張婧 畢如田 丁皓希 許月鳳 文偉杰

摘要：黃土丘陵山區(qū)地形復(fù)雜，耕地細(xì)碎，采樣點(diǎn)密度不足，因此研究適宜該區(qū)域的空間插值方法具有重要意義。以山西省偏關(guān)縣為研究區(qū)，基于數(shù)字高程模型（digital elevation model，簡(jiǎn)稱DEM）數(shù)據(jù)生成地形因子，依據(jù)地形因子將研究區(qū)劃分為不同地形單元，利用Kriging插值法對(duì)各地形單元進(jìn)行分層插值，通過疊加不同地形單元的插值結(jié)果，得到全區(qū)域的土壤有機(jī)質(zhì)含量空間分布，并利用均方根誤差和決定系數(shù)評(píng)價(jià)空間插值方法的預(yù)測(cè)精度。結(jié)果表明，采用劃分地形單元分層克里金（Kriging）插值法得到的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的決定系數(shù)為0.375 3，明顯高于全局插值法;均方根誤差精度高于全局插值法，預(yù)測(cè)值無偏性好。因此，基于地形單元的空間插值方法可以更精確有效地獲取土壤有機(jī)質(zhì)空間分布特征，為復(fù)雜山區(qū)低密度采樣下的耕地質(zhì)量調(diào)查與評(píng)價(jià)提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：丘陵山區(qū);地形單元;土壤有機(jī)質(zhì);Kriging插值;DEM數(shù)據(jù)

中圖分類號(hào)： S159文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2021）08-0182-07

收稿日期：2020-11-25

基金項(xiàng)目：國(guó)土資源部公益性行業(yè)項(xiàng)目（編號(hào)：201411007） 。

作者簡(jiǎn)介：張 婧（1995—），女，山西呂梁人，碩士研究生，研究方向?yàn)橥恋乩门c信息技術(shù)。E-mail：zj972775@163.com。

通信作者：畢如田，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事資源環(huán)境信息技術(shù)、土地復(fù)墾與規(guī)劃研究。E-mail：brt@sxau.edu.cn。

有機(jī)質(zhì)是土壤的重要成分和肥力指標(biāo)，精確掌握耕地土壤有機(jī)質(zhì)的空間變異規(guī)律，有利于耕地精準(zhǔn)施肥和耕地養(yǎng)分的科學(xué)管理[1-3]。土壤在時(shí)間和空間是一個(gè)連續(xù)的變異體，在空間上具有相關(guān)度很高的異質(zhì)性，同時(shí)具有尺度依賴性[4]，而作為土壤的重要養(yǎng)分之一，有機(jī)質(zhì)也具有同樣的時(shí)空特征[5-6]。

