[发明专利]融合环境因素的大尺度土壤有机碳空间分布模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是土壤数字土壤制图技术领域，具体涉及一种融合环境因素的大尺度土壤有机碳空间分布模拟方法。

背景技术

土壤是陆地表层系统中最大的有机碳库，土壤中有机碳的储量和动态直接影响着全球碳循环，是地理学研究和“未来地球”研究计划的重要内容。而高精度的土壤有机碳空间变化信息，不仅是准确估算区域土壤有机碳储量的基础，也是研究以碳为基础的温室气体收支平衡的基础资料和有效运行各种耦合土壤信息的陆面模型的重要输入参数。中国陆地面积约为全球的6.4％，其精准的土壤有机碳空间变化信息一直是学界关注和探讨的热点。然而由于尺度大，影响因素复杂，中国国家尺度上土壤性质空间变异强烈，获取国家尺度上较高精度的土壤有机碳空间分布信息并不容易。

空间模拟或插值是获取土壤性质空间变化的重要手段。由于土壤性质的空间异质性是在各种环境因素的综合作用下形成的，引入环境因子作为辅助变量的空间模拟方法利用了土壤与各因子间的对应关系，其精度明显高于仅基于样点值进行空间内插的方法。然而，国家尺度上影响土壤性质的因素包括土壤概念模型中的所有要素(母质、气候、地形、植被及人类活动等)，不同因素对土壤性质空间异质性形成的作用不同。土地利用方式、土壤类型和母质类型等定性因素对土壤性质空间分布的影响显著，甚至会影响定量因素的作用强度。同时引入定性和定量辅助因子的方法，其精度明显优于仅融合定性或定量因子的模拟方法。而土壤性质与定量因子间的关系具有明显的非线性和空间非平稳性，这决定了在整个大尺度上采用一个简单的线性模型很难准确揭示复杂环境条件下土壤与定量因子间的复杂关系。此外，各因素间存在不同程度的共线性。基于土壤发生学理论提出的土壤概念模型给出了土壤与各成土因素间的一般关系，但并未具体化。因此，合理选择辅助因子以及准确表达土壤性质与各因子间的定量关系，成为了土壤性质空间分布高精度模拟的关键。之前的研究对国家尺度上土壤性质空间分布的高精度模拟方法进行了探索，取得了一定的成果，但方法中对不同因子作用的表达仍需进一步改进，模拟结果精度也还有待于进一步提高。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种融合环境因素的大尺度土壤有机碳空间分布模拟方法，以土壤发生学提出的土壤概念模型为基础，构建融合多种因素并合理表达各因素作用的土壤有机碳空间分布模拟方法，模拟中国表层土壤有机碳的空间分布格局，以期为国家尺度上土壤有机碳储量的精准估算和大尺度土壤性质的时空变化研究提供参考。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：融合环境因素的大尺度土壤有机碳空间分布模拟方法，将土壤样点的有机碳实测值划分为由不同因素决定的3个部分：

Z(x_i,k,y_j,k)＝m(k)+f(x_i,k,y_j,k)+r(x_i,k,y_j,k)(1)

式中：Z(x_i,k,y_j,k)表示在点(x_i,y_j)处属于第k种定性因素或定性因素组合的土壤样点的有机碳含量实测值，(x_i,y_j)为点位坐标；m(k)为第k种定性因素或定性因素组合的土壤有机碳含量平均值，该均值差异反映由不同定性因素或定性因素组合引起的土壤有机碳含量空间变异；f(x_i,k,y_j,k)为点位(x_i,y_j)处去除定性因素影响后由该点位处气象、地形及植被盖度等点位环境因素差异引起的土壤有机碳含量变异；r(x_i,k,y_j,k)为点位(x_i,y_j)处去除研究中所选因素的影响后剩余的残差项，由研究中未考虑到的其它因素或点位处其它因素引起。

假设3个部分相互独立，可分别由不同的方法获取：