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Effects of soil data and map scale on assessment of total phosphorus storage in upland soils.

不同制图尺度及土壤数据对土壤全磷储量估算的影响


准确计算农田土壤磷储量对农业可持续发展和面源污染治理具有重要意义,但以往的磷储量研究并没有考虑不同土壤数据源和制图尺度造成的估算误差.本文以江苏北部29个县(市)约393×104 hm2旱地为例,分析了我国《县级土种志》、《地级市土种志》、《省级土种志》和《中国土种志》中记录土壤剖面资料分别建立的1∶5万、1∶25万、1∶50万、1∶100万、1∶400万和1∶1000万数据库对土壤全磷储量估算的影响.结果表明: 与数据最详细、记录有983个土壤剖面的《县级土种志》1∶5万尺度全磷密度和储量相比,其他不同土壤数据源建立的各个尺度土壤数据库估算的全磷密度和储量相对偏差分别在4.8%~48.9%和1.6%~48.4%.大部分《县级土种志》和《地级市土种志》土壤数据源建立的不同尺度全磷密度与《县级土种志》1∶5万尺度之间存在极显著或显著差异,《省级土种志》和《中国土种志》土壤数据源建立的不同尺度全磷密度与《县级土种志》1∶5万尺度之间均存在极显著差异,说明在旱地磷储量估算的研究中,选择适宜的制图尺度和土壤数据源是非常必要的.

Accurate assessment of total phosphorus storage in farmland soils is of great significance to sustainable agricultural and nonpoint source pollution control. However, previous studies haven’t considered the estimation errors from mapping scales and various databases with different sources of soil profile data. In this study, a total of 393×104 hm2 of upland in the 29 counties (or cities) of North Jiangsu was cited as a case for study. Analysis was performed of how the four sources of soil profile data, namely, “Soils of County”, “Soils of Prefecture”, “Soils of Province” and “Soils of China”, and the six scales, i.e. 1:50000, 1:250000, 1:500000, 1:1000000, 1:4000000 and 1:10000000, used in the 24 soil databases established for the four soil journals, affected assessment of soil total phosphorus. Compared with the most detailed 1:50000 soil database established with 983 upland soil profiles, relative deviation of the estimates of soil total phosphorus density (STPD) and soil total phosphorus storage (STPS) from the other soil databases varied from 4.8% to 48.9% and from 1.6% to 48.4%, respectively. The estimated STPD and STPS based on the 1:50000 database of “Soils of County” and most of the estimates based on the databases of each scale in “Soils of County” and “Soils of Prefecture” were different, with the significance levels of P<0.001 or P<0.05. Extremely significant differences (P<0.001) existed between the estimates based on the 1:50000 database of “Soils of County” and the estimates based on the databases of each scale in “Soils of Province” and “Soils of China”. This study demonstrated the significance of appropriate soil data sources and appropriate mapping scales in estimating STPS.


全 文 :不同制图尺度及土壤数据对土壤
全磷储量估算的影响
李衡荣1,2  张黎明1,2,3∗  李晓迪1,2  于东升3  史学正3  邢世和1,2  陈翰阅1,2
( 1福建农林大学资源与环境学院,福州 350002; 2土壤生态系统健康与调控福建省高校重点实验室,福州 350002; 3中国科学
院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室, 南京 210008)
摘  要  准确计算农田土壤磷储量对农业可持续发展和面源污染治理具有重要意义,但以往
的磷储量研究并没有考虑不同土壤数据源和制图尺度造成的估算误差.本文以江苏北部 29个
县(市)约 393×104 hm2旱地为例,分析了我国《县级土种志》、《地级市土种志》、《省级土种志》
和《中国土种志》中记录土壤剖面资料分别建立的 1 ∶ 5 万、1 ∶ 25 万、1 ∶ 50 万、1 ∶ 100 万、
1 ∶ 400万和 1 ∶ 1000万数据库对土壤全磷储量估算的影响.结果表明: 与数据最详细、记录有
983个土壤剖面的《县级土种志》1 ∶ 5万尺度全磷密度和储量相比,其他不同土壤数据源建立
的各个尺度土壤数据库估算的全磷密度和储量相对偏差分别在 4. 8% ~ 48. 9%和 1. 6% ~
48.4%.大部分《县级土种志》和《地级市土种志》土壤数据源建立的不同尺度全磷密度与《县
级土种志》1 ∶ 5万尺度之间存在极显著或显著差异,《省级土种志》和《中国土种志》土壤数据
源建立的不同尺度全磷密度与《县级土种志》1 ∶ 5 万尺度之间均存在极显著差异,说明在旱
地磷储量估算的研究中,选择适宜的制图尺度和土壤数据源是非常必要的.
关键词  全磷密度; 全磷储量; 土壤数据源; 制图比例尺; 苏北地区
本文由国家自然科学基金项目(41001126)、福建省自然科学基金项目(2015J01154)和福建省高校杰出青年科研人才计划基金项目( JA13093)
资助 This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (41001126), the Natural Science Foundation of Fujian Province
(2015J01154) and the Foundation of Outstanding Young Researchers Plan in the Universities of Fujian Province (JA13093).
2015⁃10⁃08 Received, 2016⁃03⁃06 Accepted.
∗通讯作者 Corresponding author. E⁃mail: fjaulmzhang@ 163.com
Effects of soil data and map scale on assessment of total phosphorus storage in upland soils.
LI Heng⁃rong1,2, ZHANG Li⁃ming1,2,3∗, LI Xiao⁃di1,2, YU Dong⁃sheng3, SHI Xue⁃zheng3, XING
Shi⁃he1,2, CHEN Han⁃yue1,2 ( 1College of Resource and Environment, Fujian Agriculture and Fores⁃
try University, Fuzhou 350002, China; 2Key Laboratory of Soil Ecosystem Health and Regulation of
Universities and Colleges of Fujian Province, Fuzhou 350002, China; 3State Key Laboratory of Soil
and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing
210008, China) .
Abstract: Accurate assessment of total phosphorus storage in farmland soils is of great significance to
sustainable agricultural and non⁃point source pollution control. However, previous studies haven’t
considered the estimation errors from mapping scales and various databases with different sources of
soil profile data. In this study, a total of 393×104 hm2 of upland in the 29 counties (or cities) of
North Jiangsu was cited as a case for study. Analysis was performed of how the four sources of soil
profile data, namely, “Soils of County”, “Soils of Prefecture”, “Soils of Province” and “Soils of
China”, and the six scales, i. e. 1:50000, 1:250000, 1:500000, 1:1000000, 1:4000000 and
1:10000000, used in the 24 soil databases established for the four soil journals, affected assessment
of soil total phosphorus. Compared with the most detailed 1:50000 soil database established with
983 upland soil profiles, relative deviation of the estimates of soil total phosphorus density (STPD)
and soil total phosphorus storage ( STPS) from the other soil databases varied from 4. 8% to
48.9% and from 1. 6% to 48. 4%, respectively. The estimated STPD and STPS based on the
1:50000 database of “Soils of County” and most of the estimates based on the databases of each
scale in “Soils of County” and “Soils of Prefecture” were different, with the significance levels of P
应 用 生 态 学 报  2016年 6月  第 27卷  第 6期                                            http: / / www.cjae.net
Chinese Journal of Applied Ecology, Jun. 2016, 27(6): 1737-1749                  DOI: 10.13287 / j.1001-9332.201606.006
<0.001 or P<0.05. Extremely significant differences (P<0.001) existed between the estimates
based on the 1:50000 database of “Soils of County” and the estimates based on the databases of
each scale in “Soils of Province” and “Soils of China”. This study demonstrated the significance of
appropriate soil data sources and appropriate mapping scales in estimating STPS.