大量研究表明，土壤有機(jī)質(zhì)的空間變異受多種因素的影響，例如地形因子、成土母質(zhì)、耕作措施、土地利用方式等，地統(tǒng)計(jì)學(xué)的研究中，常忽略這些因素對(duì)有機(jī)質(zhì)質(zhì)量比空間再分配的協(xié)同作用。付曉婷提出了基于地貌類型分類，研究土壤養(yǎng)分空間變異特征方法，但其劃分標(biāo)準(zhǔn)不是很明確，對(duì)于一個(gè)縣域來說尺度比較大，且指標(biāo)單一，這是傳統(tǒng)地形分類現(xiàn)存的問題[7]。對(duì)于地貌類型劃分，韋金麗等以數(shù)字高程模型（digital elevation model，簡(jiǎn)稱DEM）為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，提取坡度，設(shè)計(jì)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)然后分類組合進(jìn)行大致的地形因子歸類，此方法劃分結(jié)果比較粗糙，但為劃分地形單元提供了一定的參考[8]。耕地土壤有機(jī)質(zhì)空間變異規(guī)律主要受地形顯著影響，在田塊尺度上，Yanai等選擇哈薩克斯坦北部半干旱區(qū)探討影響耕地有機(jī)質(zhì)變異的因子，結(jié)果表明地形是主要因素[9];在空間多尺度上，朱洪芬等選擇太原盆地為研究區(qū)，分析不同地形部位土壤有機(jī)質(zhì)變異特征與影響因子的空間多尺度關(guān)系，并且得到了較好的預(yù)測(cè)結(jié)果[10]。趙業(yè)婷等運(yùn)用描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)合地統(tǒng)計(jì)理論，研究了耕地養(yǎng)分空間特征規(guī)律以及相互之間的影響關(guān)系[11];耿廣坡等利用克里金（Kriging）插值結(jié)合遙感的方法探討了各種地形因子與耕層土壤養(yǎng)分含量空間分布規(guī)律的關(guān)系[12]。對(duì)土壤屬性空間預(yù)測(cè)最常用的方法是Kriging插值法[13-14]，但是普通Kriging插值法比較適用于平坦、地形單一的區(qū)域，對(duì)于地形復(fù)雜地區(qū)插值效果一般。根據(jù)地理學(xué)第一定律（土壤屬性信息比較類似是因?yàn)榫哂邢嗤臻g位置屬性的因子特征越相近造成的，土壤屬性差異比較大是因?yàn)榭臻g位置不同）可知，相同的地形單元里，在其地形條件相似的情況下，空間距離上呈現(xiàn)出較細(xì)微的差異，因此土壤有機(jī)質(zhì)空間變異也服從這一規(guī)律;而對(duì)于不同的地形單元，由于地形條件不同，造成空間距離很大差異，因此各種地形因子對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)空間分布規(guī)律有很大的影響。田瑞云等基于多種地形因素，對(duì)DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分類組合劃分出典型地形單元[15]。黃魏等選取地形因子研究土壤有機(jī)質(zhì)空間變異規(guī)律特征，提出基于地形單元的空間插值方法，獲取較高精度的有機(jī)質(zhì)空間分布以及在地統(tǒng)計(jì)中地形的協(xié)同影響，為精細(xì)研究土壤屬性局部空間規(guī)律特征提供了具有實(shí)踐性的參考價(jià)值[16]。

針對(duì)黃土高原丘陵山區(qū)，由于氣候條件與耕作方式基本相同，因此，地形是引起土壤有機(jī)質(zhì)空間變異的重要原因。本研究嘗試依據(jù)地形因子特征屬性將研究區(qū)劃分為不同地形單元，單獨(dú)分析各地形單元下的土壤有機(jī)質(zhì)屬性的空間分布特征，以期為耕地土壤質(zhì)量調(diào)查、土地資源管理以及精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的實(shí)施提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

選擇山西省忻州市偏關(guān)縣為研究區(qū)，地處晉西北的晉蒙交界處（39°12′～39°40′N，111°22′～112°01′E），北依長(zhǎng)城，西鄰黃河，與內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾旗隔河相望，屬北溫帶大陸性氣候，年均氣溫為3～8 ℃，年均降水量為425.3 mm。研究區(qū)處于黃河中游黃土丘陵區(qū)，縣域內(nèi)丘陵起伏，溝壑縱橫，地勢(shì)東高西低，地形復(fù)雜多樣，海拔高度為877～1 844 m。研究區(qū)耕地面積為37 131.03 hm2，耕地細(xì)碎，分布于全縣各種地形類型，如圖1-a所示。偏關(guān)縣成土母質(zhì)主要為黃土母質(zhì)、人工堆墊、沙質(zhì)黃土，土壤類型主要為風(fēng)沙土、黃綿土和栗褐土。收集3 007個(gè)采樣點(diǎn)，約每12.3 hm2 有1 個(gè)采樣點(diǎn)，不同地形采樣間距不均勻，如圖1-b所示。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

