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近二十年来,以定量土壤-景观模型为理论基础、以空间分析(如“3s(Geographic Information System,Global Positioning System,Remote sensing)”、数字地面分析等)和数学分析为技术手段的土壤制图方法在全世界范围内得到了广泛研究,形成了数字土壤制图方法。从大量研究中可以看到,数字土壤制图方法与基于专家经验和手工绘制的传统土壤制图方法相比,具有多种优点,例如提高制图精度,降低制图成本同时提高制图效率,制图成果可以被及时更新并能重复使用等。
为了适应土壤制图发展的大趋势,并继续深入地研究数字土壤制图方法,本研究在具有亚热带丘陵特征的皖南山区内,选择局部范围(11.3km2)为研究区,利用空间分析技术建立该研究区的数字高程模型(Digital elevation model,DEM),从中提取出多种地形因子信息,同时在研究区内的局部典型地区采样,获取土壤信息,以这两种信息为基础,本研究展开了数字土壤制图研究:
(1)利用相关分析和多重比较,分析研究区内土壤属性、土壤类型与地形因子之间的关系,并从土壤发生学角度讨论这种关系。结果表明:土壤属性与地形因子之间普遍存在着显著相关性;地形因子在土壤类型之间的差异性显著;土壤属性、土壤类型与地形因子之间的显著定量关系是土壤发生形成过程所决定的,具有土壤发生学理论意义。
(2)基于土壤-地形关系,利用逐步线性回归和逐步线性判别分析方法,分别模拟土壤属性、土壤类型与地形因子之间的关系模型;进而应用该关系模型预测制图研究区内的土壤属性、土壤类型。结果表明,线性土壤-地形关系模型能较好地解释土壤属性的空间变异,并能较好地判别土类。用研究区内的验证点检验土壤制图准确度的结果表明,土壤属性制图和土类制图的准确度较好。其中,土类制图的准确度高于传统土壤图。此外,与传统土壤图相比,应用土壤-地形关系模型生成的土壤图更加真实地反映了土壤在空间上的连续变化规律。
(3)分析DEM栅格分辨率对线性土壤-地形关系模型及其制图应用的影响。分别在6种不同栅格分辨率的DEM中,建立线性土壤-地形关系模型,并应用这些模型对土壤属性制图。对比分析不同栅格分辨率DEM中地形因子的变化规律,结果表明,在DEM栅格分辨率降低对地形的平滑和综合作用下,从DEM中提取的地形因子,即坡度、平面曲率、剖面曲率、特定汇水面积自然对数,都有着高值变低、低值变高的集中趋势。地形因子的这种变化规律对基于线性回归方法的土壤属性-地形关系模型并没有太大影响,但对其制图应用的影响较大。
(4)在模糊c均值聚类研究区地形的基础上,以土壤表层有机质制图为例,研究几种优选模糊聚类结果的方法对土壤-地形关系模型及其制图应用的影响。结果表明:在合理的聚类结果下,土壤表层有机质含量的制图效果较好,制图准确度较高。因此,本研究认为,在基于模糊聚类地形的数字土壤制图中,应选择合理、有效的聚类结果。
(5)利用分类树对不同分级土壤类型(土纲、土类、亚类)进行制图研究。直接应用分类树对土壤类型制图的结果表明,不同分级土壤类型的制图准确度有较大差异,表现为分类级别越高,制图准确度越高,且土类制图准确度均高于判别式制图土类和传统土壤图上土类信息的准确度。针对土壤类型的分级性,本研究展开了基于高级土壤类型制图结果的低级土壤类型制图(分级制图)研究。结果表明:在基于土纲制图结果的土类分级制图中,准确度低于土类直接制图的准确度,但仍高于土类判别式制图和传统土壤图的准确度;在基于土类直接制图结果的亚类分级制图中,准确度高于亚类直接制图准确度,且两者的准确度均高于基于土纲、土类连续分级的亚类分级制图准确度。