新时代土壤地理学的发展现状与趋势

土壤地理学是研究土壤时空分布规律、形成过程及其资源环境效应的土壤学学科分支,其主要目标和任务是理解土壤形成演化的关键过程与影响因素并预测未来土壤-环境的共同演化特征,揭示土壤资源分布规律、利用前景和保护对策,为农业、生态环境保护等提供科学依据,支撑土壤普查、耕地保护等国家目标。21世纪特别是新时代10年以来土壤地理学取得了一些重要的进展,研究对象和内容也发生了很大的变化,逐渐向以土壤为核心的地球表层系统科学发展,高强度人为活动和全球气候变化背景下的土壤时空演变研究愈加活跃。土壤地理学主要发展趋势包括土壤信息获取方式正在发生变革,数字土壤制图向融合过程机理与数据驱动发展,土壤时空信息的应用范围更加广泛。未来土壤地理学优先发展领域包括:以关键带研究带动土壤发生和演变研究的革新,基于多传感器的土壤综合观测原理与技术,多尺度数字土壤制图与时空变化预测等。

中国北方第四纪黄土发育土壤铁锰结核形成环境及空间分布

土壤铁锰结核是土壤形成过程的产物,记录着土壤发育过程和成土环境变化信息,也是土壤类型划分的重要依据,具有很高的研究价值。通常认为铁锰结核主要分布在地势较低、地下水位较浅的地区,但在我国东北地区位于高平地、地下水位较深,发育于第四纪黄土状物质的土壤中有铁锰结核的分布,对该地区土壤分类造成了很多问题。为了摸清我国北方温带地区第四纪黄土状物质发育土壤中铁锰结核的分布规律及形成原因,通过实地调查,并收集整理第二次全国土壤普查资料,对中国北方10个省份的345个处于高平地(地下水位深)、发育在第四纪黄土状物质的土壤剖面资料进行整理和统计分析。研究表明,有铁锰结核存在的土壤剖面分布具有明显规律,即主要分布在温带湿润地区(41.19°～49.01°N,120.82°～133.37°E),该区域年均降水量在370.6～917.7 mm之间,年均气温在0.9～14.9℃之间,气候的共同特点是降水量大、蒸发量小、冬季土壤结冻持续时间长、春季土壤冻融交替持续时间久,且土壤"返浆现象"明显。研究进一步表明,位于高平地、发育在第四纪黄土状物质土壤中铁锰结核的形成与土壤冻融交替有关。

基于随机森林和数字图像处理技术的黑土层识别

【目的】传统的黑土层判定多依赖于野外剖面挖掘测定、室内理化指标数据分析和专家经验,工作量大、主观性强且周期长。本研究采用机器学习和数字图像处理技术,以期快速判定黑土层。【方法】利用中国土系调查数据集的土壤剖面图像信息,建立土壤颜色与理化性质之间的关系模型,并采用随机森林、支持向量机、梯度提升树3种机器学习分类器,进行黑土层和非黑土层的二值划分。【结果】3种分类器均可实现对黑土层的判别,其中随机森林的分类效果最好,平均精度为0.80,平均kappa系数为0.55;超红波段2R-G-B和La*b*、Lu*v*颜色模型中的a、b、u、v变量是区分黑土层样本和非黑土层样本的重要分类特征变量,而La*b*、Lu*v*颜色模型中的L变量,以及CIEXYZ颜色模型中的X、Y、Z几个变量对于分类的贡献度较低;相比于sRGB颜色模型,La*b*、Lu*v*颜色模型有更好的分类效果。【结论】本研究提出的基于土壤剖面图像的黑土层判别方法,能够有效辅助传统方法的判别,快速、精细化地识别黑土层,但对于土体构型复杂的土壤剖面仍需进一步研究。