Key words: total phosphorus density; total phosphorus storage; source of soil data; mapping scale;
North Jiangsu.
    土壤中磷素是植物生产力的重要限制因子和生
命支撑系统的主要成分,它的地球化学循环在维持
生态系统平衡中起着关键作用[1-2] .有研究表明,作
物所利用的磷素主要来源于土壤,而土壤中磷素含
量仅在 0.02%~0.2%,远远不能满足作物对磷素的
需求,导致农民大量施用磷肥来提高作物产量[3] .但
大多数磷肥的利用率为 10% ~ 25%[4],而剩余的大
部分磷残留在土壤中或随地表径流进入水体,导致
严重的水体富营养化问题.据统计,欧洲农业面源排
放的磷为地表水污染总负荷的 24% ~ 71%[5] .我国
滇池由于土壤释磷造成的环境风险较高水域高达
51%;在水体富营养化较为严重的太湖流域,每年农
业活动释放的磷占总磷排放量的70.7%[6-7] .由此可
见,无论从保障粮食安全,还是从解决面源污染等环
境问题的角度,准确估算农田土壤磷储量在维持生
态系统稳定与农业可持续发展中皆具有重要意义.
目前,国内外学者借助不同来源土壤数据资料
建立的各个制图尺度数据库,对全球、国家和区域的
磷储量进行了估算[8-10] .但总体来看,以往的旱地磷
储量研究大多集中于单一制图尺度,对大、中、小系
列制图尺度土壤数据库的研究较少.另外,我国建立
土壤数据库的剖面资料一般记录在 《中国土种
志》 [11]、《省级土种志》 [12]、《地级市土种志》 [13]和
《县级土种志》 [14]中,但不同研究者在使用各个土壤
数据源资料建立制图尺度数据库时,往往根据实际
获取数据的难易程度和工作量大小选择某一个数据
源,并没有考虑同一个地区使用不同土壤数据源造
成的估算误差.这有可能导致估算值与“真值”之间
存在很大不确定性.因此,本研究以江苏北部(简称
“苏北地区”)29个县(市)约 393万 hm2的旱地为研
究区,计算 4种不同土壤数据源剖面资料数据(《县
级土种志》、《地级市土种志》、《江苏省土种志》和
《中国土种志》)分别建立的 6 种制图尺度(1 ∶ 5
万、1 ∶ 25万、1 ∶ 50 万、1 ∶ 100 万、1 ∶ 400 万和 1 ∶
1000万)土壤数据库全磷密度和储量,并将估算结
果与目前数据最详细、记录有 983 个土壤剖面的
《县级土种志》1︰5万尺度全磷密度和储量相比,系
统评价土壤数据源和制图尺度差异造成的旱地磷储
量估算误差,以期为准确评估不同土壤数据源和制
图尺度对磷储量估算的精度大小提供理论依据.
1  研究地区与研究方法
1􀆰 1  研究区概况
研究区(32°43′—35°07′ N,116°21′—120°54′ E)
地处江苏省北部,地形地貌以平原为主,土地利用类
型基本为旱地,是黄淮海平原的一部分(图 1).辖盐
城、连云港、徐州、宿迁、淮安 5个地级市,拥有 31 个
县(市),其中,29 个县(市)有旱地分布,占江苏省
陆地面积的二分之一以上,面积达 5.23万 km2 .该区
域气候属亚热带和暖温带的过渡地带,年降水量在
800~1200 mm,无霜期 220 d 左右,年均温 13~16 ℃,
全年平均日照时数 2000 ~ 2600 h.成土母质包括湖
相冲积物、黄泛冲积物、河海相冲积物、其他各河流
冲积物和下蜀黄土等[15] .
1􀆰 2  不同制图尺度土壤数据库的建立
土壤空间数据包括 1 ∶ 5 万、1 ∶ 25 万、1 ∶ 50
万、1 ∶ 100万、1 ∶ 400 万和 1 ∶ 1000 万 6 个尺度土
壤类型图,这些数据库基本包含了目前国内同类研
究使用的全部比例尺.其中,数据最详尽的 1︰5 万
尺度图件来自江苏省盐城、宿迁、连云港、徐州、淮安
所辖有旱地面积的 29个县(市)中国第二次土壤普
查资料,其他 5个尺度图件分别来自各地级市、省级
图 1  研究区的地理位置
Fig.1  Geographical location of the study area.
8371 应  用  生  态  学  报                                      27卷
表 1  苏北地区 6个制图比例尺土壤图的基本特征
Table 1   Characteristics of the soil maps relative to six
mapping scales in North Jiangsu
比例尺
Mapping
scale
图件来源
Source of soil map
制图
单元
Basic
mapping
unit
旱地
图斑数
Number of
polygons
of upland
1 ∶ 50000 江苏省各县级土壤普查办
公室(1982)
土种 17024
1 ∶ 250000 江苏省土壤普查办公室,
农业出版社(1990)
土属 3950
1 ∶ 500000 江苏省土壤普查办公室,
农业出版社(1990)
土属 1411
1 ∶ 1000000 全国第二次土壤普查办公
室, 中 国 地 图 出 版 社
(1995)
土属 685
1 ∶ 4000000 中国科学院南京土壤研究
所编制,中国地图出版社
(1978)
亚类 65
1 ∶ 10000000 中国科学院南京土壤研究
所 编 制, 科 学 出 版 社
(1988)
亚类 26
和全国的土壤图.对所有图件在 ArcGIS 软件中使用
双标准纬线等积圆锥投影,经过土壤图数字化,接边
建成苏北地区 6 种土壤空间数据库,所建成土壤图
的基本制图单元均采用中国土壤发生分类系统
(Genetic Soil Classification of China, GSCC)(表 1).
研究区旱地土壤类型主要有 8种:潮土、盐土、褐土、
棕壤、砂姜黑土、石灰土、石质土和紫色土(图 2).在
1 ∶ 5 万制图尺度下的统计结果表明,面积最大的
是潮土,约 207万 hm2,其次为盐土,约 95万 hm2,褐
土、沙姜黑土和棕壤分布面积也较大,都超过了 20
万 hm2;石质土、紫色土和石灰土最小,分别为 5􀆰 79
万、1.07万和 0.72万 hm2 .
    土壤属性数据分别来源于苏北地区在《县级土
种志》、《地级市土种志》、《江苏省土种志》和《中国
土种志》中所记录的 983、209、64、和 21 个旱地土壤
剖面资料,这些剖面的属性数据包含剖面描述、土壤
肥力因子和理化性质等多个指标(图 3).一般情况
下,不同制图比例尺土壤类型图主要用于土壤类型
面积的提取,而土种志记录的土壤剖面资料可以为
这些制图比例尺提供属性数据.由于不同土种志记
录的土壤剖面数量不一样,有可能造成各个土种志
建立的不同制图比例尺土壤图“图斑”所带的属性
数据有很大差异.这将导致土壤全磷密度和储量估
算存在很大误差.本研究为定量化各个土种志建立
的不同制图比例尺造成的全磷密度和储量估算误
差,利用目前常用的《县级土种志》、《地级市土种
志》、《省级土种志》和《中国土种志》记录的土壤剖
面数据分别建立苏北地区 6 个不同制图尺度数据
库.各个土种志土壤剖面属性数据分别与不同制图
尺度空间数据的连接采用 Shi 等[16]提出的“土壤类
型 GIS连接法”,即利用 GIS 平台,根据土壤成土母
质相同或相近、土壤类型一致与相似、土壤剖面点与
分布区域位置一致或邻近原则,以县(市)行政区域
作为基本的控制单元,将土壤属性数据库中的剖面
数据连接到空间数据库中相应的土壤类型图斑单元
中.连接过程中,若出现多个剖面点与一个图斑相对
应,则取多个剖面点的属性平均值赋予该图斑;若出
现一个剖面点对应多个图斑,则取该剖面点的属性
值赋予多个图斑.
