一种基于典型对应分析的土壤氮储量估算方法技术
A method for estimating soil nitrogen storage based on canonical correspondence analysis
The invention relates to a method for estimating soil nitrogen reserves based on canonical correspondence analysis, and belongs to the soil nitrogen reserves estimation method of spatial analysis for measurement of soil spatial variability, involves the simulation of a meter of soil nitrogen density calculation and density of soil nitrogen in different landscape characteristics under the present, through a variety of dimensionality reduction techniques for independent variables. Efficient information preprocessing, analysis and comprehensive analysis of the effect of the depth of nitrogen storage variables using canonical correspondence, especially on the influence factors of soil properties of different properties and different depth analysis, comprehensive fitting relationship construction in many typical characteristics of soil properties and environmental variables.
【技术实现步骤摘要】
一种基于典型对应分析的土壤氮储量估算方法
本专利技术涉及一种基于典型对应分析的土壤氮储量估算方法，属于土壤属性预测
技术介绍
土壤中氮的90％是有机态的，10％是无机态的。土壤中的无机氮主要包括NO3-、NO2-、交换性NH4+、非交换型NH4+。绝大部分土壤中的有机态氮是与无机矿物结合在一起的。土壤氮含量与土壤有机质含量的变化是一致的。氮在自然界中活动比较活跃，能够在大气、土壤与生物有机体之间互相交换。区域土壤氮储量估算是全球气候变化的重要组成部分。准确估算区域氮储量可以有效减少国家尺度氮循环模拟中的不确定性。传统的氮储量估算方法主要有生命带类型法、植被类型法、气候参数法、土壤类型法。由于基于图斑的方法，例如土壤类型法、植被类型法原理简单且数据易于获取，诸多技术人员往往采用该类型方法进行氮储量估算。然而，这种方法往往忽略了土壤发展受自然条件综合影响这一问题。随着3S技术与土壤调查的迅速发展，土壤形成的环境变量的地理数据，如年均降雨、日照辐射模拟、高精度数字高程模型等数据的精度与质量都有了较大提升。国内外学者经过大量的土壤制图实践已证明，基于环境变量的数...
【技术保护点】
一种基于典型对应分析的土壤氮储量估算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A.分别针对土壤区域中的各个采样点，构建采样点下的预设K个固定深度层次，并进入步骤B；步骤B.分别针对土壤区域中的各个采样点，获得采样点下各个固定深度层次分别所对应的土壤氮含量，并进一步获得采样点下各个固定深度层次分别所对应的土壤氮密度，然后进入步骤C；步骤C.分别针对土壤区域中的各个采样点，获得采样点所对应预设总环境变量集合X中的各个环境变量，然后将各个采样点下各个固定深度层次分别所对应的土壤氮密度，以及各个采样点分别所对应预设总环境变量集合X中的各个环境变量构成预测数据集Pred，然后进入步骤D；步...
【技术特征摘要】
