三江平原土壤肥力综合评价及空间变异研究

论文摘要

土壤肥力是土壤学中的重要内容,从古到今,人类从未停止过对其本质的探求。在当代新理论和先进技术手段的基础上,本文对三江平原实验区的土壤肥力进行了综合评价,对土壤肥力要素的空间变异结构进行了分析并绘制了其空间分布图,在此基础上对土壤养分管理分区的划分进行了研究。运用基于熵权的属性识别模型,对三江平原实验区100个土壤样品的全氮、有机质、pH等七项土壤物理和化学指标进行综合评价,并运用ArcGIS软件绘制土壤肥力空间分布图。结果表明:实验区的土壤肥力总体水平较高,90%以上的区域属于肥沃、较肥沃水平;土壤氮素和有机质有下降趋势,pH较小,土壤酸化,土壤中的磷、钾元素偏低。因此需要保持和提高氮和有机质的含量水平,增施磷钾肥或秸秆草灰还田,合理耕作,改良土壤,防止土壤退化,保持和提高该区域的土壤肥力水平。运用经典统计学和地统计学研究了实验区七项土壤肥力要素的空间变异性,在未采样区域采用普通克里格法进行空间插值预测。变异系数表明,除pH属于弱变异外,其它土壤肥力要素都属于中等变异。地统计分析显示结构性因素,如母质、地形、地下水位,是引起各肥力要素空间相关的主要原因。有机质具有强烈的空间相关性,其它具有中等空间相关性。各肥力要素的空间自相关距离在146.7至868.5m之间变化。实验半方差函数与理论模型的拟合及交互检验均表明克里格法能够很好的对各肥力要素进行插值。因此,地统计学方法能够准确地评价实验区土壤肥力要素的空间变异性。土壤养分管理分区的划分为变量施肥技术提供依据,是精准农业实施变量施肥管理的重要环节。以六种养分作为变量进行土壤养分管理分区的研究。用基于粒子群优化属性均值聚类来划分管理分区,并引入三种指标确定合理的分区数目。通过计算得出,实验区的合理分区数目为2个,对各管理分区实际采样点的土壤养分数据进行单因素方差分析,除速效磷外各土壤养分均在99%的置信水平上具有极显著差异,其中分区2土壤肥力水平较高,分区1较低。分区结果表明,基于粒子群优化属性均值聚类算法分区结果较好,适宜于实施变量施肥管理。综上所述,对土壤肥力的综合评价、对土壤肥力要素空间变异规律的分析及对土壤养分管理分区的研究,不仅在一定程度上反映了土壤的真实情况,使我们更加了解土壤的本质,而且为该问题提供了新的研究方法,为变量施肥与管理、合理耕作及农田科学实验合理采样等提供了科学依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 立题依据
• 1.2 研究目的及意义
• 1.3 土壤肥力综合评价研究进展
• 1.3.1 土壤肥力综合评价的主要内容
• 1.3.2 评价单元的选择
• 1.3.3 评价指标的确定
• 1.3.4 取样技术
• 1.3.5 评价方法
• 1.3.6 存在的问题及展望
• 1.4 土壤特性空间变异研究进展
• 1.4.1 土壤养分的空间变异研究
• 1.4.2 土壤水盐的空间变异研究
• 1.4.3 土壤物理性质空间变异研究
• 1.4.4 土壤重金属空间变异研究
• 1.4.5 土壤特性的尺度效应及合理取样
• 1.4.6 土壤养分管理分区研究
• 1.4.7 存在的问题及展望
• 1.5 论文的主要研究内容及技术路线
• 1.5.1 主要研究内容
• 1.5.2 技术路线
• 2 研究区域及方法简介
• 2.1 研究区域概况
• 2.2 样品采集与测定
• 2.3 地统计学
• 2.3.1 地统计学的概念
• 2.3.2 地统计学的发展历史及现状
• 2.3.3 地统计学的基本理论
• 2.4 分形
• 2.5 地理信息系统
• 3 土壤肥力综合评价
• 3.1 评价指标体系
• 3.1.1 评价指标体系的涵义
• 3.1.2 评价指标体系构建的原则
• 3.1.3 评价指标体系的确定与评价标准
• 3.2 属性识别模型
• 3.2.1 属性集和属性可测空间
• 3.2.2 属性识别准则
• 3.2.3 一类属性识别模型
• 3.3 熵权
• 3.4 结果与分析
• 3.4.1 评价指标的描述性统计分析
• 3.4.2 各土壤样本评价指标属性测度值
• 3.4.3 土壤肥力评价指标权重值
• 3.4.4 土壤肥力综合分值及等级划分
• 3.4.5 土壤肥力空间分布
• 3.5 小结
• 4 土壤肥力要素空间变异研究
• 4.1 数据检查和分布分析
• 4.1.1 特异值的识别和处理
• 4.1.2 正态性检验
• 4.1.3 数据转换处理
• 4.1.4 相关分析
• 4.2 土壤肥力要素的空间变异结构分析
• 4.2.1 各向同性下空间变异结构分析
• 4.2.2 各向异性下空间变异结构分析
• 4.2.3 趋势分析
• 4.3 分形维数分析
• 4.4 土壤肥力要素的空间分布
• 4.4.1 克里格空间插值
• 4.4.2 插值精度检验
• 4.5 小结
• 5 土壤养分管理分区研究
• 5.1 研究方法
• 5.1.1 属性均值聚类
• 5.1.2 粒子群算法
• 5.1.3 合理分区数的确定
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 描述性统计分析
• 5.2.2 空间变异结构分析及Kriging插值图
• 5.2.3 分区结果及评价
• 5.3 小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文