1􀆰 3  全磷密度的估算方法
土壤全磷密度 ( soil total phosphorus density,
STPD,kg·m-3)的计算公式[17]如下:
图 2  苏北地区 6个制图比例尺土壤类型的空间分布
Fig.2  Spatial distribution of soil types relative to six mapping scales in North Jiangsu.
A: 1 ∶ 500000; B: 1 ∶ 250000; C: 1 ∶ 500000; D: 1 ∶ 1000000; E: 1 ∶ 4000000; F: 1 ∶ 10000000. 下同 The same below.Ⅰ: 潮土 Fluvo⁃aquic
soil; Ⅱ: 盐土 Saline soil; Ⅲ: 褐土 Cinnamon soil; Ⅳ: 棕壤 Brown soil; Ⅴ: 砂姜黑土 Lime concretion black soil; Ⅵ: 石灰土 Limestone soil; Ⅶ:
石质土 Lithosol; Ⅷ: 紫色土 Purplish soil.
93716期                      李衡荣等: 不同制图尺度及土壤数据对土壤全磷储量估算的影响         
图 3  苏北地区不同土壤数据源的土壤剖面点空间分布
Fig.3  Spatial distribution of soil profiles relative to different sources of soil data in North Jiangsu.
a) 《县级土种志》 “Soils of County”; b) 《地级市土种志》 “Soils of Prefecture”; c) 《省级土种志》 “Soils of Province”; d) 《中国土种志》 “Soils
of China” . 下同 The same below.
    STPDi = (∑

i = 1
HiB iOi) / (∑

i = 1
Hi) (1)
式中:Hi为第 i层土层厚度(cm);B i为第 i层土壤容
重(g·cm-3);Oi为土壤全磷含量(%).首先计算表
层(0~20 cm)的土壤全磷密度,然后根据土壤图斑
面积计算出每个图斑的土壤磷储量.
1􀆰 4  多种土壤数据源下各个制图尺度数据库的全
磷密度和储量的相对偏差
不同土壤数据源剖面资料建立的各个制图尺度
数据库全磷密度和储量估算误差采用相对偏差
(%)的绝对值来表示[18]:
y=ABS(xs-x0) / x0×100% (2)
式中:xs为不同土壤数据源剖面资料建立的各个制
图尺度的土壤数据库(除《县级土种志》 1︰5万尺
度)计算的全磷密度和储量; xo为 《县级土种志》
1︰5万尺度土壤数据库的全磷密度和储量.在第二
次土壤普查中,土壤剖面数据是由“县-地级市-省
级-国家”逐级筛选的.一般情况下,土壤剖面的属性
数据质量《中国土种志》 >《省级土种志》 >《地级市
土种志》>《县级土种志》,但由于苏北地区《县级土
种志》记录的剖面数量远大于其他几个土种志,因
此,本研究以《县级土种志》1︰5万尺度估算结果作
为基准,评价其他数据源和制图尺度对全磷储量估
算的影响.
1􀆰 5  多种土壤数据源下各个制图尺度数据库的全
磷密度差异性检验
应用统计软件 SPSS 18.0 对不同土壤数据源剖
面资料建立的苏北旱地各个制图尺度数据库进行全
磷密度独立样本 T检验[19],分析不同数据源下各个
制图尺度(除《县级土种志》1︰5 万尺度)全磷密度
与《县级土种志》l︰5万尺度之间的差异.
2  结果与分析
2􀆰 1  不同土壤数据源建立的 1︰5万制图尺度全磷
密度和储量差异
《县级土种志》数据源下苏北旱地 1︰5 万尺度
的面积达 393万 hm2,约占全国旱地面积(10600 万
hm2)的 3.7%[20] .该数据源尺度下的全磷密度和储
量分别为 1.34 kg·m-3和 10.52 Tg(表 2).从图 4Aa
可以看出,苏北地区旱地土壤全磷密度的空间差异
很大,其中,最大值(3.60 kg·m-3)出现于盱眙县,
最小值(0.16 kg·m-3)出现于东海县,差距 20多倍.
全磷密度最高的区域主要分布在中部与东南部,集
中于东台、大丰、盱眙、淮阴、射阳、盐城、宿迁、淮安、
滨海、和泗阳等县(市),一般在 2.0~3.6 kg·m-3,占
全部旱地总面积的 17.0%.全磷密度值在 1.0 ~ 2.0
kg·m-3的旱地主要分布在中部、东部和东北部,集
中于沭阳、射阳、灌云、滨海、泗洪、泗阳、涟水、东台、
响水、新沂和、宿迁等县(市),占研究区旱地总面积
0471 应  用  生  态  学  报                                      27卷
表 2  苏北旱地不同土壤数据源下各制图尺度的全磷密度(Tg,Ⅰ)、储量(kg·m-3,Ⅱ)和面积(104 hm2,Ⅲ)的分布
Table 2  Distribution of STPD (Tg,Ⅰ), STPS (kg·m-3,Ⅱ) and area (104 hm2,Ⅲ) of the upland soils relative to diffe⁃
rent sources of soil data and mapping scales in North Jiangsu
制图尺度
Mapping
scale
数据来源
Source
of data
项目
Item
潮土
Fluvo⁃aquic
soil
盐土
Saline
soil
褐土
Cinnamon
soil
棕壤
Brown
soil
石灰土
Limestone
soil
石质土
Lithosol
紫色土
Purplish
soil
砂姜黑土
Lime
concretion
black soil
整个地区
Whole
region
1 ∶ 50000 a Ⅰ 5.53 3.60 0.28 0.27 0.01 0.32 0.02 0.50 10.52
Ⅱ 1.34 1.89 0.63 0.48 0.76 2.73 0.81 0.78 1.34
b Ⅰ 4.83 2.51 0.22 0.36 0.01 0.14 0.02 0.50 8.59
Ⅱ 1.17 1.32 0.50 0.63 0.78 1.17 0.91 0.76 1.10
c Ⅰ 3.27 1.37 0.26 0.12 0.011 0.11 0.011 0.51 5.66
Ⅱ 0.80 0.72 0.58 0.21 0.77 0.92 0.53 0.78 0.72
d Ⅰ 3.39 1.65 0.42 0.34 0.01 0.11 0.01 0.52 6.44
Ⅱ 0.82 0.86 0.94 0.59 0.95 0.92 0.43 0.81 0.82
