京冀山前地区土壤质地时空变异特征及成因分析

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土壤质地作为土壤的基本属性特征,质地相似的土壤,往往具有类似的肥力特征。了解不同空间尺度下的土壤质地分布与变异规律,对于土壤资源评价和可持续性精准管理至关重要。目前关于土壤质地空间分布的研究多集中在山地丘陵区,对山前冲积扇较平缓区域及此类地区大、中不同尺度的研究相对较少。本文选择京冀西南部山前冲积扇地区,分析中尺度下(山前冲积扇地区)和大尺度下(京冀西南部太行山东部区域)土壤质地的空间变异特征及其关键环境因素,为土壤资源评价和管理提供高精度数据基础,同时为大样本、大尺度的土壤普查制图提供模型制图的研究基础和依据。在中尺度下选取的普通克里金法(OK)、回归克里金法(RK)和随机森林(RF)三种方法,在大尺度下选取极端梯度提升(XGB)和随机森林(RF)两种方法,并通过中尺度下50个验证集和大尺度下352个验证集对预测模型进行精度评价,分析两个尺度下的空间变异特征和预测模型的关键环境因子。主要结论如下:(1)随机森林(RF)预测模型在中尺度和大尺度下均取得最优结果。山前冲积扇中尺度下土壤砂粒含量整体趋势为东南部低,西北部高,粉粒和黏粒的整体趋势为东南部高,西北部低。(2)山前冲积扇中尺度下,对于砂粒和粉粒,土壤类型(SOTY)和高程(ELVA)对土壤质地的贡献度最高,植被因子、地表温度、风力作用指数(WEI)和流量累积(FLAC)对土壤质地贡献度相对较低。对于黏粒,空间自相关的精度优于使用环境变量。这说明在山前冲积扇地区地形较平缓,砂粒和粉粒对地形变量较敏感;而黏粒由于大部分在东南部区域,地形变化幅度小,受水流冲积后分布格局固定,空间自相关性高。(3)京冀西南部大尺度下山前冲积扇地区轻壤土分布最广,可能是受到黄土高原土壤质地的影响;砂土和重壤土的分布具有区域性,砂土主要分布在流域附近且周围多为砂壤土,重壤土主要分布在东南部近湖泊区域,中壤土位于过渡区域。形成整体由西到东,土壤质地由轻到重的空间分布。土壤母质(PAMA)对土壤质地贡献度最高,其次是地形因子和气候因子。在省级尺度,气候已经显现出对提高土壤质地预测精度的能力。风积物和砂质冲积物土壤质地较轻;湖积物和黏质冲积物土壤质地较黏重;黄岗片麻岩母质土壤质地多为砂壤、轻壤;河流冲积上部,土壤质地较轻,河流冲积下部至湖积区域,土壤质地逐渐变重。
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