农业机械学报

作者：万核洋，齐泓玮，尚松浩

单位：清华大学,清华大学,清华大学,

关键词：土壤质地;普通克里金;平滑效应;对数比转换;BP神经网络;河套灌区

基金：国家自然科学基金项目（51839006）和清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室研究项目（2020-KY-01）

土壤质地的空间分布对指导土壤改良、灌溉排水管理及水土资源合理利用等具有重要意义，而克里金插值方法尽管应用广泛，但往往会产生平滑效应，即高值低估和低值高估。本研究针对河套灌区土壤颗粒组成，使用不同的对数比转换方法处理其成分数据特性，通过普通克里金法对转换后的数据进行空间插值，同时基于邻近点特征构建插值点残差估算的误差反向传播（BP）神经网络（BPNN）模型，并对插值结果的平滑性进行分析评估和校正探究。河套灌区的应用结果表明，不同对数比转换方法对克里金插值的平滑效应作用程度不同，其中等距对数比转换（ILR）的改善效果最显著，与直接使用普通克里金插值相比，黏粒、粉粒和砂粒的极差平滑率分别减小5.8%、33.8%和45.6%，标准差平滑率分别减小38.6%、53.9%和60.2%。进一步使用BPNN模型校正后的土壤颗粒组分插值平滑性显著降低，其中极差平滑率降为0，标准差平滑率仅为0.03~0.07；同时插值误差有一定减小，其中黏粒、粉粒和砂粒的均方根误差分别减小19.8%、21.0%和14.6%。本研究提出的基于对数比转换（ILR）和误差反向传播（BP）神经网络模型联合处理方法（ILR-BP）不仅可以很好地削弱克里金插值的平滑效应，同时能够有效提高插值精度。根据校正结果，河套灌区土壤质地类型主要包括砂土、壤质砂土、砂质壤土、壤土和粉壤土，灌区中部和西部主要是偏砂性土壤，壤土主要集中分布在中西部、东北部和东南部，粉壤土主要分布在北部和南部接近黄河的地区。基于ILR-BP校正模型的克里金插值结果，更能反映真实的土壤质地空间特征，为河套灌区的水土资源合理利用提供了基础参考资料。

来源：2023年第1期

《农业机械学报》期刊编辑部

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