本研究所需數(shù)據(jù)包括分辨率為12.5 m的DEM數(shù)據(jù)[來源于中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站（www.gscloud.cn）]、土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)據(jù)（來源于山西省偏關(guān)縣2010年測(cè)土配方項(xiàng)目采樣）、耕地?cái)?shù)據(jù)（來源于2015年1 ∶10 000偏關(guān)縣土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫以及2017年偏關(guān)縣耕地質(zhì)量等級(jí)更新成果）。以上數(shù)據(jù)均經(jīng)空間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、 校正并投影轉(zhuǎn)化為2000國(guó)家大地坐標(biāo)系（CGCS2000）[17]。利用ArcGIS軟件對(duì)數(shù)字高程模型進(jìn)行地形因子提取;采用SPSS軟件對(duì)樣點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析。

2 研究方法

2.1 地形單元?jiǎng)澐旨霸O(shè)計(jì)

地形因子代表的空間特征與環(huán)境效應(yīng)相比有很大的差異，所以在土壤屬性的空間變異規(guī)律中，地形可以作為衡量整個(gè)空間特征的主要影響因素[18-19]。本研究根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況選取坡度（slope）、坡向（aspect）、地形位置指數(shù)（topographic position index，簡(jiǎn)稱TPI）等3個(gè)地形指標(biāo)，利用 12.5 m 精度高程數(shù)據(jù)，在ArcGIS軟件中分析得到3個(gè)地形指標(biāo)，其中運(yùn)用反距離加權(quán)修正法對(duì)地形位置指數(shù)進(jìn)行修正[15]。地形因子在各類地形條件下分布特征具有一定的規(guī)律性，依據(jù)這一屬性的特征，可將偏關(guān)縣耕地劃分為不同的地形單元。本研究主要從DEM中提取出各因子，依據(jù)各因子屬性特征重分類組合，運(yùn)用疊加分析劃分出地形單元。由于受自然條件的影響，研究區(qū)地形復(fù)雜，地形類型多元，依據(jù)研究區(qū)的實(shí)際情況，本著真實(shí)性、典型性、全面性的原則選取11種地形類型，運(yùn)用柵格計(jì)算器按照?qǐng)D2中地形因子分類組合形成目標(biāo)單元類型。其中，依據(jù)耕地坡度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)將坡度分為0°～6°、6°～15°、15°～25° 3級(jí);根據(jù)光照方向?qū)⑵孪騽澐譃殛柶隆腙柶?、陰坡和半陰?個(gè)坡向;根據(jù)地形位置指數(shù)（TPI）結(jié)合坡度、坡向和土壤有機(jī)質(zhì)空間屬性，將耕地劃分為坡腳、平地、平頂峰、溝谷、陰坡、半陰坡、陽坡、半陽坡、陡坡、山脊、坡肩等共11個(gè)地形單元。根據(jù)表征出來的實(shí)際情況，提出地形位置指數(shù)值的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)TPI進(jìn)行分級(jí)，其中SD表示它的標(biāo)準(zhǔn)偏差[20]，劃分指標(biāo)見圖2。最后依據(jù)地形單元結(jié)果分區(qū)劃分采樣點(diǎn)，獲取各種地形下的土壤采樣點(diǎn)，為分地形單元插值作基礎(chǔ)。

2.2 全局空間自相關(guān)

全局空間自相關(guān)通常用來反映地理實(shí)體的空間關(guān)系，而耕地土壤有機(jī)質(zhì)在空間分布上變異規(guī)律也具有差異性。本研究選擇全局莫蘭指數(shù)（I）來衡量全局空間自相關(guān)，公式如下：

I=∑ni=1∑nj=1Wij（Xi-X）（Xj-X）S2∑ni=1∑nj=1Wij。（1）

式中，S2=∑ni=1（Xi-X）2n為樣本方差;Wij是要素i和j之間的空間權(quán)重;∑ni=1∑nj=1Wij為所有空間權(quán)重之和;n為采樣點(diǎn)數(shù)量;Xi、Xj為空間中i和j要素的屬性值;X表示土壤有機(jī)質(zhì)實(shí)測(cè)值的平均值。

