基于地理过程的土壤侵蚀分区模型构建与应用

文献类型： 中文期刊

第一作者： 刘瑞祥

作者： 刘瑞祥;周艳兵;潘瑜春;郜允兵;刘亚雪

作者机构：

关键词： 地理过程;土壤侵蚀;聚类分区;CAE;LSTM

期刊名称： 农业工程学报

ISSN： 1002-6819

年卷期： 2025 年 41 卷 018 期

页码： 132-139

收录情况： EI ; 北大核心 ; CSCD

摘要： 土壤侵蚀分区对指导侵蚀治理具有重要作用,传统基于区域多元变量单时间截面特征的土壤侵蚀分区仅刻画某个时间截面状态,不能揭示其变化过程,难以指导土壤侵蚀分区治理.为揭示土壤侵蚀过程与演变规律,提升分区结果的准确性,该研究构建了一种基于地理过程相似性和异质性的土壤侵蚀分区模型(geographical process regionalization of soil erosion,GPR-SE),用于地理过程特征提取与聚类分区.首先,基于卷积自编码器(convolutional auto-encode,CAE)提取空间特征、长短期记忆网络(long short-term memory,LSTM)捕捉时序特征,融合生成空间时序特征表征地理过程.然后,采用轮廓系数(silhouette index,SiL)和戴维森堡丁指数(davies-bouldin index,DBI)优选K-means、模糊C均值(fuzzy c-means,FCM)和自组织特征映射网络(self-organizing feature map,SOFM)最佳聚类分区方法.最后,以中国东北典型黑土区海伦市为研究区,基于优选的聚类算法,开展了基于GPR-SE的土壤侵蚀过程分区,并利用随机森林(random forest,RF)识别各分区差异的主导因素,量化要素与特征重要性.结果表明:1)当聚类数为5时,K-means算法表现最优,实现了分区结果组间差异最大化与组内差异最小化.2)土壤侵蚀过程因子(降水、温度)是影响GPR-SE分区分异的主导因素,贡献率分别为 25.08%、21.65%,地貌类型(贡献率 14.05%)和土壤侵蚀模数(贡献率 11.95%)次之.3)按照土壤侵蚀过程因子,研究区可分为低降水-中温-中侵蚀区、低降水-低温-轻侵蚀区、低降水-高温-重侵蚀区和低降水-低温-中侵蚀区 4种土壤侵蚀类型区.提出的基于地理过程的土壤侵蚀分区方法,为土壤侵蚀分区治理提供一种可靠思路,具有一定的应用潜力.

分类号： S126

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