型的混合模型。理论上,混合模型相对单一模型具有明显的优势。广义线性地统计模型(GLGM)也是一种混合模型,相对于最常用的混合模型——回归... 数字土壤制图在当前的应用越来越广泛,其方法主要包括环境相关模型、空间自相关模型,以及这些模型的混合模型。理论上,混合模型相对单一模型具有明显的优势。广义线性地统计模型(GLGM)也是一种混合模型,相对于最常用的混合模型——回归克里格(RK),又具有能加入随机效应来解决土壤变异的非平稳性等优势。然而,GLGM因计算繁琐等缺点,在国内外应用较少。本文以广西南宁高峰林场内一小面积(3.03 km^(2))丘陵为研究区,以14个地形因子为预测变量,使用广义线性混合模型(GLMM)及其与普通克里格(OK)相结合的模型(即GLGM),对土壤有机碳(SOC)、pH、黏粒和阳离子交换量(CEC)的空间分布进行预测,并与常用的多元线性回归(MLR)、地理加权回归(GWR)、回归森林(RF)、OK、RK和广义可加模型(GAM)进行比较。结果表明:GLMM在预测黏粒上准确度较高;GLMM和GLGM在预测CEC上准确度中等,但在预测SOC和pH上准确度较低。综合线性回归模型的调整决定系数、块金效应和全局莫兰指数,本文认为,当土壤属性与环境变量具有较低的线性回归调整决定系数(即小于5%)、土壤属性具有较弱的空间自相关性(即块金效应大于71%)和较强的局部空间变异(即全局莫兰指数小于0.09)时,GLMM和GLGM具有较高的适用性,例如本文中的黏粒。反之,GLMM和GLGM的适用性不好,例如SOC和pH。鉴于土壤空间变异的高度异质性和多尺度性,GLMM和GLGM具有较好的应用前景。但是,今后研究还需进一步探讨如何提高GLMM和GLGM的模拟效率。 展开更多
关键词 数字土壤制图 土壤计量学 广义线性地统计模型
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基于核密度估计的土壤样本代表性修正研究 被引量:1
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作者 李坤 陈宇昊 +3 位作者 李文岳 王子影 傅佩红 黄魏 《华中农业大学学报》 北大核心 2025年第1期94-104,共11页
为充分利用历史样点数据获取更可靠的土壤-环境知识,进而获取更高精度的土壤预测推理图,采用样本代表性修正方法获取更高的知识精度,利用样本空间与总体空间环境协变量的空间相似度关系,以核密度估计为基础,采用3种不同算法对每个土壤... 为充分利用历史样点数据获取更可靠的土壤-环境知识,进而获取更高精度的土壤预测推理图,采用样本代表性修正方法获取更高的知识精度,利用样本空间与总体空间环境协变量的空间相似度关系,以核密度估计为基础,采用3种不同算法对每个土壤采样点探寻最优权重,并以土壤表层有机质含量预测制图为例验证方法的科学性和有效性。结果显示,该修正方法最高可将多元线性回归制图的RMSE和MAE分别降低10.30%和12.74%,证实了该方法的可行性与有效性。 展开更多
关键词 环境协变量 空间偏差修正 样本代表性 启发式算法 数字土壤制图 历史样点
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