將各類地形單元下的土壤有機(jī)質(zhì)作為觀測(cè)變量，通過此方法分析偏關(guān)縣不同地形單元內(nèi)的土壤有機(jī)質(zhì)空間變異特征。由于各地形單元面積大小不等，各地形單元采樣點(diǎn)數(shù)量不一樣，土壤有機(jī)質(zhì)蘊(yùn)含內(nèi)在方差不穩(wěn)定可能不滿足空間自相關(guān)分析中隱含的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性假設(shè)，推斷出錯(cuò)誤的結(jié)果，所以進(jìn)行全局自相關(guān)分析時(shí)，首先對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化[21]。

2.3 聚類分析

利用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS采用歐氏距離和組平均法對(duì)11個(gè)地形單元進(jìn)行系統(tǒng)聚類，將地形單元聚類結(jié)果在ArcGIS軟件中顯示。

2.4 基于地形單元的Kriging空間插值方法

首先采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)中普通克里金插值法對(duì)整個(gè)研究區(qū)有機(jī)質(zhì)進(jìn)行空間插值，得到預(yù)測(cè)結(jié)果;然后單獨(dú)對(duì)不同地形單元下的土壤采樣點(diǎn)進(jìn)行分層插值，利用耕地圖斑提取與之相對(duì)范圍內(nèi)采樣點(diǎn)的預(yù)測(cè)結(jié)果，得到土壤有機(jī)質(zhì)空間分布圖，再將各地形單元下的空間預(yù)測(cè)圖拼接，獲得整個(gè)縣域的空間分布預(yù)測(cè)圖。最后設(shè)置驗(yàn)證點(diǎn)，各地形單元驗(yàn)證點(diǎn)個(gè)數(shù)不能低于采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)的5%，運(yùn)用驗(yàn)證點(diǎn)位上的土壤有機(jī)質(zhì)的實(shí)測(cè)值和預(yù)測(cè)值結(jié)果驗(yàn)證分地形插值和直接插值拼接獲得的預(yù)測(cè)結(jié)果精度。

南非礦山工程師Krige最早提出了克里金插值方法，然后經(jīng)由法國(guó)地理數(shù)學(xué)家Matheron進(jìn)行了插值方法的優(yōu)化[22]?？死锝鸩逯凳窃谟邢迏^(qū)域內(nèi)對(duì)區(qū)域化變量進(jìn)行無偏最優(yōu)估計(jì)的一種方法[23]，這主要是由變異函數(shù)和結(jié)構(gòu)分析為理論支撐。

普通克里金法由于假設(shè)條件相對(duì)較少和需求參數(shù)較簡(jiǎn)單，所以在克里金方法中是最為普遍的，公式為

Z*（X0）=∑ni=1λiZ（Xi）。（2）

式中：Z*（X0）為估算點(diǎn)土壤有機(jī)質(zhì)含量的預(yù)測(cè)值;λi為參與插值的位置對(duì)預(yù)測(cè)點(diǎn)的權(quán)重;Xi表示土壤采樣點(diǎn)的實(shí)際位置;Z（Xi）表示采樣點(diǎn)的實(shí)測(cè)值。

2.5 預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性檢驗(yàn)

本研究選取均方根誤差（RMSE）、平均預(yù)測(cè)誤差（ME）作為指標(biāo)，對(duì)于研究結(jié)果合理性的驗(yàn)證是通過比較不同地形單元驗(yàn)證點(diǎn)位的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值之間的差異，利用2個(gè)指標(biāo)分析2種插值方法的差異和好壞，展開精度評(píng)價(jià)，從而驗(yàn)證本研究提出方法的可行性。其中RMSE值越小，說明所預(yù)測(cè)精度越高，ME接近0，滿足預(yù)測(cè)的無偏性最優(yōu)，反之則說明預(yù)測(cè)精度低，不滿足預(yù)測(cè)的無偏性。