1.一种基于典型对应分析的土壤氮储量估算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A.分别针对土壤区域中的各个采样点，构建采样点下的预设K个固定深度层次，并进入步骤B；步骤B.分别针对土壤区域中的各个采样点，获得采样点下各个固定深度层次分别所对应的土壤氮含量，并进一步获得采样点下各个固定深度层次分别所对应的土壤氮密度，然后进入步骤C；步骤C.分别针对土壤区域中的各个采样点，获得采样点所对应预设总环境变量集合X中的各个环境变量，然后将各个采样点下各个固定深度层次分别所对应的土壤氮密度，以及各个采样点分别所对应预设总环境变量集合X中的各个环境变量构成预测数据集Pred，然后进入步骤D；步骤D.使用多元线性回归方法与随机森林方法，根据预测数据集Pred，分别针对各个固定深度层次，剔除固定深度层次相对各个采样点不显著的环境变量，进而分别更新获得各个固定深度层次分别相对应各个采样点的第一优化环境变量集合X_MLR_k，最后进入步骤E，其中，1≤k≤K；步骤E.使用典型对应分析，根据预测数据集Pred，针对预设总环境变量集合X中各个环境变量进行典型对应分析，选择综合作用显著的环境变量，构成第二优化环境变量集合X_CCA，然后进入步骤F；步骤F.根据各个固定深度层次分别相对各个采样点的第一优化环境变量集合X_MLR_k，以及第二优化环境变量集合X_CCA，构建综合环境变量集合，并针对综合环境变量集合与土壤属性的拟合，进行多种主成分分析测试，选择最优主成分分析方法，然后进入步骤G；步骤G.采用最优主成分分析方法针对综合环境变量集合进行分析，获得环境变量分析结果，并根据环境变量分析结果和各个采样点下各个固定深度层次分别所对应的土壤氮密度，构建多种预测模型，接着使用留一法交叉验证评估预测模型，获得最优预测模型，最后，根据最优预测模型预测土壤区域中未采样区域的土壤氮储量。2.根据权利要求1所述一种基于典型对应分析的土壤氮储量估算方法，其特征在于：所述步骤A中，分别针对土壤区域中的各个采样点，按如下步骤进行操作，构建采样点下的预设K个固定深度层次；步骤A01.判断采样点至其下基岩层的深度是否小于预设深度，是则进入步骤A02，否则直接将采样点下的预设深度划分为预设K个固定深度层次，构建采样点下的预设K个固定深度层次，该采样点的处理结束；步骤A02.将采样点至其下基岩层的深度划分为预设K个层次，并针对该各个层次深度，按该各个层次深度与预设深度划分为预设K个固定深度之间的比例进行拉伸，统一为预设K个固定深度层次，构建采样点下的预设K个固定深度层次，该采样点的处理结束。3.根据权利要求1所述一种基于典型对应分析的土壤氮储量估算方法，其特征在于：所述步骤B包括如下步骤：步骤B01.针对土壤区域中的各个采样点，获得各个采样点下各个固定深度层次分别所对应的土壤氮含量TNik，1≤i≤n，TNik表示第i个采样点下第k个固定深度层次所对应的土壤氮含量，然后进入步骤B02；步骤B02.根据如下公式：分别获得各个采样点下各个固定深度层次分别所对应的土壤氮密度TNDik，其中，TNDik表示第i个采样点下第k个固定深度层次所对应的土壤氮密度；TNik表示第i个采样点下第k个固定深度层次所对应的土壤氮含量，BDik表示第i个采样点下第k个固定深度层次所对应的土壤容重；Grik表示第i个采样点下第k个固定深度层次所对应的土壤砾石含量；Tk表示第k个固定深度层次所对应的深度。4.根据权利要求1所述一种基于典型对应分析的土壤氮储量估算方法，其特征在于：所述预设总环境变量集合X中包括气候、地形因子、土地利用类型、成土母质类型、植被类型，其中，气候包括年均降水、年均降雨变量；地形因子包括坡度、坡向、高程、地形湿度指数因子、地表曲率。5.根据权利要求1所述一种基于典型对应分析的土壤氮储量估算方法，其特征在于：所述步骤D包括如下步骤：步骤D01.根据各个采样点下各个固定深度层次分别所对应的土壤氮密度，分别针对各个固定深度层次，针对预设总环境变量集合X，使用逐步回归方法，剔除固定深度层次相对各个采样点不显著的环境变量，选择线性回归模型中自变量集合，即各个固定深度层次分别相对各个采样点的第一优化环境变量集合X_MLR_k，X_MLR_k表示第k个固定深度层次相对各个采样点的第一优化环境变量集合，然后进入步骤D02；步骤D02.根据各个采样点下各个固定深度层次分别所对应的土壤氮密度，分别针对各个固定深度层次，使用随机森林模型计算固定深度层次相对各个采样点所对应预设总环境变量集合X中各个环境变量的重要性，构成固定深度层次相对各个采样点所对应环境变量重要性集合，即各个固定深度层次相对各个采样点所对应环境变量重要性集合RF_k，RF_k表示第k个固定深度层次相对各个采样点所对应环境变量重要性集合，然后进入步骤D03；步骤D03.分别针对各个固定深度层次相对各个采样点所对应环境变量重要性集合RF_k，针对RF_k中各个环境变量，按重要性进行...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋效东，吴华勇，刘峰，元野，张甘霖，李德成，杨金玲，赵玉国，
申请(专利权)人：中国科学院南京土壤研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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