基于GIS的民和县耕地土壤养分空间插值方法比较研究

doi:10.11923/j.issn.2095-4050.cjas2024-0130

农学学报 ›› 2025, Vol. 15 ›› Issue (11): 41-48.doi: 10.11923/j.issn.2095-4050.cjas2024-0130

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基于GIS的民和县耕地土壤养分空间插值方法比较研究

李友维¹(), 张骏达², 蔡立群¹()

¹ 甘肃农业大学资源与环境学院，兰州 730070
² 农业农村部耕地质量监测保护中心，北京 100125

收稿日期:2024-07-02 修回日期:2024-11-21 出版日期:2025-11-19 发布日期:2025-11-19
通讯作者:
蔡立群，男，1976年出生，甘肃金昌人，教授，博士，主要从事土壤资源保护与生态环境重建、保护性耕作体系等方面的教学与科学研究工作。通信地址：730070 甘肃省兰州市安宁区甘肃农业大学，Tel：0931-7637087，E-mail：cailq@gsau.edu.cn。
作者简介:
李友维，女，1997年出生，四川泸州人，在读硕士，研究方向：农业资源利用。通信地址：730070 甘肃省兰州市安宁区甘肃农业大学，Tel：0931-7632496，E-mail：lyw17393194057@qq.com。
基金资助:
国家重点研发计划项目“黄土高原旱作适水改土与产能提升技术模式及应用”(2021YFD190070400)

Comparative Study on Spatial Interpolation Methods of Cultivated Soil Nutrients in Minhe County Based on GIS

LI Youwei¹(), ZHANG Junda², CAI Liqun¹()

¹ College of Resources and Environment, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070
² Cultivated Land Quality Monitoring and Protection Center, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Beijing 100125

Received:2024-07-02 Revised:2024-11-21 Online:2025-11-19 Published:2025-11-19

摘要/Abstract

摘要： 本研究以青海省民和县为研究区，运用GIS空间分析技术和地统计学方法，对土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾进行空间变异性分析，探究最适合该区域的空间插值方法。结果表明：土壤各养分指标中速效钾空间变异最为剧烈，为55.5%，其他指标在34.5%~54.8%，均为中等变异。从空间分布特征来看，土壤有机质、全氮含量整体呈西北部高，西南部低的趋势，有效磷含量分布较为均衡，速效钾含量呈中部高逐渐向北递减的趋势。插值精度评价显示土壤有机质、有效磷、速效钾最佳空间插值方法为普通克里金插值法，全氮进行空间分布预测径向基函数法插值精度最优。研究结果可为民和县地区土壤养分空间分布变异性及其影响因素提供相应的参考借鉴。

关键词: GIS空间分析, 土壤养分, 空间插值, 半方差函数, 地统计学, 交叉验证, 插值方法

Abstract:

This study investigated the spatial variability of soil nutrients and evaluated various spatial interpolation methods in Minhe County, Qinghai Province. This study employed GIS spatial analysis and geostatistical methods to analyze the spatial variability of soil organic matter (SOM), total nitrogen (TN), available phosphorus (AP) and available potassium (AK). The research aimed to determine the most suitable spatial interpolation method for each nutrient. The results showed that moderate spatial variability for all nutrients, with AK exhibiting the highest variation at 55.5%, while other nutrients ranged from 34.5% to 54.8%. Spatial distribution patterns revealed higher concentrations of soil organic matter and TN in the northwest decreasing towards the southwest. AP displayed a more uniform distribution, whereas AK was highest in the central region, gradually declining northward. Interpolation accuracy assessments indicated that the common Kriging method was optimal for SOM, AP, and AK, while the radial basis function method proved most accurate for TN. These findings provided valuable insights into the spatial distribution of soil nutrients in Minhe County and offer guidance for selecting appropriate interpolation methods in similar regions.

Key words: GIS spatial analysis, soil nutrients, spatial interpolation, semi-variance function, geostatistics, cross verification, interpolation method

李友维, 张骏达, 蔡立群. 基于GIS的民和县耕地土壤养分空间插值方法比较研究[J]. 农学学报, 2025, 15(11): 41-48.

