基于空间变异特性的滨海盐土采样及管理分区研究

论文摘要

浙江省海涂资源十分丰富,是主要的后备土地资源,对于缓解人多地少的矛盾有重要意义。浙江省历届省委省政府都十分重视海涂的围垦、开发和利用,并已取得了巨大的社会和经济效益。海涂区土壤主要由近代河海相沉积物堆积发育而成,在特殊成土因子的综合作用下形成的土壤,盐、瘠是影响海涂区农业可持续发展的主要障碍因子。已围涂区中普遍存在着土壤盐碱重,基础肥力差,有机质含量低,氮磷等有效养分含量不高等问题,加上涂区淡水资源缺乏,而且常遇台风袭击,造成土壤产出率低而不稳,农业经济效益不高,70%左右的土地仍处在中低产水平。为了促进海涂区由传统农业向现代农业转变,实现土壤资源和土壤生产率的高效化,农地和农产品产出的高值化,有必要运用精确农业的基本原理和思想,采取现代化的空间信息技术和手段,对涂区土壤进行科学合理的精确管理。 土壤是一形态和演化过程都十分复杂的自然综合体。同一质地的土壤在同一时刻、不同空间位置上并不完全均质;同样,同一位置不同时刻土壤的量值也不相等,这种属性变化称为土壤的时空变异特性。土壤时空变异特性的研究对农田土壤、水文地质、农田水利等学科的前沿发展具有巨大的推动作用。因此,自70年代国际学术界提出研究空间变异性以来近30年的时间里,土壤的时空变异特性一直是人们共同关注的一个研究热点。 近年来精确农业的研究更是以土壤性质的时间或空间变异作为其理论基础。在田间尺度内了解土壤特性的时空变异、作物状况和产量、寻找产量变化的原因、实行特定的田间管理措施并评价其经济效益、积累空间资源信息来优化管理决策是精确农业的主要理念。土壤是作物生长的基础,土壤特性变异会引起作物生长的变异。只有土壤的变异性得到承认、控制及有效的评估,并将其与作物的产量和质量结合,掌握土壤与作物生长之间时空变异性的耦合规律和作物生长对土壤性质变异的响应机制,精确农业才有可能成功实施。而对土壤的时间或空间变异特性进行研究,可以提高土壤调查、制图及田间试验精度,还能为确定田间合理取样尺度和取样数目,为土壤过程的预测、模拟更接近田间土壤实际情况提供有效途径。它能将时间或空间变异对土壤以及土壤一作物复合系统中各因子的不同