Ⅲ 207.00 95.42 22.15 28.71 0.72 5.79 1.07 31.92 393.00
1 ∶ 250000 a Ⅰ 7.10 1.67 0.11 0.49 0.01 0.31 0.02 0.48 10.18
Ⅱ 1.42 1.41 0.50 0.59 0.75 2.86 0.97 0.74 1.27
b Ⅰ 6.92 1.63 0.11 0.51 0.01 0.38 0.02 0.50 10.07
Ⅱ 1.38 1.38 0.52 0.61 0.72 3.55 0.85 0.77 1.26
c Ⅰ 3.99 0.76 0.16 0.18 0.01 0.10 0.01 0.51 5.72
Ⅱ 0.80 0.64 0.76 0.22 0.77 0.92 0.67 0.78 0.71
d Ⅰ 4.26 1.08 0.24 0.73 0.013 0.10 0.009 0.50 6.95
Ⅱ 0.85 0.91 1.15 0.89 0.95 0.92 0.43 0.78 0.87
Ⅲ 250.00 59.14 10.63 41.44 0.67 5.35 1.06 32.41 401.00
1 ∶ 500000 a Ⅰ 6.71 2.30 0.33 0.19 0.01 0.34 0.02 0.45 10.36
Ⅱ 1.38 1.63 0.57 0.42 0.78 2.88 0.95 0.70 1.28
b Ⅰ 6.91 1.95 0.32 0.22 0.01 0.20 0.02 0.49 10.11
Ⅱ 1.42 1.38 0.56 0.48 1.11 1.66 0.85 0.75 1.25
c Ⅰ 3.72 1.29 0.42 0.09 0.010 0.11 0.016 0.61 6.26
Ⅱ 0.76 0.92 0.71 0.20 0.76 0.92 0.82 0.94 0.77
d Ⅰ 3.93 1.22 0.36 0.29 0.010 0.11 0.009 0.53 6.45
Ⅱ 0.81 0.86 0.61 0.63 0.79 0.92 0.43 0.82 0.80
Ⅲ 243.00 70.59 29.07 22.88 0.63 5.94 1.00 32.30 406.00
1 ∶ 1000000 a Ⅰ 6.66 0.82 0.35 0.19 0.011 0.28 - 0.40 8.72
Ⅱ 1.27 1.20 0.64 0.38 0.63 2.36 - 0.74 1.14
b Ⅰ 7.01 0.80 0.26 0.19 0.01 0.13 - 0.46 8.86
Ⅱ 1.34 1.17 0.47 0.39 0.67 1.09 - 0.84 1.16
c Ⅰ 4.08 0.63 0.27 0.10 0.013 0.11 - 0.42 5.62
Ⅱ 0.78 0.92 0.50 0.20 0.77 0.92 - 0.76 0.74
d Ⅰ 4.30 0.52 0.62 0.10 0.015 0.11 - 0.36 6.02
Ⅱ 0.82 0.75 1.14 0.20 0.92 0.92 - 0.66 0.79
Ⅲ 262.00 34.38 27.23 24.23 0.83 6.02 - 27.33 383.00
1︰4000000 a Ⅰ 7.78 1.08 0.096 0.24 0.057 0.00006 - 0.61 9.87
Ⅱ 1.46 1.11 0.38 0.43 0.67 2.71 - 0.66 1.21
b Ⅰ 7.37 0.95 0.13 0.46 0.057 0.00002 - 0.68 9.64
Ⅱ 1.38 0.97 0.53 0.82 0.67 0.923 - 0.73 1.19
c Ⅰ 4.22 0.88 0.20 0.12 0.074 0.00002 - 0.70 6.20
Ⅱ 0.79 0.90 0.80 0.22 0.88 0.92 - 0.75 0.76
d Ⅰ 4.35 0.89 0.30 0.13 0.078 0.00002 - 0.51 6.26
Ⅱ 0.82 0.91 1.20 0.22 0.92 0.92 - 0.55 0.77
Ⅲ 267.00 48.80 12.50 28.20 4.25 0.0011 - 46.39 407.00
1 ∶ 10000000 a Ⅰ 4.57 2.18 0.22 0.04 - - - - 7.01
Ⅱ 0.89 0.95 0.54 0.43 - - - - 0.89
b Ⅰ 7.11 2.17 0.16 0.085 - - - - 9.52
Ⅱ 1.39 0.94 0.41 0.87 - - - - 1.20
c Ⅰ 3.71 2.17 0.67 0.02 - - - - 6.56
Ⅱ 0.73 0.94 1.68 0.20 - - - - 0.83
d Ⅰ 3.52 1.63 0.21 0.08 - - - - 5.43
Ⅱ 0.69 0.70 0.52 0.77 - - - - 0.69
Ⅲ 256.00 116 19.84 4.90 - - - - 396.00
a) 《县级土种志》 “Soils of County”; b) 《地级市土种志》 “Soils of Prefecture”; c) 《省级土种志》 “Soils of Province”; d) 《中国土种志》 “Soils
of China” . 下同 The same below.
14716期                      李衡荣等: 不同制图尺度及土壤数据对土壤全磷储量估算的影响         
图 4  不同土壤数据源下 1 ∶ 5万、1 ∶ 25万和 1 ∶ 50万苏北旱地土壤全磷密度的空间分布
Fig.4  Spatial distribution of STPD of the upland soils in North Jiangsu based on the soil database of mapping scale of 1:50000,
1:250000, 1:500000, relative to different sources of soil data.
的 41.1%.全磷密度值小于 1.0 kg·m-3的旱地总面
积最大,达到 164 万 hm2,占全部旱地总面积的
41.9%,主要分布在西部与北部,集中于铜山、东海、
邳州、泗洪、睢宁、丰县、沛县、赣榆、金湖和阜宁等县
(市).
从图 4Ab可以看出,由于数据源不一样,同一
制图尺度的全磷密度差异也很大. 《地级市土种
志》 [13]记录土壤剖面数据建立的 1 ∶ 5 万尺度全磷
密度和储量分别为 1.10 kg·m-3和 8.59 Tg,与《县
级土种志》1 ∶ 5 万尺度相对偏差均为 18.4%,且二
者的差异达到显著水平(P<0.05),说明土壤数据源
的改变将对全磷储量的估算产生很大影响(表 3).