LI Youwei, ZHANG Junda, CAI Liqun. Comparative Study on Spatial Interpolation Methods of Cultivated Soil Nutrients in Minhe County Based on GIS[J]. Journal of Agriculture, 2025, 15(11): 41-48.

图/表 13

参考文献 20

[1]	亓刚. 采样方法对土壤养分空间插值结果的影响研究[D]. 合肥: 安徽农业大学, 2017.
[2]	丁琪洵, 詹雪洁, 张天恩, 等. 宿州市耕地土壤养分时空变化特征分析[J]. 农业资源与环境学报, 2023, 40(1):97-105.
[3]	张铁婵, 常庆瑞, 刘京. 土壤养分元素空间分布不同插值方法研究—以榆林市榆阳区为例[J]. 干旱地区农业研究, 2010, 28(2):177-182.
[4]	李增兵, 赵庚星, 赵倩倩, 等. 县域耕地地力评价中土壤养分空间插值方法的比较研究[J]. 中国农学通报, 2012, 28(20):230-236.
[5]	李海涛, 邵泽东. 空间插值分析算法综述[J]. 计算机系统应用, 2019, 28(7):1-8.
[6]	杨更善. 民和县乡村兽医存在的问题及对策[J]. 现代畜牧科技, 2015(8):2.
[7]	白元成. 浅谈高海拔冷凉区玉米1000公斤栽培技术初探[J]. 农民致富之友, 2015(16):48.
[8]	杜健, 潘雪, 武均, 等. 地块尺度下青海省都兰县耕地土壤养分的空间自相关分析[J]. 中国农学通报, 2023, 39(21):94-102. doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0637
[9]	刘宇杰. 耕地土壤有效土层厚度插值方法研究[D]. 石河子: 新疆农业大学, 2023.
[10]	马重阳. 许昌市耕地表层土壤有机质含量时空变化及其与主要粮食作物产量动态关系分析[D]. 郑州: 郑州大学, 2022
[11]	姚彩燕. 基于时空变异的旱地土壤碳氮最优插值方法和高效采样策略研究[D]. 福建农林大学, 2021.
[12]	GAO X J, HU X F, WANG S P, et al. Nitrogen losses from flooded rice field[J]. Pedosphere, 2002, 12(2):151-156.
[13]	贾志豪, 朱磊, 努尔麦麦提·艾尔肯. 干旱地区耕地土壤养分空间变异性及其影响因素研究[J]. 西南农业学报, 2019, 32(8):1872-1879.
[14]	TIAN Y C, ZHANG YAO X. Laborator assesment of three quanitaive methods for estimaling the oranic maler conent of sols in China based on visiblel nearnfrared reflectance spectra[J]. Geoderma, 2013, 202:161-170.
[15]	刘玲玲. 耕地土壤养分空间插值与等级划分方法解析[D]. 合肥: 安徽大学, 2020.
[16]	李丹丹, 周忠发, 但雨生, 等. 基于组合赋权TOPSIS模型的土壤养分空间分析及综合评价——以瓮安县为例[J]. 环境工程, 2018, 36(8):183-188.
[17]	刘文全, 于洪军, 徐兴永, 等. 基于地统计学的莱州湾南岸土壤盐分离子的空间变异性研究[J]. 安徽农业科学, 2012, 40(8):4802-4805.
[18]	田鸽. 秦岭火地塘土壤养分空间分布特征及其影响因素[D]. 延安: 长安大学, 2022.
[19]	乔婷, 姚彩燕, 于东升, 等. 水田土壤有机碳时空演变下的最优插值方法[J]. 福建农林大学学报:自然科学版, 2020, 49(05):683-694.
[20]	吴永涛. 连作膜下滴灌棉田土壤水盐运移规律试验研究[D]. 石河子: 新疆农业大学, 2020.

