作者:黄思华,濮励杰,解雪峰,朱 明,阚博颖,谭言飞
单位:南京大学地理与海洋科学学院,自然资源部海岸带开发与保护重点实验室,浙江师范大学地理与环境科学学院
卷期:《土壤学报》2020年第57卷第2期
全球化土壤环境问题的出现对基础输入数据的精度、尺度和时序提出了更高要求,面向数字土壤制图的土壤采样能够提供大尺度、高精度土壤信息,对全球化研究、生态水文动态模拟、土壤资源管理、可持续土地利用等研究具有重要意义。
论文总结了不同目的下土壤采样设计和推理制图的研究进展。Citespace软件的文献量化分析结果(图1)表明,近40年来土壤采样研究热点包括土壤采样理论、方法、技术手段、采样策略、土壤管理应用、数字土壤制图等,涉及学科从土壤科学的单一领域走向农学、工程学、土壤科学、环境科学和地理学等多学科的交叉研究,方法技术手段上从概率理论的应用走向对地统计学模型、深度学习和知识挖掘的算法结合,应用研究重点关注生态监测与保护、精准农业、污染修复等全球化问题。
图1 土壤采样研究学科、主题和关键词的共线分布示意图
土壤采样设计是在一定先验知识下为了满足特定工作目标而选择适当采样方法的过程。根据不同的土壤调查目的、调查区历史采样点可将土壤采样设计分为:土壤全面采样设计、土壤补充采样设计、土壤验证采样设计和土壤监测采样设计(图2)。无历史采样点区域的全面采样通过基于设计的采样方法随机选择样本位置实现地理空间的均匀覆盖,或通过环境因子辅助样本布设实现特征空间的覆盖和优化,有历史采样点区域的全面采样更适合基于模型的采样方法。补充采样的样点应布设于环境因子相似性较低、预测制图不确定性较高或两者兼备的位置。验证采样选择基于设计的方法获取独立验证点更有效。土壤监测采样从时间、空间两个维度可分为时间采样设计、空间采样设计和时空采样设计,将基于设计和基于模型的方法组合布设采样点。
图2 基于先验知识的土壤采样方法选择决策树
土壤制图是在土壤-环境关系和土壤属性空间自相关的基础上,通过数学方法或空间模型实现点面扩展的过程,主要包括基于土壤-环境因子关系制图和基于土壤属性空间自相关性制图。制图者在土壤制图时应关注环境因子的应用及方法对样点变量信息的利用效率,根据特定制图要求选择相应的推理模型完成土壤信息的空间表达。未来土壤采样研究应从多尺度的土壤采样设计、土壤-环境因子关系的新型假设和采样设计中量化现实问题等方面开展。
土壤-水环境中二苯砷酸污染及其修复研究进展
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