这主要是因为《地级市土种志》土壤数据源下苏北
地区面积分布很大的潮土和盐土全磷密度、储量分
别比 《县级土种志》 1 ︰ 5 万尺度下降了 0. 17
kg·m-3、0.70 Tg 和 0.57 kg·m-3、1.09 Tg.此外,该
土壤数据源 1 ∶ 5 万尺度下全磷密度小于 1. 0
kg·m-3和大于 2.0 kg·m-3的旱地分别占研究区旱
地总面积的 57.7%和 9.2%,与《县级土种志》 1 ∶ 5
万尺度相比分别升高 15.8%和降低 7.8%,前者变化
的区域主要集中在中部、东北部地区,后者主要集中
在南部、东北部地区.《地级市土种志》1 ∶ 5 万尺度
下全磷密度处于 1.0 ~ 2.0 kg·m-3的旱地占研究区
旱地总面积的比值比《县级土种志》1 ∶ 5 万尺度的
小 8.0%,减少的区域主要集中在中部地区.《省级土
种志》记录土壤剖面数据建立的 1 ∶ 5 万尺度全磷
密度和储量分别为 0.72 kg·m-3和 5.66 Tg,与《县
级土种志》1︰5 万尺度的相对偏差均为 46.2%,且
二者的差异达到极显著水平(P<0.001).这主要是
由于前者土壤数据源下潮土和盐土的全磷密度、储
量较《县级土种志》 1 ∶ 5 万尺度分别下降了 0.54
kg·m-3、2.26 Tg和 1.17 kg·m-3、2.23 Tg,且该土壤
数据源下全磷密度小于 1.0 kg·m-3的旱地占研究
区旱地总面积的 95.3%(图 4Ac).《中国土种志》记
录土壤剖面数据建立的 1︰5 万尺度全磷密度和储
量与《县级土种志》1 ∶ 5万尺度的差异也很大,前者
2471 应  用  生  态  学  报                                      27卷
表 3  苏北旱地不同土壤数据源下各制图尺度土壤全磷密度 T检验统计特征参数
Table 3  Statistical parameters of Student’s T test on STPD of the upland soils relative to different sources of soil data and
mapping scales in North Jiangsu
制图尺度
Mapping
scale
数据来源
Source
of data
平均值
Mean
(kg·m-3)
标准差
Standard deviation
(kg·m-3)
变异系数
CV
(%)
F Pf T P
1 ∶ 50000 a 1.36 0.57 42.1 - - - -
b 1.11 0.41 37.3 0.60 0.340 1.956∗ 0.045
c 0.70 0.17 24.8 32.95 0.000 6.996∗∗∗ 0.000
d 0.81 0.13 16.2 45.10 0.000 6.148∗∗∗ 0.000
1 ∶ 250000 a 1.31 0.58 43.9 0.12 0.731 0.387 0.700
b 1.30 0.60 45.9 0.40 0.530 0.639 0.526
c 0.72 0.16 22.4 36.47 0.000 6.944∗∗∗ 0.000
d 0.86 0.11 13.3 53.98 0.000 5.804∗∗∗ 0.000
1 ∶ 500000 a 1.28 0.56 43.9 0.07 0.796 0.724 0.472
b 1.21 0.47 38.8 0.28 0.598 1.102 0.275
c 0.75 0.18 23.7 33.60 0.000 6.627∗∗∗ 0.000
d 0.77 0.10 12.5 59.24 0.000 6.573∗∗∗ 0.000
1 ∶ 1000000 a 1.10 0.47 42.4 1.26 0.266 2.336∗ 0.023
v 1.15 0.46 40.0 0.29 0.291 1.445∗ 0.014
c 0.72 0.16 22.2 41.33 0.000 6.969∗∗∗ 0.000
d 0.82 0.10 12.0 52.58 0.000 6.210∗∗∗ 0.000
1 ∶ 4000000 a 1.25 0.55 44.1 0.18 0.672 0.841 0.404
b 1.17 0.36 30.9 5.90 0.018 1.428 0.160
c 0.76 0.16 21.3 38.29 0.000 6.550∗∗∗ 0.000
d 0.75 0.12 15.8 42.40 0.000 6.867∗∗∗ 0.000
1 ∶ 10000000 a 0.86 0.15 17.1 47.84 0.000 5.445∗∗∗ 0.000
b 1.18 0.30 25.6 12.83 0.001 12.833 0.084
c 0.82 0.33 39.5 18.00 0.000 5.473∗∗∗ 0.000
d 0.69 0.069 10.0 60.16 0.000 7.469∗∗∗ 0.000
∗ P<0.05; ∗∗P<0.01; ∗∗∗P<0.001. 统计量 F检验判断两总体的方差是否相同,Pf为对应的相伴概率值;统计量 T检验判断两总体的差
异显著性,P为对应的相伴概率值 F stood for statistical quantity to test whether two totals were the same in variance; Pf for corresponding concomitant
probability value; T for statistical quantity to determine significance of the difference between tow totals; and P for corresponding concomitant probability
value.
全磷密度和储量分别为 0.82 kg·m-3和 6.44 Tg,与
后者的相对偏差均为 38.8%,二者的差异达到极显
著水平.这主要是因为该土壤数据源下,面积较大的
潮土和盐土全磷密度、储量较《县级土种志》1 ∶ 5 万
尺度分别下降 0. 52 kg · m-3、 2. 14 Tg 和 1. 03
kg·m-3、1.96 Tg,且全磷密度小于 1.0 kg·m-3的旱
地占研究区旱地总面积的 94.7%,说明建库剖面数
的明显减少,将对土壤数据库属性值产生很大影响
(图 4Ad) .
总体来看,随着建立 1 ∶ 5万尺度的土壤数据源
从《县级土种志》逐级变化到《地级市土种志》、《省
级土种志》、《中国土种志》,苏北旱地全磷密度和储
量估算误差也在逐渐增大,尤其《省级土种志》和
《中国土种志》数据源的估算误差远高于《地级市土
种志》.有研究表明,建库的土壤属性数据越少,表征
土壤养分空间变异性的准确度会越低;相反,土壤属
性数据越多,揭示土壤养分空间分布特征的精度将
越高[21-22] .本研究在一定程度上支持了此观点.
2􀆰 2  不同土壤数据源建立的 1 ∶ 25 万制图尺度全
磷密度和储量差异
不同土壤数据源对苏北旱地 1 ∶ 25万尺度的全
磷密度和储量影响很大(表 2).与《县级土种志》
1 ∶ 5万尺度相比,《县级土种志》记录剖面数据建立
的 1 ∶ 25万尺度苏北旱地全磷密度和储量分别下降
了 5.3%和 3.3%.虽然 T 检验表明,二者在整个地区
没有显著差异,但由于制图尺度的变化,主要土类潮
土的面积增加了 43.60 万 hm2,而盐土的面积减少
了 36.28万 hm2,与《县级土种志》1 ∶ 5万尺度相比,
《县级土种志》1 ∶ 25万尺度下潮土的储量增加 1.57
Tg,而盐土减少 1.93 Tg.另外,该尺度下全磷密度小
于 1.0 kg·m-3和处于 1.0 ~ 2.0 kg·m-3的旱地占研
究区旱地总面积的比值与《县级土种志》1 ∶ 5 万尺
度相比,分别增加 7.2%和减少 9.7%.《县级土种志》
1 ∶ 25万尺度全磷密度大于 2.0 kg·m-3的旱地占研
究区旱地总面积的比值尽管比《县级土种志》1 ∶ 5
万尺度仅高 2.5%,但空间分布由前者的插画式分布
34716期                      李衡荣等: 不同制图尺度及土壤数据对土壤全磷储量估算的影响         
集中到中部、东北、东南部地区(图 4Ba).《地级市土
种志》中记录剖面数据建立的 1 ∶ 25 万尺度全磷密
度和储量与《县级土种志》1 ∶ 5 万尺度的相对偏差
分别为 6.4%和 4.3%.尽管 T 检验表明,二者在整个
地区也没有显著差异,但主要土类潮土与盐土的全
磷储量前者较后者分别升高 25.2%和降低 54.8%
(表 2),且全磷密度小于 1.0 kg·m-3和处于 1.0 ~
2􀆰 0 kg·m-3的旱地占研究区旱地总面积的比值与
《县级土种志》1 ∶ 5万尺度相比,分别提高 12.8%和
降低 20.7%.此外,全磷密度大于 2.0 kg·m-3的旱地
占研究区旱地总面积的比值较《县级土种志》1 ∶ 5
万尺度增加 7.9%,增加面积主要分布在中部和东北
部地区(图 4Bb).
《省级土种志》中记录剖面数据建立的 1 ∶ 25
万尺度全磷密度和储量比《县级土种志》1 ∶ 5 万尺
度的分别减小 0.63 kg·m-3和 4.81 Tg,二者的差异
达到极显著水平,主要原因是前者面积较大的潮土
和盐土全磷密度、储量分别比后者下降 0. 54
kg·m-3、1.54 Tg和 1.25 kg·m-3、2.84 Tg,且全磷密
度小于 1.0 kg·m-3的旱地面积占全部旱地面积的
比值达 96.0%(图 4Bc).《中国土种志》中记录剖面
数据建立的 1 ∶ 25 万尺度全磷密度和储量与《县级
土种志》1 ∶ 5 万尺度的相对偏差分别为 35.4%和
34.0%,二者的差异达到极显著水平.其主要原因也
是由于前者潮土和盐土的全磷密度和储量比后者有
所下降,且全磷密度小于 1.0 kg·m-3的旱地占研究
区旱地总面积的比值达 94.8%(图 4Bd).说明随着
建库土壤剖面数量的急剧减少,一些土壤属性的空
间信息无法充分表征,即使在同一制图尺度下土壤
全磷储量估算误差也很大.这也进一步证明了土壤
数据的详尽程度在揭示土壤属性中的重要性.
