构建我国高精度数字土壤质地网格，向China SoilGrids迈进|研究

来源：土壤观察

导   读

张甘霖研究员团队基于近年“我国土系调查与《中国土系志》编制项目”获取的土壤调查资料，开展了全国高分辨率三维土壤质地数字制图研究。

土壤质地在地理空间中（水平和垂直维度）具有较高的异质性。作为一个关键土壤属性，它影响和控制着土壤中大多数物理、化学和生物过程和特征，比如土壤热容量、持水能力、溶质迁移等。在当前全球、区域和地方性挑战（气候变化、生态恶化、土壤退化、水资源短缺、环境污染、农业可持续发展等）的背景下，现有准确性不高且主要关注表层的土壤质地空间异质性信息日益成为严重制约相关研究应用及决策的“瓶颈”。

为此，张甘霖研究员团队基于近年“我国土系调查与《中国土系志》编制项目”获取的土壤调查资料，开展了全国高分辨率三维土壤质地数字制图研究。我国疆域辽阔，是世界上土壤景观最为复杂多样的国家，在这么大的区域开展高分辨率三维制图研究在理论和方法上都是一个很大的挑战。研究通过遥感和地理信息技术对成土环境因素（气候、母质、地形、植被和土地利用等）进行精细定量表征，基于数字土壤制图（亦称预测性土壤制图）理论，结合集合式机器学习方法和并行计算技术，研发了覆盖全国的高分辨率三维土壤砂粒、粉粒、黏粒含量空间分布图，并估算了制图结果的空间不确定性。

制图结果显示，黏粒含量总体上呈从我国北部和西北部地区向南部逐渐增加的趋势，西北沙漠地区最低，第四纪红黏土覆盖的云贵高原最高，第四纪红黏土被认为形成于一个较为暖湿的地质时期，之后随着青藏高原的隆升而抬升为高原，其他一些南部省份及低洼的湖相沉积地区（如淮北平原和松嫩平原北部）的黏粒含量也相对较高。粉粒含量高值分布在黄土沉积和冲积地区（如黄土高原、黄河冲积平原、江苏平原、伊犁河谷平原、松嫩平原）。砂粒含量高值分布在北部和西北部地区，南部地区较低，其中南部山地土壤砂粒含量相对高于河谷平原。同时，模型分析发现，水、热、风和地形是我国土壤质地空间模式的主要控制因素。水热驱动的物理化学风化和风驱动的侵蚀过程在很大程度上塑造了黏粒含量的空间模式；地形、风和水驱动的沉积、侵蚀和土壤颗粒迁移分选过程塑造了粉粒含量的空间模式；热驱动的物理风化和风、水、地形驱动的侵蚀过程塑造了砂粒的空间模式。

与传统图斑链接法制图和全球SoilGrids数字制图相比，该研究制图的准确性分别提高了2-4倍和1倍，空间精细度从1km和250m分辨率提高到了90m，也克服了传统图斑法制图由于部分区域缺少调查而往往难以完整制图覆盖以及假定多边形内部属性均一变化只发生在边界而造成的不合理变异表征等问题，更精细准确地刻画了我国土壤质地的空间变异特征。

该工作研发了我国第1版高分辨率土壤质地空间分布图，是进一步建设中国土壤信息网格（China SoilGrids）开展的方法探索与验证，是对全球数字土壤制图计划（GlobalSoilMap.net）的重要贡献。研究成果发表在国际土壤专业期刊Geoderma上（https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2019.114061）。该研究得到科技基础性工作专项“我国土系调查与《中国土系志》编制”（2008FY110600 & 2014FY110200）、国家自然科学基金（41571212）和国家重点研发计划（2018YFE0107000）的资助。