3 結(jié)果與分析

3.1 地形單元結(jié)果聚類分析

首先把11個(gè)地形單元的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，然后采用歐氏距離和組平均法進(jìn)行系統(tǒng)聚類，將11個(gè)地形單元分成4類。溝谷單獨(dú)為一類;坡腳、陰坡、半陰坡、平地合并為坡腳類;陡坡、陽坡、半陽坡、坡肩合并為坡肩類;山脊和平頂峰合并為山脊類，如圖3所示。根據(jù)聚類結(jié)果結(jié)合實(shí)地?cái)?shù)據(jù)把規(guī)律具有一致性的合并為一個(gè)單元，最終將研究區(qū)耕地劃分為4個(gè)地形單元（圖4）。根據(jù)調(diào)查與實(shí)地?cái)?shù)據(jù)相符合。

3.2 土壤有機(jī)質(zhì)含量統(tǒng)計(jì)分析

依據(jù)地形單元?jiǎng)澐植蓸狱c(diǎn)，土壤有機(jī)質(zhì)含量描述性統(tǒng)計(jì)特征見表1。區(qū)域內(nèi)土壤有機(jī)質(zhì)含量呈正態(tài)分布特征，由平均值和標(biāo)準(zhǔn)差可知，不同地形單元內(nèi)土壤有機(jī)質(zhì)含量離散度較相近;由偏度和峰度

可知不同地形單元的有機(jī)質(zhì)含量空間分布特征規(guī)律比較明顯，符合克里金插值的要求，也為下一步對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行半方差函數(shù)結(jié)構(gòu)研究以及相應(yīng)地形單元插值提供了依據(jù)。

3.3 土壤有機(jī)質(zhì)空間自相關(guān)分析

在ArcGIS中運(yùn)用空間統(tǒng)計(jì)模塊分別計(jì)算各地形單元內(nèi)和全局土壤有機(jī)質(zhì)含量的空間自相關(guān)程度，結(jié)果見表2。

由表2可知，各地形單元下土壤有機(jī)質(zhì)含量全局Morans I 均大于0，P均小于0.001，因此可以推斷縣域內(nèi)不同地形單元下的土壤有機(jī)質(zhì)含量的空間特征并不是隨機(jī)分布的，而是空間聚集性表現(xiàn)出非常顯著的特點(diǎn)，但是聚集效應(yīng)不同。土壤有機(jī)質(zhì)含量在各類地形單元下有明顯的空間正相關(guān)關(guān)系，其中在坡腳的空間聚集性最高，坡肩的聚集性最低，這也可能是由于坡肩坡度較大，土壤侵蝕嚴(yán)重，造成土壤有機(jī)質(zhì)流失。由以上分析可知，不同地形單元下的土壤有機(jī)質(zhì)含量空間分布規(guī)律不同，但是各單元特點(diǎn)都與實(shí)際情況相符，這也說明了基于劃分地形單元研究空間插值方法的可行性。

3.4 地統(tǒng)計(jì)空間分析及Kriging空間插值

利用地統(tǒng)計(jì)GS+軟件對(duì)各地形單元采樣點(diǎn)土壤有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行半方差函數(shù)及擬合參數(shù)計(jì)算[22-24]，結(jié)果見表3。

表3是根據(jù)最優(yōu)擬合模型以決定系數(shù)大、殘差小為依據(jù)，比較各模型參數(shù)，選擇土壤有機(jī)質(zhì)含量半方差函數(shù)最優(yōu)擬合指數(shù)參數(shù)的[25]。根據(jù)塊金值的相關(guān)定義，原理上采樣點(diǎn)之間距離等于0時(shí)，半變異函數(shù)值也是0，由于存在測(cè)量誤差以及空間變異特征的影響，土壤樣點(diǎn)十分相近時(shí)，半變異函數(shù)值會(huì)發(fā)生變化，就會(huì)產(chǎn)生塊金值效應(yīng)，因此最小距離尺度下變量的變異特征及誤差是由塊金值反映的。由表3可知，采樣點(diǎn)整體、劃分地形單元的有機(jī)質(zhì)塊金值不一樣，說明劃分地形單元空間插值與全局插值具有差異性。