总体来看,由于《县级土种志》和《地级市土种
志》数据源记录了较多的剖面资料,其所建立的 1 ∶
25万尺度估算的全磷密度和储量误差远小于《省级
土种志》和《中国土种志》土壤数据源.另外,尽管
《县级土种志》和《地级市土种志》土壤数据源建立
的 1 ∶ 25 万尺度与数据最详尽的 《县级土种志》
1 ∶ 5万尺度之间在整个地区没有达到显著或极显著
差异,但在各个土类上的差异很明显.这也说明随着
制图尺度的降低,表征苏北旱地全磷密度和储量空
间异质性的准确度在减弱.
2􀆰 3  不同土壤数据源建立的 1 ∶ 50 万制图尺度全
磷密度和储量差异
苏北旱地《县级土种志》记录剖面数据建立的
1 ∶ 50万尺度全磷密度和储量与《县级土种志》1 ∶ 5
万尺度相比,分别下降了 4.8%和 1.6%,在所有不同
土壤数据源建立的各个尺度数据库中相对偏差最
小,主要土类潮土和盐土的全磷储量和密度与《县
级土种志》1 ∶ 5万尺度的相对偏差也基本上小于其
他土壤数据库,二者的全磷密度在整个地区没有显
著差异(图 4Ca).许多研究者认为,主导陆地生态系
统不同空间尺度上的影响因素有很大差异,地表信
息时空分辨率的差异会导致人们在某一尺度上观察
到的原理和规律,在另一尺度上或许依然有效,或许
需要改进[23] .本研究结果表明,《县级土种志》中记
录剖面数据建立的 1 ∶ 50万尺度全磷密度和储量与
目前苏北地区数据最详尽的 1 ∶ 5 万尺度在整个地
区或土类的差异都不大,说明苏北地区在缺乏《县
级土种志》1 ∶ 5万尺度数据资料的情况下估算整个
地区或者土类的全磷密度时,《县级土种志》1 ∶ 50
万是一个可以保证精度的尺度.但从《县级土种志》
1 ∶ 50万尺度下各县(市)全磷密度的相对偏差来
看,大于 10%的县(市)有 14 个,而同一数据源下
1 ∶ 25万尺度大于 10%的县(市)只有 7 个,说明在
使用空间信息更精细的县级单元制定苏北旱地全磷
农业管理措施时,1 ∶ 25 万尺度的精度高于 1 ∶ 50
万尺度.
《地级市土种志》中记录剖面数据建立的 1 ∶ 50
万尺度全磷密度和储量与《县级土种志》1 ∶ 5 万尺
度相对偏差分别为 7.0%和 3.9%,尽管二者在整个
地区没有显著差异,但前者小于 1.0 kg·m-3和处于
1.0~ 2.0 kg·m-3的旱地占研究区旱地总面积的比
值分别较后者升高 11.2%与降低 13.9%,增加的区
域主要集中在东北部地区,而减少的区域主要集中
在中部、东北部地区(图 4Cb).此外,虽然整个地区
《地级市土种志》1 ∶ 50万尺度的全磷储量估算误差
较《地级市土种志》1 ∶ 25万尺度小,但前者潮土、砂
姜黑土、石质土、石灰土与《县级土种志》1 ∶ 5 万尺
度相应土类的全磷密度相对偏差分别为 6. 2%、
3.4%、39.3%、47.4%,都比《地级市土种志》1︰25 万
尺度相应土类的高(表 2).这也说明《地级市土种
志》1 ∶ 25万尺度在空间分布的精度上高于《地级市
土种志》1 ∶ 50万尺度.《省级土种志》中记录剖面数
据建立的 1 ∶ 50万尺度全磷密度和储量与《县级土
种志》1 ∶ 5万尺度相对偏差分别为 42.4%和40.5%,
且二者的差异达到显著水平.这主要是因为《县级土
种志》1 ∶ 5万尺度中全磷密度和储量较高的盐土被
概化为《省级土种志》1 ∶ 50万尺度中全磷密度和储
4471 应  用  生  态  学  报                                      27卷
量较小的潮土所致,前者潮土的全磷密度和储量比
后者分别高 43.3%和 32.8%.《省级土种志》1 ∶ 50万
尺度全磷密度小于 1. 0 kg·m-3和处于 1. 0 ~ 2. 0
kg·m-3的旱地分别占研究区旱地总面积的 84.4%
和15.0%,与《县级土种志》1 ∶ 5 万尺度相比,分别
增加 42.5%和减少 26.1%,前者在西部地区有所减
少但在东部地区明显增加,而后者减少的面积主要
集中在中东部地区(图 4Cc).另外,《省级土种志》
1 ∶ 50万尺度中面积较大的土类潮土、砂姜黑土、棕
壤和褐土全磷储量相对偏差分别达到 32. 8%、
22.6%、66.0%和 48.5%,比《省级土种志》 1 ∶ 25 万
尺度相应土类大得多.《中国土种志》中记录剖面数
据建立的 1 ∶ 50万尺度全磷密度和储量与《县级土
种志》 1 ∶ 5 万尺度的相对偏差分别为 40. 7%和
38.7%,且二者的差异达到极显著水平.这主要也是
因为后者数据库中的盐土被概化为全磷密度较小的
潮土,且全磷密度低于 1.0 kg·m-3的旱地占研究区
旱地总面积的 98.1%(图 4Cd).
总体来看,虽然整个区域存在同种数据源下小
比例尺全磷密度和储量估算误差小于大比例尺的现
象,但从土类和县级单元空间信息更精细的级别可
以看出,随着制图尺度的减小,相对偏差在增大.说
明随着比例尺的降低,大比例尺数据库估算的土壤
全磷储量不确定性将在小比例尺中进一步放大.
2􀆰 4  不同土壤数据源建立的 1︰100万制图尺度全
磷密度和储量差异
1 ∶ 100万尺度是目前国家尺度上估算碳氮磷
储量最常用的数据库之一[24-26] .从本研究结果来
看,不同土壤数据源建立的 1 ∶ 100万尺度全磷密度
和储量差异很大(图 5D). 《县级土种志》记录剖面
数据建立的 1 ∶ 100 万尺度全磷密度和储量分别为
1.14 kg·m-3和 8.72 Tg,与《县级土种志》1 ∶ 5 万尺
度的相对偏差分别达到 15.0%和 17.2%,且二者的
差异达到显著水平.这主要是因为前者面积较大的
盐土全磷密度和储量分别比后者下降 0.69 kg·m-3
和 2􀆰 78 Tg,且全磷密度低于 1. 0 kg·m-3和处于
1.0~2.0 kg·m-3的旱地占研究区旱地总面积的比
值与 《县级土种志》 1 ∶ 5 万尺度相比,分别升高
17.6%与降低 15.1%,且二者变化的区域都主要集
中在中部和东南部地区(图 5Da).
