南京林业大学学报(自然科学版) ›› 2022, Vol. 46 ›› Issue (3): 177-184.doi: 10.12302/j.issn.1000-2006.202103028
陈超1(), 齐斐1, 徐雁南1,*(), 黎家作2, 赵传普2, 苏新宇2
收稿日期:
2021-03-11
接受日期:
2021-05-06
出版日期:
2022-05-30
发布日期:
2022-06-10
通讯作者:
徐雁南
基金资助:
CHEN Chao1(), QI Fei1, XU Yannan1,*(), LI Jiazuo2, ZHAO Chuanpu2, SU Xinyu2
Received:
2021-03-11
Accepted:
2021-05-06
Online:
2022-05-30
Published:
2022-06-10
Contact:
XU Yannan
摘要:
【目的】探讨不同空间抽样方法和插值方法对土壤侵蚀预测精度的影响,为县域土壤侵蚀快速评价提供技术支撑。【方法】以沂蒙山区蒙阴县为研究区,GF-1号和GF-6号卫星影像、1∶1万地形图等数据为基础数据源,基于空间自相关理论,采用不同的空间抽样方法和空间插值方法,对研究区土壤侵蚀状况进行快速抽样预测研究。【结果】①根据全局Moran’s I指数、Z score和平均图斑类型,选取400 m×400 m方格为抽样单元最优尺寸。②与空间随机抽样、空间系统抽样方法相比,空间分层抽样样本容量最少(150个,其他样本容量最均超过250个),抽样精度最高(96.69%),抽样效率最高。③空间分层抽样下,普通克里金法和协同克里金法的计算结果与栅格计算法差异较小,相对差异分别为8.25%和9.85%(另两种方法的相对误差大于25%),但在空间分布上,受坡度影响的协同克里金法土壤侵蚀强度分布更为详细。【结论】综合考虑抽样调查的精度和工作量,在沂蒙山区县域尺度开展土壤侵蚀调查工作时,可采用空间分层抽样和协同克里金法或普通克里金法的方法进行土壤侵蚀快速预测,从而为区域生态环境保护提供重要数据支撑。
中图分类号:
陈超,齐斐,徐雁南,等. 基于空间自相关的县域尺度土壤侵蚀抽样方法研究[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2022, 46(3): 177-184.
CHEN Chao, QI Fei, XU Yannan, LI Jiazuo, ZHAO Chuanpu, SU Xinyu. Sampling methods of soil erosion at county scale based on spatial autocorrelation[J].Journal of Nanjing Forestry University (Natural Science Edition), 2022, 46(3): 177-184.DOI: 10.12302/j.issn.1000-2006.202103028.
表1
普通克里金法下不同空间抽样方法土壤侵蚀强度结果"
空间抽样方法 sampling methods | 土壤侵蚀面积/km2 area | 比例/% ratio | 相对误差/% relative error | |||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
合计 total | 轻度 mild | 中度 moderate | 强烈 intense | 极强烈 extreme | 合计 total | 轻度 mild | 中度 moderate | 强烈 intense | 极强烈 extreme | 总体 total | 轻度 mild | 中度 moderate | 强烈 intense | 极强烈 extreme | ||
栅格计算法GC | 506.76 | 492.19 | 12.64 | 1.67 | 0.26 | 31.58 | 30.67 | 0.79 | 0.10 | 0.02 | ||||||
随机抽样SRS | 610.34 | 605.68 | 4.39 | 0.24 | 0.03 | 38.02 | 37.74 | 0.27 | 0.01 | 0.00 | 20.44 | 23.06 | 65.31 | 85.80 | 90.21 | |
系统抽样SSS系统 | 578.22 | 576.20 | 2.02 | 0.00 | 0.00 | 36.04 | 35.91 | 0.13 | 0.00 | 0.00 | 14.10 | 17.07 | 84.05 | 100.00 | 100.00 | |
分层抽样SSS分层 | 548.58 | 529.74 | 17.95 | 0.75 | 0.14 | 34.21 | 33.01 | 1.14 | 0.05 | 0.01 | 8.25 | 7.63 | 42.00 | 55.05 | 44.50 |
表3
空间分层抽样下不同插值方法土壤侵蚀强度结果"
插值方法 interpolation methods | 水土流失面积/km2 area | 比例/% ratio | 相对误差/% relative error | |||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
合计 total | 轻度 mild | 中度 moderate | 强烈 intense | 极强烈 extreme | 合计 total | 轻度 mild | 中度 moderate | 强烈 intense | 极强烈 extreme | 合计 total | 轻度 mild | 中度 moderate | 强烈 intense | 极强烈 extreme | ||
栅格计算法GC | 506.76 | 492.19 | 12.64 | 1.67 | 0.26 | 31.58 | 30.67 | 0.79 | 0.10 | 0.02 | ||||||
反距离权重法IDW | 885.76 | 819.08 | 61.51 | 4.36 | 0.82 | 55.20 | 51.04 | 3.83 | 0.27 | 0.05 | 74.79 | 66.41 | 386.62 | 160.88 | 215.76 | |
样条函数法SFM | 633.65 | 546.35 | 78.39 | 6.48 | 2.43 | 39.49 | 34.05 | 4.88 | 0.40 | 0.15 | 25.04 | 11.00 | 520.15 | 288.29 | 833.02 | |
普通克里金法o-Kriging | 548.58 | 529.74 | 17.95 | 0.75 | 0.14 | 34.18 | 33.01 | 1.12 | 0.04 | 0.01 | 8.25 | 7.63 | 42.00 | 55.05 | 44.50 | |
协同克里金法co-Kriging | 556.66 | 519.87 | 34.47 | 1.98 | 0.33 | 34.69 | 32.40 | 2.15 | 0.12 | 0.02 | 9.85 | 5.62 | 172.74 | 18.37 | 28.81 |
图4
蒙阴县主要土壤类型面积、土地利用类型面积和不同坡度面积占比及绝对误差 A.土壤类型soil type:Ⅰ.酸性粗骨土acid skeleton soil;Ⅱ.砂质非灰性河潮土sandy non-gray moisture soil;Ⅲ.棕壤brown soil;Ⅳ.麻砂棕壤性土sandy brown soil;Ⅴ.红黏土red clay;Ⅵ.灰质淋溶褐土lime leached cinnamon soil;Ⅶ.黏质中层灰质淋溶褐土clay middle calcareous leached cinnamon soi;Ⅷ.石灰岩钙质粗骨土limestone calcareous skeleton soil;Ⅸ.红土red soil;Ⅹ.洪冲积潮棕壤flood alluvial moisture brown soil。B.土地利用类型landuse type:1.平缓地flat land;2.坡耕地sloping land;3.梯田terrace;4.平地果园flat orchard;5.坡地果园sloping orchard;6.梯田果园terrace orchard;7.防护林shelter belt;8.用材林timber forest;9.灌木林地shrubbery;10.其他林地other woodland;11.其他草地mining land;12.建设用地construction。C. 坡度slope: ⅰ.0°~2°;ⅱ.≥2°~5°;ⅲ.≥5°~8°;ⅳ.≥8°~15°;ⅴ.≥15°~25°;ⅵ.≥25°。"
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