论文目录

• 致谢
• 摘要
• 目录
• 图目录
• 表目录
• 第一章 引言
• 1.1 土壤特性空间变异的概念
• 1.2 土壤特性空间变异的研究方法
• 1.2.1 经典方法
• 1.2.2 随机模拟法
• 1.2.3 分形方法
• 1.2.4 空间自相关性分析
• 1.2.5 地统计学方法
• 1.3 国内外土壤特性空间变异研究综述
• 1.3.1 国内外土壤特性空间变异研究现状和进展
• 1.3.2 土壤特性空间变异研究中存在的问题
• 1.4 土壤空间变异特性用于采样策略的国内外研究动态
• 1.4.1 土壤传统采样技术及应用
• 1.4.2 土壤特性空间变异分析的基础—网格取样技术及其应用
• 1.4.3 基于地统计学方法的土壤采样策略及应用
• 1.5 精确农业管理分区的国内外研究动态
• 1.6 土壤空间变异性分析软件包的开发现状
• 第二章 研究目的、内容、技术路线及方法
• 2.1 研究目的和意义
• 2.2 研究区概况和数据采集
• 2.2.1 研究区概况
• 2.2.2 数据采集
• 2.3 研究内容
• 2.3.1 基于空间变异特性的滨海盐土采样策略的制定和优化
• 2.3.2 基于空间变异特性的滨海盐土管理分区研究
• 2.3.3 土壤空间变异性分析软件包的设计和开发
• 2.4 研究技术路线
• 2.5 研究方法
• 第三章 基于空间变异特性的滨海盐土采样策略的制定和优化方法研究
• 3.1 引言
• 3.2 协同克立格法对土壤剖面电导率估值及不同采样数目的比较研究
• 3.2.1 试验数据
• 3.2.2 地统计学分析方法
• 3.2.3 结果分析
• （1） 不同土层电导率的经典统计分析
• （2） 变异函数的结构分析
• （3） 普通克立格最优内插法估值
• （4） 协同克立格最优内插法估值
• 3.2.4 结论
• 3.3 辅助的时序数据用于土壤电导率的空间预测及采样研究
• 3.3.1 材料和方法
• （1） 研究数据
• （2） 研究方法
• 3.3.2 结果分析
• （1） 传统统计分析结果
• （2） 三个采样时期电导率的普通克立格最优内插法估值
• （3） 变异函数的结构分析
• （4） 三种方法估测精度比较及制图
• 3.3.3 讨论
• 3.3.4 结论
• 3.4 基于方差四叉树法（VQT）的滨海盐土电导率采样布局研究
• 3.4.1 材料和方法
• （1） 研究数据
• （2） 研究方法
• 3.4.2 结果和讨论
• 3.4.3 VQT与网格法采样精度比较
• 3.4.4 结论
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于空间变异特性的滨海盐土管理分区研究
• 4.1 管理分区研究进展
• 4.2 基于土壤电导率时空变异的管理分区研究
• 4.2.1 研究区和数据采集
• （1） 研究区概况
• （2） 数据采集
• 4.2.2 研究方法
• （1） 土壤空间变异性的表达方法
• （2） 土壤时间变异性的表达方法
• 4.2.3 结果分析
• （1） 不同采样时期土壤电导率的传统统计分析
• （2） 不同采样时期土壤电导率的空间变异性分析
• （3） 土壤电导率的时间变异性分析
• （4） 基于时空变异性的管理分区图制作及校验
• 4.2.4 结论
• 4.3 基于多源数据的管理分区研究
• 4.3.1 材料和方法
• （1） 研究数据
• （2） 研究方法
• 4.3.2 结果和讨论
• （1） 土壤数据及产量数据的逐步回归分析
• （2） 回归因子的空间分布格局图制作
• （3） 空间分布格局图和NDVI影像图的主成分分析
• （4） 基于模糊聚类分析的管理分区图生成及校验
• 4.3.3 讨论
• 4.3.4 结论
• 4.4 本章小结
• 第五章 土壤空间变异性分析软件包的设计与开发
• 5.1 程序总体设计与开发
• 5.1.1 程序设计目标
• 5.1.2 程序设计原则
• 5.1.3 程序结构设计
• 5.1.4 程序功能设计
• 5.1.5 开发和实现方式
• 5.1.6 界面设计
• 5.2 程序各功能模块
• 5.2.1 统计分析和数据预处理模块
• 5.2.2 数据转换模块
• 5.2.3 半方差分析模型
• 5.2.4 半方差的理论拟合模型
• 5.2.5 插值计算模型
• 5.2.6 采样设计和布局模型
• 5.2.7 管理分区模型
• 5.3 软件在研究区的初步应用状况
• 5.4 本章小结
• 第六章 结语、创新点和讨论
• 6.1 结语
• 6.1.1 基于空间变异特性的滨海盐土采样策略的制定和优化方法研究
• 6.1.2 基于空间变异特性的滨海盐土管理分区研究
• 6.1.3 土壤空间变异性分析软件包的设计和开发
• 6.2 创新点与新进展
• 6.2.1 利用海涂土壤盐分的空间变异特性进行采样策略研究，与传统的采样模式相比，在保证同样精度前提下，减少了采样数目，提高了采样效率，具有创新性。
• 6.2.2 开发完成具有自主知识产权的土壤空间变异性分析软件包，有新的进展。
• 6.2.3 利用土壤盐分、养分和作物产量的空间变异信息，并结合模糊聚类方法进行样区精确农业管理分区研究，有新意。
• 6.3 讨论
• 6.3.1 土壤盐分变异与作物生长之间变异性的相互关系尚需进一步的深入研究
• 6.3.2 应进一步加强空间信息技术发展与集成开发
• 附 滨海盐土盐分空间模拟的不确定性分析和作物种植风险评价
• 一 土壤盐分空间分布的随机模拟和不确定分析
• 二 基于析取克立格法的盐土盐分估值和作物种植风险评价
• 三 本章小结
• 参考文献（References）
• Abstract
• 攻读博士期间的科研成果