土壤养分元素	样本数	最小值	最大值	均值	偏度	峰度	K-S
有机质/(g/kg)	82	4.04	28.75	15.09	0.30	-0.06	0.84
全氮/(g/kg)	77	0.31	1.76	1.00	0.23	-0.19	0.57
有效磷/(mg/kg)	90	3.50	56.30	20.35	1.13	1.36	0.04
速效钾/(mg/kg)	90	53.00	422.00	147.56	1.51	2.02	0.01

土壤养分元素	样本数	最小值	最大值	均值	偏度	峰度	K-S
有机质/(g/kg)	82	4.04	28.75	15.09	0.30	-0.06	0.84
全氮/(g/kg)	77	0.31	1.76	1.00	0.23	-0.19	0.57
有效磷/(mg/kg)	90	3.50	56.30	20.35	1.13	1.36	0.04
速效钾/(mg/kg)	90	53.00	422.00	147.56	1.51	2.02	0.01

土壤养分元素	平均值	标准差	变异系数/%
有机质/(g/kg)	15.088	5.199	34.5
全氮/(g/kg)	1.001	0.312	31.2
有效磷/(mg/kg)	20.348	11.152	54.8
速效钾/(mg/kg)	147.560	81.945	55.5

土壤养分元素	平均值	标准差	变异系数/%
有机质/(g/kg)	15.088	5.199	34.5
全氮/(g/kg)	1.001	0.312	31.2
有效磷/(mg/kg)	20.348	11.152	54.8
速效钾/(mg/kg)	147.560	81.945	55.5

土壤养分元素	模型	块金值	基台值	块基比
有机质	高斯模型	0.035	0.16	0.219
全氮	球面模型	0.004	0.046	0.087
有效磷	球面模型	0.001	0.297	0.003
速效钾	高斯模型	0.200	0.464	0.431

基于GIS的民和县耕地土壤养分空间插值方法比较研究

Comparative Study on Spatial Interpolation Methods of Cultivated Soil Nutrients in Minhe County Based on GIS

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土壤养分元素	幂为2		幂为3		幂为4
土壤养分元素	ME	RMSE	ME	RMSE	ME	RMSE
有机质	-1.192	5.557	-1.582	5.703	-1.338	5.806
全氮	-0.035	0.289	-0.035	0.292	-0.033	0.296
有效磷	3.111	11.700	3.366	12.332	3.585	12.824
速效钾	6.485	98.981	7.291	106.877	7.432	112.306

土壤养分元素	ME				RMSE
土壤养分元素	OK	EBK	IDW	RBF	OK	EBK	IDW	RBF
有机质	-1.786	-2.390	-1.192	-2.031	5.218	5.618	5.557	5.363
全氮	-0.019	-0.053	-0.035	-0.042	0.308	0.281	0.289	0.278
有效磷	-0.083	2.316	3.111	2.750	6.794	11.355	11.700	11.230
速效钾	5.489	4.591	6.485	2.900	83.944	84.013	98.981	84.322