    《地级市土种志》记录剖面数据建立的 1 ∶ 100
万尺度全磷密度和储量与《县级土种志》1 ∶ 5 万尺
度的相对偏差分别达到 13.6%和 15.8%,且二者的
差异达到显著水平.这主要是因为前者的盐土和石
质土全磷密度和储量分别比后者降低 38. 1%、
77􀆰 7%和 60. 0%、 58. 4%,且全磷密度低于 1. 0
kg·m-3和处于 1.0~ 2.0 kg·m-3的旱地分别占研究
区旱地总面积的 58.9%和 23.1%,与《县级土种志》
1 ∶ 5万尺度相比,分别升高 17.0%与降低 18.0%,且
二者变化的区域也都主要集中在中部和东南部地区
(图 5Db).《省级土种志》记录剖面数据建立的 1 ∶
100万尺度全磷密度和储量与《县级土种志》 1 ∶ 5
万尺度相对偏差分别为 45.2%和 46.6%,且二者的
差异达到极显著水平.这主要因为 1 ∶ 5 万尺度盐土
大面积概化为 1 ∶ 100万尺度潮土,导致整个地区的
全磷密度均降低,小于 1.0 kg·m-3的旱地占研究区
旱地总面积的 96.4%(图 5Dc). 《省级土种志》 1 ∶
100万尺度的潮土全磷密度比《县级土种志》 1 ∶ 5
万尺度的降低 41.8%,而面积增加 55.60×104 hm2,
导致了整个地区全磷储量减少 4.90 Tg.《中国土种
志》记录剖面数据建立的 1 ∶ 100万尺度全磷密度和
储量与《县级土种志》1 ∶ 5万尺度的差异也很大,且
二者的差异达到极显著水平.这主要是因为随着建
立数据库的剖面数减少与制图比例尺的降低,前者
面积较大的潮土全磷密度和储量较后者分别下降
38􀆰 7%和 22.3%,盐土、棕壤和石质土的全磷密度和
储量均较后者下降 50%以上,且全磷密度低于 1.0
kg·m-3的旱地占研究区旱地总面积的比例达到
91􀆰 4%(图 5Dd).目前,《中国土种志》记录剖面数据
建立的 1 ∶ 100 万尺度是国家尺度上估算碳氮磷储
量最常用的数据库[24-26] .而本研究结果表明,利用
该尺度进行土壤属性估算可能会产生一定误差.因
此,在未来国家和区域生态系统研究中,借助更为精
确的土壤数据库十分重要.
2􀆰 5  不同土壤数据源建立的 1 ∶ 400万制图尺度全
磷密度和储量差异
1 ∶ 400万尺度也是国家和区域碳磷循环研究
中使用较多的数据库[9,27] .但从本研究来看,利用不
同土壤数据源建立的 1 ∶ 400 万尺度所估算全磷密
度和储量与数据最详尽的《县级土种志》1 ∶ 5 万尺
度相差也很大.苏北地区《县级土种志》土壤数据源
1 ∶ 400万尺度全磷密度和储量分别为 1.21 kg·m-3
和 9.87 Tg,分别比《县级土种志》1 ∶ 5 万尺度的小
9.5%和 6.2%,虽然二者在整个地区没有达到显著
差异水平,但在各个土类上差异很明显,尤其前者分
布面积较大的潮土、盐土、砂姜黑土和褐土全磷密度
与《县级土种志》 1 ∶ 5 万尺度相对偏差分别达到
9􀆰 2%、41.2%、15.2%和39.3%.另外,虽然全磷密度
54716期                      李衡荣等: 不同制图尺度及土壤数据对土壤全磷储量估算的影响         
图 5  不同土壤数据源下 1 ∶ 100万、1 ∶ 400万和 1 ∶ 1000万苏北旱地土壤全磷密度的空间分布
Fig.5  Spatial distribution of STPD of the upland soils in North Jiangsu based on the soil database of mapping scale of 1:1000000,
1:4000000, 1:10000000 relative to different sources of soil data.
小于 1.0 kg·m-3和处于 1.0 ~ 2.0 kg·m-3的旱地占
研究区旱地总面积的比例与《县级土种志》1 ∶ 5 万
尺度相接近,但空间分布差异很大:小于 1. 0
kg·m-3的集中区域由前者的西部与北部大幅度分
散到东北与东南部地区,处于 1.0~2.0 kg·m-3的空
间分布由前者的相对集中于中部状态疏散到西北部
地区(图 5Ea).同样地,虽然整个研究区《县级土种
志》1 ∶ 400 万尺度全磷密度和储量估算偏差小于
《县级土种志》1 ∶ 100 万尺度,但《县级土种志》1 ∶
100万尺度下潮土、盐土、砂姜黑土和褐土全磷密度
与《县级土种志》 1 ∶ 5 万尺度的相对偏差分别为
5.1%、36􀆰 6%、5.1%和 1.7%,远低于《县级土种志》
1 ∶ 400万尺度的相应土类.这也说明《县级土种志》
1 ∶ 400万尺度估算的全磷空间精度低于《县级土种
志》1 ∶ 100万尺度.
《地级市土种志》记录剖面数据建立的 1 ∶ 400
万尺度全磷密度和储量与《县级土种志》1 ∶ 5 万尺
度相对偏差分别为 11.6%和 8.4%,尽管该尺度下全
磷密度小于 1.0 kg·m-3和处于 1.0 ~ 2.0 kg·m-3的
旱地占研究区旱地总面积的比值分别为 51.6%和
34.4%,与《县级土种志》1 ∶ 5 万尺度相接近,但二
者空间分布差异很大(图 5Eb).同样,虽然《地级市
土种志》1 ∶ 400 万尺度在整体上全磷密度和储量的
估算误差小于《地级市土种志》1 ∶ 100万尺度,但从
各土类上看,二者与《县级土种志》 1 ∶ 5万尺度相
比,除了盐土的全磷储量相对偏差接近以外,其余土
类的相对偏差前者都比后者大得多(表 2).《省级土
种志》记录剖面数据建立的 1 ∶ 400万尺度全磷密度
和储量分别为 0.76 kg·m-3和 6.20 Tg,与《县级土
种志》1 ∶ 5 万尺度的相对偏差都超过 40%,且二者
的差异达到极显著水平.这主要是因为后者面积较
大的土类(盐土、褐土和石质土)概化为前者全磷密
度较低的潮土,导致整个地区的全磷密度和储量均
降低(图 5Ec).另外,整个区域《省级土种志》1 ∶ 400
万尺度的全磷储量估算误差尽管比《省级土种志》
1 ∶ 100万尺度小,但前者大多数土类和县级单元的
相对偏差比后者大得多(表 2).
目前,利用 《中国土种志》 剖面数据建立的
6471 应  用  生  态  学  报                                      27卷
1 ∶ 400万尺度是国家和区域地球化学循环中应用较
多的一个制图尺度.从本研究来看,苏北旱地该尺度
下全磷密度和储量分别比《县级土种志》1 ∶ 5 万尺
度小 42.5%和 40.7%,二者的差异达到极显著水平.
这主要是因为随着制图尺度的降低,盐土和石质土
被概化为全磷密度降低的潮土所致.《中国土种志》
1 ∶ 400万尺度的潮土、盐土、石质土全磷密度和面积
分别为 0.82 kg·m-3和 267 万 hm2、0.91 kg·m-3和
48.80万 hm2、0.92 kg·m-3和 11 hm2,而《县级土种
志》1︰5万尺度下这 3个土类的全磷密度和面积分
别 1.34 kg·m-3和 207万 hm2、1.89 kg·m-3和 95.42
万 hm2、2.73 kg·m-3和 5.79 万 hm2;前者潮土面积
较后者增加 59.70 万 hm2,盐土和石质土的总面积
比后者减少 52.41万 hm2 .该数据库中各县(市)的全
磷储量相对偏差达到 50.0%以上的县(市)有 15个,
比《中国土种志》1 ∶ 100 万尺度多 7 个,说明《中国
土种志》1 ∶ 400 万尺度全磷空间估算精度小于《中
国土种志》1 ∶ 100万尺度.