C是結(jié)構(gòu)方差，表示系統(tǒng)屬性區(qū)域變量最大空間變異，是由土壤屬性本身、海拔和氣候等結(jié)構(gòu)性因素引起的變異。由于該區(qū)域氣候差異小，土壤有機(jī)質(zhì)含量的空間變異特征基本是由于地形差異等結(jié)構(gòu)因素引起的。不同地形單元下結(jié)構(gòu)方差不同，所以地形因素是影響該區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)空間變異規(guī)律的主要原因。C/（Co+C）即表示塊金值與基臺(tái)值的比，被稱為空間相關(guān)度，該值的大小是系統(tǒng)變量的空間相關(guān)性的大小。根據(jù)Cambardella提出的劃分依據(jù)[26]，塊金基臺(tái)比小于25%，表明空間相關(guān)性強(qiáng);大于75%則變量之間相關(guān)性較弱;處于二者之中，說明具有中等強(qiáng)度相關(guān)性。由表3可知，溝谷空間相關(guān)度大于75%，變異差異小，可能與結(jié)構(gòu)因素密切相關(guān)性較小，其他地形單元的空間相關(guān)度處于25%～75%之間，呈中等變異。

由表3可知，與全局有機(jī)質(zhì)含量相比，坡肩塊金值、基臺(tái)值都降低，變程也降低，這說明不同地形單元土壤有機(jī)質(zhì)含量的變化相對(duì)比較均勻，這也證明對(duì)該區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)考慮地形因子的合理性，從另一方面說明了以地形單元對(duì)偏關(guān)縣土壤有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行Kriging插值結(jié)果的有效性和可行性。

3.5 預(yù)測(cè)精度對(duì)比分析

基于劃分地形單元驗(yàn)證點(diǎn)Kriging插值土壤有機(jī)質(zhì)含量實(shí)測(cè)值、預(yù)測(cè)值精度與全局插值精度分析結(jié)果進(jìn)行比較。根據(jù)2種方法所得到的線性回歸方程系數(shù)，散點(diǎn)分布圖見圖5，劃分地形單元進(jìn)行Kriging分層插值得到的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的決定系數(shù)（0.375 3）明顯高于全局Kriging插值法的決定系數(shù)（0.132 3）。

表4是對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量空間特征分地形單元和全局預(yù)測(cè)合理結(jié)果的驗(yàn)證。根據(jù)均方根誤差值越小精度越高，平均預(yù)測(cè)誤差接近于0，滿足預(yù)測(cè)值的無偏性[27]，得出劃分地形單元比全局預(yù)測(cè)精度高，而且插值結(jié)果的無偏性好。

3.6 土壤有機(jī)質(zhì)含量的空間分布特征

采用Kriging插值對(duì)不同地形單元土壤有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行空間插值，根據(jù)地形單元耕地圖斑裁剪各地形單元內(nèi)的有機(jī)質(zhì)含量空間預(yù)測(cè)結(jié)果分布，并將其拼接得到整個(gè)研究區(qū)的空間分布見圖6-A，而不劃分地形單元采用全局采樣點(diǎn)直接插值得到的土壤有機(jī)質(zhì)含量空間分布結(jié)果見圖6-B。

由圖6可知，劃分地形單元Kriging插值得到耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量范圍為4.15～14.93 g/kg，全局Kriging得到的含量為4.40～11.72 g/kg?？傮w來看，研究區(qū)2種方法預(yù)測(cè)結(jié)果范圍大體一致，空間分布格局基本相同，都呈現(xiàn)出偏東部和南部區(qū)域有機(jī)質(zhì)含量較高，東西方向偏低?？梢娡寥烙袡C(jī)質(zhì)在空間上的特征規(guī)律與實(shí)際地形相符合[28]，東西方向是溝谷，受人為影響因素比較大，所以有機(jī)質(zhì)含量預(yù)測(cè)結(jié)果偏低，這也進(jìn)一步驗(yàn)證了地形是引起空間變異存在的必然因素。

