ZHANG Shulin1, CUI Liqin3, LIU Jian1, ZHANG Canting1, WANG Hongjia1, ZHANG Tingting1, WANG Ailing1,2(
)
Received:2025-08-21
Online:2026-01-06
Foundation items:National Natural Science Foundation of China(42171378); The Natural Science Foundation of Shandong Province(ZR2021MD018); The Special Funds of Taishan Scholar of Shandong Province(tsqnz20231205)
About author:ZHANG Shulin, E-mail: 2023120274@sdau.edu.cn
corresponding author:
CLC Number:
ZHANG Shulin, CUI Liqin, LIU Jian, ZHANG Canting, WANG Hongjia, ZHANG Tingting, WANG Ailing. Geographically Weighted Random Forest for County-scale Digital Mapping of Soil Organic Matter in the Central Shandong Mountains[J]. Smart Agriculture, doi: 10.12133/j.smartag.SA202508020.
Add to citation manager EndNote|Ris|BibTeX
URL: https://www.smartag.net.cn/EN/10.12133/j.smartag.SA202508020
Table 1
Environmental variables and data sources for the SOM prediction model
| 类别 | 名称 | 来源 | 分辨率/m |
|---|---|---|---|
| 气候 | 年均温(Mean Annual Temperature, MAT) | 《1901—2023年中国1 km分辨率逐月平均气温、降水量、潜在蒸发散量数据集》 (国家地球系统科学数据中心,https://www.geodata.cn/) | 1 000 |
| 年降水(Mean Annual Precipitation, MAP) | |||
| 年蒸散(Mean Annual Evapotranspiration, MAE) | |||
| 土壤 | 土壤类型(Soil Type, ST) | 全国第二次土壤普查土壤类型图 | – |
| 黏粒含量(Clay) | 《中国高分辨率国家土壤信息格网基本属性数据集_90米土壤砂粒、粉粒、黏粒含量》(国家地球系统科学数据中心,https://www.geodata.cn/) | 90 | |
| 粉粒含量(Silt) | |||
| 砂粒含量(Sand) | |||
| 地形 | 高程(DEM) | ASTER GDEM 30 M数据 (地理空间数据云,https://www.gscloud.cn/) | 30 |
| 坡度(Slope) | |||
| 坡向(Aspect) | |||
| 平面曲率(Plan) | |||
| 剖面曲率(Profile) | |||
| 地形位置指数(Topographic Position Index, TPI) | |||
| 地形湿度指数(Topographic Wetness Index, TWI) | |||
| 径流强度指数(Stream Power Index, SPI) | |||
| 植被 | 归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI) | 《Landsat 8-9 OLI/TIRS C2 L2》 (地理空间数据云,https://www.gscloud.cn/) | 30 |
| 增强型植被指数(Enhanced Vegetation Index, EVI) | |||
| 土壤调整植被指数(Soil-Adjusted Vegetation Index, SAVI) | |||
| 土地利用 | 土地利用方式(Land Use, LU) | 国土变更调查数据 | – |
Table 5
Regression coefficients of the MLR model and the GWR model for SOM digital mapping
| 环境变量 | MLR模型 回归系数 | GWR模型回归系数 | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 最小值 | 中位数 | 最大值 | 平均值 | ||
| 截距 | 7.29* | -18.03 | 8.47 | 51.12 | 12.23* |
