平缓地带数字土壤制图方法研究

Soil-landscape knowledge is the key of Digital Soil Mapping. In the gentle zone, terrain, vegetation and other environmental factors to describe the traditional variation is relatively small; it is difficult to effectively reflect the spatial variability of the soil. How to extract environmental covariates can reflect the gentle regional spatial variability of soil information has become a research focus and difficulty of digital soil mapping, thus to explore the feasibility and weight of remote sensing factors involved in the reasoning process, is to improve the important scientific problems in the flat areas drawing precision. The typical hilly and plain mixed area of about 300 square kilometers of the study area, the project intends to make full use of the terrain and remote sensing factors, first in the hilly and plain region mixed inference drawing, determine the reasoning accuracy of regional flat areas by exaggeration uncertainty，by ignorance uncertainty to determine hilly region mapping accuracy region with higher accuracy in the location of high degree and weight factor analysis of remote sensing in the reasoning process involved, and then applied in the gentle zone. The purpose of this study is to make use of terrain and remote sensing factors as a source of knowledge for reasoning and mapping in order to improve the reasoning accuracy of gentle regions. The development of this project can expand the theory and method of knowledge acquisition in digital soil mapping, and provide a basis for improving the mapping accuracy of gentle areas, which has practical theoretical significance and scientific value.

土壤-环境知识是数字土壤制图的关键，在平原等平缓地区，传统的易于刻画的地形、植被等环境要素变异比较小，难以有效地反映土壤的空间变异。如何提取能够反映平缓区域土壤空间变异信息的环境协变量成为数字土壤制图的研究重点和难点，也是提高平缓区域制图精度的重要科学问题。本研究选择面积约300平方公里的典型丘陵和平原混合区域，以地形和遥感因子为基础数据，首先在丘陵和平原混合区域推理制图，通过夸大不确定性确定平缓地带推理精度较差的区域，通过忽略不确定性确定丘陵区域制图精度较高的区域，在精度较高的位置分析遥感因子在推理过程中的参与程度及权重，进而在平缓区域加以应用。研究旨在综合利用地形和遥感因子作为推理制图的知识源，以提高平缓区域的推理准确度。本项目的开展可拓展数字土壤制图中知识获取的理论和方法，具备切实的理论意义和科学价值。

如何提取能够反映平缓区域土壤空间变异信息的环境协变量成为数字土壤制图的研究重点和难点，因此探索遥感因子参与推理过程的可行性及权重，是提高平缓区域制图精度的重要科学问题。基于以上科学问题，研究主要体现在3个方面：（1）在研究区1，探索了遥感影像作为辅助因子参与土壤推理制图的可行性；（2）在研究区2，分别开展了丘陵和平原区推理制图，探索了将丘陵区获取的知识运用到平原区推理制图的可行性，并深入研究了遥感因子的有效筛选过程；（3）总结和归纳了平原和丘陵区推理制图的方法。.主要研究结果包括：（1）利用随机森林算法结合多源环境变量，可将混合多种土壤类型的复合土壤图斑进行细化，在土壤多边形内部画出新的边界来代表单一土壤类型，其制图精度提高了13%；（2）采用单时相和多时相遥感因子作为辅助推理因子，制图精度可分别提高10%和13%；（3）对于典型丘陵和平原条件下的数字土壤制图，随机森林算法是除了Solim外第二种比较可靠的算法；（4）在平原和丘陵混合区域研究中，按地形区域分别进行推理制图所得到的土壤图总体精度提升了18%，并可将丘陵地区获取的知识运用到平原推理过程中；（5）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NDVI和Mean值较为稳定；基于递归特征算法的按地形推理制图精度最高，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。.本研究科学意义如下：综合利用地形和遥感因子作为推理制图的知识源，明确了遥感因子的衍生参数、筛选方法及参与推理制图的详细途径，以提高平缓区域的推理准确度；在丘陵区域获取的知识可以应用到平原区域进行推理制图，可为解决平原地区推理制图因子的获取与利用提供新的方法和思路。本项目的开展可拓展数字土壤制图中知识获取的理论和方法，为提高平缓区域制图精度提供方法基础，更可为目前正在开展的“第三次土壤普查”奠定良好的理论基础和方法，具备切实的理论意义和科学价值。