[1]	孙育强, 方竹, 肖辉, 张建发, 贾莹, 李丹琳, 赵燕娜. 宁晋泊—大陆泽低平原区耕地质量评价及土壤养分状况分析研究[J]. 农学学报, 2025, 15(9): 21-29.
[2]	刘庆超, 郭月峰, 祁伟, 林佳. 不同平茬处理对西鄂尔多斯花棒细根化学性状及土壤养分的影响[J]. 农学学报, 2025, 15(9): 14-20.
[3]	程琰勋, 赵萌生, 徐磊, 郑洪福, 赵见波, 李锁明, 蒋潇, 瞿镪, 赵晨阳, 李明. 滇中南华地区土壤质量及绿色富硒富锗产地适宜性评价[J]. 农学学报, 2025, 15(3): 36-44.
[4]	楼玲, 袁杭杰, 王京文, 王忠, 章明奎. 减量施肥对富磷钾菜地蔬菜产量与土壤养分的影响[J]. 农学学报, 2025, 15(3): 19-23.
[5]	张涛, 刘媛媛, 李亚孺, 侯骞. 基于GIS的崆峒区耕地质量等级及土壤养分特征研究[J]. 农学学报, 2025, 15(10): 18-27.
[6]	郑铭宇, 蔡立群. 基于模糊数学方法的金昌市耕地质量评价及土壤养分空间特征分析[J]. 农学学报, 2024, 14(7): 24-35.
[7]	韩家宝, 董瑜, 农尚健, 金家全, 冯永洪, 张雁, 高秋美, 张艳艳, 李恺, 高斯源, 张国洪, 李晓婷. 陆良植烟土壤养分丰缺状况与时空变异特征分析[J]. 农学学报, 2024, 14(4): 58-65.
[8]	李军营, 杨景华, 邹炳礼, 鲁耀, 周春明, 杨成伟, 李娟, 周敏, 周绍松. 基于大理烟区土壤养分分布状况的烤烟前作适宜性评价[J]. 农学学报, 2024, 14(11): 30-34.
[9]	郭艳萍, 唐洪杰, 刘德友, 姚静, 黄金丽. 鲁东南棕壤花生产区土壤养分状况及肥力评价——以沂南县为例[J]. 农学学报, 2024, 14(10): 25-32.
[10]	杨楠茜, 刘宪斌, 赵星硕, 董晗. 生境对紫茎泽兰叶片外部形态结构的影响[J]. 农学学报, 2023, 13(9): 46-53.
[11]	潘义宏, 蔡宪杰, 邓涛, 左伟标, 李晓婷, 徐继超, 冯永洪, 保华, 闫鼎. 多栽培因素与土壤养分对‘云烟105’含梗率影响关联分析[J]. 农学学报, 2023, 13(9): 31-37.
[12]	姜生秀, 赵鹏, 朱淑娟. 不同种植方式对油莎豆幼苗生长及产量的影响[J]. 农学学报, 2023, 13(7): 32-37.
[13]	田晶华, 郭凤鸣, 陈克龙, 廖萍, 杨云. 红塔区花卉耕层土壤有机质含量与其他养分相关性研究[J]. 农学学报, 2023, 13(11): 43-48.
[14]	崔彦芹, 李思达, 徐桂真, 侯少锋, 关中波, 郭元章. 芝麻连作土壤养分含量和酶活性的变化及其对芝麻发芽的影响[J]. 农学学报, 2023, 13(1): 21-25.
[15]	赵跃, 黄楠, 刘继培. 生物有机肥配施硅钙钾镁肥对西瓜产量、品质及土壤养分的影响[J]. 农学学报, 2022, 12(9): 37-41.

土壤养分元素	规则样条		张力样条		高次曲面函数		反高次曲面函数		薄板样条函数
土壤养分元素	ME	RMSE	ME	RMSE	ME	RMSE	ME	RMSE	ME	RMSE
有机质	-2.031	5.363	-2.090	5.380	-0.875	5.464	-2.110	5.512	-0.022	6.804
全氮	-0.039	0.281	-0.042	0.278	-0.045	0.290	-0.032	0.284	-0.042	0.360
有效磷	2.790	11.250	2.750	11.230	3.802	12.958	2.626	11.459	5.980	19.869
速效钾	2.862	88.995	2.863	88.440	4.436	101.999	2.900	84.322	17.005	172.300

土壤养分元素	规则样条		张力样条		高次曲面函数		反高次曲面函数		薄板样条函数
土壤养分元素	ME	RMSE	ME	RMSE	ME	RMSE	ME	RMSE	ME	RMSE
有机质	-2.031	5.363	-2.090	5.380	-0.875	5.464	-2.110	5.512	-0.022	6.804
全氮	-0.039	0.281	-0.042	0.278	-0.045	0.290	-0.032	0.284	-0.042	0.360
有效磷	2.790	11.250	2.750	11.230	3.802	12.958	2.626	11.459	5.980	19.869
速效钾	2.862	88.995	2.863	88.440	4.436	101.999	2.900	84.322	17.005	172.300