| MAT | -1.65 | -59.31 | -0.84 | 21.06 | -8.71* |
| MAE | -1.56* | -24.90 | -2.68 | 13.62 | -3.13* |
| ST | 16.11* | 10.06 | 15.01 | 22.00 | 15.13* |
| Clay | -4.12* | -10.61 | -0.47 | 12.68 | -0.46 |
| Silt | 0.57 | -10.95 | -2.68 | 13.46 | -1.80 |
| Sand | 5.79* | -16.09 | -3.87 | 11.37 | -3.93* |
| Slope | 1.75 | -15.59 | -0.05 | 25.21 | 1.35 |
| Profile | 0.61 | -22.67 | -0.08 | 22.36 | -1.18 |
| SPI | 2.80 | -13.66 | 2.22 | 16.88 | 2.22 |
| NDVI | 1.95 | -35.79 | -1.73 | 26.47 | -2.17 |
| SAVI | -1.30 | -30.65 | 0.17 | 35.21 | 0.92 |
| LU | 3.88* | -18.11 | 1.75 | 13.11 | 1.93 |
Table 7
Significance test of prediction accuracy differences between GWRF and other models for SOM digital mapping
| 模型对比 | 指标 | 平均差值 | t | 自由度 | 显著性(P值) |
|---|---|---|---|---|---|
| GWRF-OK | R 2 | 0.24 | 29.79 | 19 | <0.01 |
| RMSE | -1.06 | -35.55 | 19 | <0.01 | |
| GWRF-MLR | R² | 0.16 | 19.03 | 19 | <0.01 |
| RMSE | -0.73 | -23.26 | 19 | <0.01 | |
| GWRF-GWR | R² | 0.13 | 13.91 | 19 | <0.01 |
| RMSE | -0.59 | -18.03 | 19 | <0.01 | |
| GWRF-RF | R² | 0.07 | 4.32 | 19 | <0.01 |
| RMSE | -0.36 | -5.56 | 19 | <0.01 |
| [1] |
王雨雪, 杨柯, 高秉博, 等. 基于两点机器学习方法的土壤有机质空间分布预测[J]. 农业工程学报, 2022, 38(12): 65-73.
|
|
|
|
| [2] |
|
| [3] |
沈仁芳, 颜晓元, 张甘霖, 等. 新时期中国土壤科学发展现状与战略思考[J]. 土壤学报, 2020, 57(5): 1051-1059.
|
|
|
|
| [4] |
朱阿兴, 杨琳, 樊乃卿, 等. 数字土壤制图研究综述与展望[J]. 地理科学进展, 2018, 37(1): 66-78.
|
|
|
|
| [5] |
|
| [6] |
刘顺国, 徐英德, 裴久渤, 等. 以土壤普查成果助推黑土地科学保护与利用[J]. 土壤通报, 2024, 55(4): 1185-1190.
|
|
|
|
| [7] |
曹佳萍, 张黎明, 邱龙霞, 等. 基于稀疏样点的南方丘陵地区耕地土壤有效磷制图[J]. 中国生态农业学报(中英文), 2022, 30(2): 290-301.
|
|
|
|
| [8] |
王奇, 王世航, 陶勤, 等. 典型黑土区农场尺度土壤属性数字制图方法对比研究[J]. 土壤, 2025, 57(2): 430-444.
|
|
|
|
| [9] |
陈琳, 任春颖, 王宗明, 等. 基于克里金插值的耕地表层土壤有机质空间预测[J]. 干旱区研究, 2017, 34(4): 798-805.
|
|
|
|
| [10] |
李梦佳, 王磊, 刘洪斌, 等. 不同模型预测土壤有机质含量空间分布对比分析[J]. 西南农业学报, 2021, 34(3): 610-617.
|
|
|
|
| [11] |
|
| [12] |
王幼奇, 张兴, 赵云鹏, 等. 基于GIS和地理加权回归的砂田土壤阳离子交换量空间预测[J]. 土壤, 2020, 52(2): 421-426.
|
|
|
|
| [13] |
仇皓雷, 王海燕. 机器学习在土壤性质预测研究中的应用进展[J]. 生态学杂志, 2025, 44(1): 283-294.
|
|
|
|
| [14] |
薄延素, 李昊明, 王葛霏, 等. 松嫩平原西部草地土壤有机质含量预测[J]. 水土保持研究, 2025, 32(3): 63-71.
|
|
|
|
| [15] |
胡志瑞, 赵万伏, 宋垠先, 等. 基于改进麻雀搜索算法优化BP神经网络的土壤有机质空间分布预测[J]. 环境科学, 2024, 45(5): 2859-2870.