2􀆰 6  不同土壤数据源建立的 1 ∶ 1000 万制图尺度
全磷密度和储量差异
1 ∶ 1000万尺度是国家或区域研究中相对容易
获取的数据库.从表 2可以看出,苏北地区不同土壤
数据源建立的1 ∶ 1000万尺度全磷密度和储量差异
也很明显.其中, 《县级土种志》剖面数据建立的
1 ∶ 1000万尺度全磷密度和储量分别为 0. 89
kg·m-3和 7.01 Tg,与《县级土种志》1 ∶ 5 万尺度的
相对偏差分别为 34.0%和 33.4%,二者的差异达到
极显著水平.造成这种差异的主要原因是前者图斑
概化后仅剩潮土、盐土、褐土、棕壤 4个土类(表 2),
且这 4个土类的全磷密度和储量分别比后者相应土
类降低 33.2%和 17.3%、49.9%和 39.4%、13.8%和
22.8%、9.9%和 84.6%.此外,该尺度下全磷密度小于
1.0 kg·m-3的旱地占整个研究区旱地总面积的
99􀆰 8%(图 5Fa),进一步说明使用的比例尺越小和
制图单元越粗,使部分土壤剖面与“图斑”无法连
接,导致土壤类型表达的均一化,进而造成全磷估算
结果的很大不确定性[28] .
《地级市土种志》记录剖面数据建立的 1 ∶ 1000
万尺度全磷密度和储量与《县级土种志》1 ∶ 5 万尺
度的相对偏差分别达到 10.3%和 9.6%,虽然二者的
差异没有达到显著水平,但前者各土类的全磷密度
和储量较后者相应土类差异很大.另外,尽管前者全
磷密度小于 1.0 kg·m-3和处于 1.0 ~ 2.0 kg·m-3的
旱地分别占研究区旱地总面积的 42.6%和 57􀆰 2%,
与《县级土种志》1 ∶ 5万尺度接近,但空间分布差异
很大:小于 1.0 kg·m-3的集中区域由前者的西部与
北部几乎都转换到东部与东南部地区,处于1.0~2.0
kg·m-3的变化区域由前者东部与东南部转换到西
部地区(图 5Fb).《省级土种志》记录剖面数据建立
的 1︰1000 万尺度全磷密度和储量与《县级土种
志》1 ∶ 5万尺度的相对偏差分别为38.2%和 37.7%,
且二者的差异达到极显著水平,这主要也是图斑概
化的结果,前者潮土、盐土、棕壤的全磷密度和储量
较后者分别下降 45.8%和 32.9%、50􀆰 3%和 39.9%、
57.9%和 92.8%.此外,该数据库中全磷密度小于 1.0
kg m-3的旱地占研究区旱地总面积的比例达到
96.9%(图 5Fc).《中国土种志》记录剖面数据建立
的 1 ∶ 1000万尺度全磷密度和储量在所有土壤数据
源制图尺度数据库中最小(表 2).与《县级土种志》
1 ∶ 5万尺度相比,该尺度全磷密度和储量的相对偏
差分别达到 48.9%和 48.4%,且二者的差异达到极
显著水平,主要原因是该土壤数据库下面积分布最
大的潮土全磷密度在所有土壤数据库中最小,其全
磷密度和储量较《县级土种志》1 ∶ 5 万尺度分别减
小 48.5%和 36.3%,该数据库中研究区旱地的全磷
密度均小于 1.0 kg·m-3(图 5Fd).
3  结    论
基于土壤属性数据和空间信息建立的土壤数据
库是研究生物地球化学磷循环的基础.从不同土壤
数据源来看,由于《县级土种志》和《地级市土种志》
中记录了比较多的土壤剖面资料,这两个数据源建
立的不同制图尺度土壤数据库所估算的全磷密度和
储量与目前区域数据最详细的《县级土种志》1 ∶ 5
万尺度相对偏差比较小,分别介于 4.0% ~ 19􀆰 0%和
2.0%~19.0%;而《省级土种志》和《中国土种志》中
记录了较少的土壤剖面数据,所建立的不同制图尺
度土壤数据库全磷密度和储量与 《县级土种志》
1 ∶ 5万尺度相对偏差比较大,分别介于 35. 4% ~
48.9%和 34.0%~48.4%.进一步的 T检验也表明,这
些土壤数据源建立的各个制图尺度土壤数据库全磷
密度与《县级土种志》1 ∶ 5 万尺度之间均存在极显
著性差异(P<0.001).这也证明了土壤属性资料的
详尽与否是保证数据库精度的基础.
从本研究的结果来看,《县级土种志》中记录剖
面数据建立的 1 ∶ 50万尺度全磷密度和储量与目前
苏北地区数据最详尽的《县级土种志》1 ∶ 5 万尺度
在整个地区和土类的差异都不大,所以在苏北地区
74716期                      李衡荣等: 不同制图尺度及土壤数据对土壤全磷储量估算的影响         
缺乏《县级土种志》1 ∶ 5 万尺度数据库资料的情况
下,可用《县级土种志》1 ∶ 50 万尺度计算整个地区
或者土类的全磷密度和储量;但是在县级单元实际
农业管理措施制定中,还是利用 1 ∶ 25 万尺度优于
1 ∶ 50万尺度.另外,利用《中国土种志》所记录的土
壤剖面数据建立的 1 ∶ 100万和 1 ∶ 400万制图尺度
是目前国家和区域研究中使用最多的土壤数据库.
本研究结果表明,使用这两个制图尺度进行我国土
壤磷储量估算可能会产生一定误差.因此,在未来国
家和区域生态系统研究中借助更为精确的土壤数据
库十分重要.
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作者简介  李衡荣,男,1989 年生,硕士研究生.主要从事农
业资源与 GIS应用研究. E⁃mail: jylihengrong@ 126.com
责任编辑  杨  弘
书    讯
近日,由中国科学院沈阳应用生态研究所朱教君、郑晓、闫巧玲等共同撰写的《三北防护林工
程生态环境效应遥感监测与评估研究》一书由科学出版社出版发行.
该书作者在连续主持中国科学院知识创新工程、国家自然科学基金和中国科学院战略性先导
科技专项等研究项目的基础上,利用遥感科学与生态学相结合的理念,科学、客观、完整地评估了三
北防护林工程建设 30年来的生态环境效应.通过确定三北防护林工程建设 30 年来防护林保存的
数量与质量,建立防护林建设与主要生态环境效应(农田防护林增产效应、水土保持林防治水土流
失效应、固沙林防治沙漠化效应)的关系;明确指出了三北防护林工程存在的主要问题与成因,提
出了营建对策与未来发展方向;同时,创建了一套适合重大林业生态工程生态环境效应综合监测与
评估的技术体系.该书承蒙我国著名生态学家、中国科学院院士傅伯杰研究员和我国著名的防护林
学专家姜凤岐先生在百忙之中拨冗赐序.该书的出版将会对三北防护林工程合理营建起到一定的
指导作用,可供从事林业(林学)、生态建设、生态恢复(生态学)以及地理学、环境科学和遥感应用
等领域的科研、教学、工程技术人员,以及大专院校师生等参考.
全书 16开本 434页,分 9章 48节,定价 198元.有需要者请联系: 110016辽宁省沈阳市沈河区
文化路 72号中国科学院沈阳应用生态研究所《应用生态学报》或《生态学杂志》编辑部,电话:024-
83970394, 83970393, 83970342, 83970473, E⁃mail: cjae@ iae.ac. cn, cje@ iae.ac. cn, jiaojunzhu@
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