河套灌区土壤质地克里金插值与平滑效应校正

摘要：

土壤质地的空间分布对指导土壤改良、灌溉排水管理及水土资源合理利用等具有重要意义,而克里金插值方法尽管应用广泛,但往往会产生平滑效应,即高值低估和低值高估.本研究针对河套灌区土壤颗粒组成,使用不同的对数比转换方法处理其成分数据特性,通过普通克里金法对转换后的数据进行空间插值,同时基于邻近点特征构建插值点残差估算的误差反向传播(BP)神经网络(BPNN)模型,并对插值结果的平滑性进行分析评估和校正探究.河套灌区的应用结果表明,不同对数比转换方法对克里金插值的平滑效应作用程度不同,其中等距对数比转换(ILR)的改善效果最显著,与直接使用普通克里金插值相比,黏粒、粉粒和砂粒的极差平滑率分别减小5.8％、33.8％和45.6％,标准差平滑率分别减小38.6％、53.9％和60.2％.进一步使用BPNN模型校正后的土壤颗粒组分插值平滑性显著降低,其中极差平滑率降为0,标准差平滑率仅为0.03～0.07;同时插值误差有一定减小,其中黏粒、粉粒和砂粒的均方根误差分别减小19.8％、21.0％和14.6％.本研究提出的基于对数比转换(ILR)和误差反向传播(BP)神经网络模型联合处理方法(ILR-BP)不仅可以很好地削弱克里金插值的平滑效应,同时能够有效提高插值精度.根据校正结果,河套灌区土壤质地类型主要包括砂土、壤质砂土、砂质壤土、壤土和粉壤土,灌区中部和西部主要是偏砂性土壤,壤土主要集中分布在中西部、东北部和东南部,粉壤土主要分布在北部和南部接近黄河的地区.基于ILR-BP校正模型的克里金插值结果,更能反映真实的土壤质地空间特征,为河套灌区的水土资源合理利用提供了基础参考资料.

关键词：土壤质地、普通克里金、平滑效应、对数比转换、BP神经网络、河套灌区

所属期刊栏目：54

分类号：S152.3(土壤学)

资助基金：国家自然科学基金;清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室研究项目

在线出版日期：2023-03-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：339-350