|
|
|
|
| [16] |
李兰晖, 黄聪聪, 张镱锂, 等. 基于地理加权随机森林的青藏地区放牧强度时空格局模拟[J]. 地理科学, 2023, 43(3): 398-410.
|
|
|
|
| [17] |
|
| [18] |
卫格冉, 李明泽, 全迎, 等. 基于地理加权随机森林的黑龙江省森林碳储量遥感估测[J]. 中南林业科技大学学报, 2024, 44(7): 64-76.
|
|
|
|
| [19] |
李泽, 杜哲, 毕善婷, 等. 基于GWRF模型的滨海平原土壤含盐量预测及影响因素分析[J]. 环境科学, 2025, 46(8): 4982-4992.
|
|
|
|
| [20] |
姚彩燕, 刘绍贵, 乔婷, 等. 基于时空变异的旱地土壤有机碳高效采样策略研究[J]. 土壤学报, 2021, 58(3): 638-648.
|
|
|
|
| [21] |
孟祥添. 基于深度学习模型东北耕作土壤有机碳时空分布及驱动因素研究[D]. 哈尔滨: 中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所), 2024.
|
|
|
|
| [22] |
任艳, 尹秋月, 尹晋磊, 等. 南亚热带典型岩溶区耕地土壤有机质空间分布预测的方法比较[J]. 土壤, 2025, 57(3): 673-682.
|
|
|
|
| [23] |
陈艺敏, 苏漳文, 陈移萍, 等. 基于地理加权随机森林的长三角PM2.5建模[J]. 中国环境科学, 2024, 44(8): 4240-4248.
|
|
|
|
| [24] |
|
| [25] |
|
| [26] |
|
| [27] |
|
| [28] |
|
| [29] |
杨之江, 陈效民, 景峰, 等. 基于GIS和地统计学的稻田土壤养分与重金属空间变异[J]. 应用生态学报, 2018, 29(6): 1893-1901.
|
|
|
|
| [30] |
陈宣强, 赵明松, 卢宏亮, 等. 基于3种地理加权回归方法的安徽省土壤pH空间预测制图对比研究[J]. 地理科学, 2023, 43(1): 173-183.
|
|
|
|
| [31] |
|
| [32] |
董雨昕, 韩文霆, 崔欣, 等. 基于无人机与Sentinel-2A遥感数据协同的裸土期土壤含盐量反演[J]. 农业机械学报, 2025, 56(6): 434-445.
|
|
|
|
| [33] |
袁玉琦, 陈瀚阅, 张黎明, 等. 基于多变量与RF算法的耕地土壤有机碳空间预测研究: 以福建亚热带复杂地貌区为例[J]. 土壤学报, 2021, 58(4): 887-899.
|
|
|
|
| [34] |
卢宾宾, 葛咏, 秦昆, 等. 地理加权回归分析技术综述[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2020, 45(9): 1356-1366.
|
|
|
|
| [35] |
|
| [36] |
葛畅, 刘慧琳, 聂超甲, 等. 土壤肥力及其影响因素的尺度效应: 以北京市平谷区为例[J]. 资源科学, 2019, 41(4): 753-765.
|
|
|
|
| [37] |
|
| [38] |
解文艳, 周怀平, 杨振兴, 等. 黄土高原东部潇河流域农田土壤有机质时空变异及影响因素[J]. 农业资源与环境学报, 2019, 36(1): 96-104.
|
|
|
|
| [39] |
咸阳, 宋江辉, 王金刚, 等. 基于环境变量筛选与机器学习的土壤养分含量空间插值研究[J]. 农业机械学报, 2024, 55(10): 379-391.
|
|
|
| [1] | LIU Tianlin, ZHU Xicun, BAI Xueyuan, PENG Yufeng, LI Meixuan, TIAN Zhongyu, JIANG Yuanmao, YANG Guijun. Hyperspectral Estimation Model Construction and Accuracy Comparison of Soil Organic Matter Content [J]. Smart Agriculture, 2020, 2(3): 129-138. |
| Viewed | ||||||
|
Full text |
|
|||||
|
Abstract |
|
|||||