從局部細(xì)節(jié)分布特征來看，2種預(yù)測(cè)結(jié)果之間存在著一定的差異。經(jīng)過對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，劃分地形單元的預(yù)測(cè)結(jié)果更能展示細(xì)節(jié)信息，而且細(xì)節(jié)信息與地形單元的分布規(guī)律一致，邊界平滑且為漸變過渡;而全局Kriging插值得到的土壤有機(jī)質(zhì)含量空間分布特征比較明晰，但是局部本身屬性細(xì)節(jié)展示不充分，這顯然與研究區(qū)的實(shí)際情況有很大的差異，結(jié)果只能反映出整個(gè)研究區(qū)的大致情況，不能精確反映研究區(qū)局部實(shí)際情況，說明平滑效應(yīng)并沒有使不同地形單元下的土壤有機(jī)質(zhì)含量差異性變小。比如個(gè)別地形單元下耕地由于個(gè)別采樣點(diǎn)的土壤有機(jī)質(zhì)含量偏高，造成該區(qū)域的整體偏高，全局Kriging插值并不會(huì)詳細(xì)體現(xiàn)出高的地方。全局Kriging插值是基于采樣點(diǎn)的空間分布特征以及樣點(diǎn)之間的空間位置關(guān)系來進(jìn)行插值，沒有根據(jù)地形單元對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行分類，所以空間插值結(jié)果會(huì)受距離較近的個(gè)別預(yù)測(cè)樣點(diǎn)的影響[29]，而劃分地形單元Kriging插值因?yàn)榘凑盏匦我蛩嘏c土壤采樣點(diǎn)之間的關(guān)系進(jìn)行分區(qū)，就可以很好地消除個(gè)別樣點(diǎn)對(duì)插值結(jié)果的誤差影響?？傊?，劃分地形單元Kriging插值的預(yù)測(cè)結(jié)果精度較高，更能反映土壤有機(jī)質(zhì)含量的空間信息以及局部區(qū)域分布情況，而直接Kriging插值忽略了土壤有機(jī)質(zhì)含量空間分布規(guī)律平穩(wěn)過渡性以及誤差影響。

4 討論與結(jié)論

對(duì)于地形條件復(fù)雜的丘陵山區(qū)，進(jìn)行高密度的土壤采樣需要大量的人力物力，提前設(shè)計(jì)好有效土壤樣點(diǎn)采樣的方案能夠充分獲取土壤屬性的空間信息，還能大大降低成本[30]。所以綜合更多個(gè)地形因子分類組合精確劃分地形單元，研究各個(gè)地形單元變異規(guī)律，為局部樣點(diǎn)更新、最佳采樣、以及測(cè)土配方精準(zhǔn)施肥方案提供地理科學(xué)依據(jù)。本研究取得的主要研究結(jié)果如下：利用DEM數(shù)據(jù)結(jié)合坡度、坡向和地形位置指數(shù)綜合來劃分地形單元，基于地形單元，利用Kriging分層插值對(duì)復(fù)雜丘陵山區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行空間預(yù)測(cè)，可更詳盡地表征出復(fù)雜山區(qū)的特定地形條件分異特征規(guī)律，將各個(gè)地形單元預(yù)測(cè)結(jié)果圖拼接為全域的空間分布圖。設(shè)置驗(yàn)證點(diǎn)，并將該方法與全局Kriging插值法得到的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較。劃分地形單元與全局預(yù)測(cè)結(jié)果范圍和規(guī)律一致，但是預(yù)測(cè)精度高，而且展示了更詳細(xì)的局部區(qū)域空間細(xì)節(jié)信息。

由于研究區(qū)成土因素和母質(zhì)的影響，土壤有機(jī)質(zhì)含量的變化較小，所以與全局插值相比溝谷和坡肩的變程影響比較大?；诘匦螁卧耐寥烙袡C(jī)質(zhì)含量空間變異規(guī)律，是一種綜合地形因素的研究方法，更是為復(fù)雜的丘陵山區(qū)精確插值提供了一種參考。

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