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《山东农业大学》 2010年
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镇域耕地生态因子的协同性分析与管理分区研究

李登秋  
【摘要】: 全面深入地认识耕地生态因子的空间结构及其分布规律及其在资源利用过程中的协同效应是解决农业生产与农业生态环境之间矛盾的前提和基础。针对镇域农田的分异性管理而言,土壤理化属性是研究耕地大宗农作物群落空间分异性的主导因子。充分研究耕地生态因子的空间相关性及其分异性,能够为精确农业信息管理与决策提供理论基础和技术支持。 本研究以济宁微山县马坡镇耕地生态因子为研究对象,采用数理统计分析、地统计学分析及因子克里格分析等方法,研究了耕地生态因子单因素空间变异性及多因子的协同性,分析了不同尺度下耕地生态因子空间结构的相似性、分异性、协同性及其来源,并以此作为进一步分异性管理分区因子和尺度选择的依据,对各分区进行生态因子评价,提出了相应的管理措施。 本论文开展的研究工作和得出的结论如下: 1.研究区耕地生态因子的单因素空间变异性。土壤属性中,碱解氮、有效磷含量的空间变异受随机因素的影响较大,属于弱空间依赖性;有机质、速效钾、砂粒属于中等空间依赖性;粘粒、粉粒、地温、水分及容重属于强空间依赖性。植被属性中,秸秆全碳含量属于弱变异,其余各属性均属于中等变异。不同植被属性的空间变异性程度差别不大,随机因素引起的空间变异均不高。叶面积指数、秸秆全碳、秸秆全氮、秸秆全磷属于中等空间依赖性。秸秆全钾、生物量属于强空间依赖性。通过单一因素空间变异分析确定了以有机质、速效钾、粘粒、粉粒、容重、地温、水分、叶面积指数、散射辐射透过系数及生物量十个变异性较强的耕地生态因子进行协同性分析。 2.研究区耕地生态因子的协同性。基于因子克里格原理与方法,得出所有的协变差函数球状模型可由4部分组成:块金值部分、小尺度部分、中尺度部分和大尺度部分。小尺度变程(1.12~1.85 km)均值约为1.50km和中尺度变程(3.40~4.10 km)均值约为3.8km,大尺度变程(9.35~10.10km)均值约为9.8km。四个尺度下各因子之间的相关性在中尺度达到最强。小尺度下,各因子受个体农户之间施肥管理等措施因素影响较大,相关性较小,在中尺度下,由于总体耕作管理及自然情况差别不大,使得各因子之间的相关性增强;在大尺度下,超出了空间自相关范围,以及土壤母质、地形及人为管理措施等因素差别越来越大,使得因子之间的相关性逐渐降低,因子分布的地域性逐渐明显。通过主成分分析得出,生态因子在中尺度上的空间特征具有较高的同质性,空间变异来源相对其他尺度而言更加清晰。最终确定在中尺度下,选择有机质、速效钾、粘粒、粉粒、容重、水分和散射辐射透过系数七个因子进行管理分区。 3.研究区耕地生态因子的分异性管理分区。对选择的因子进行中尺度下的克里格插值,并将插值结果作为K-均值分类的输入因子进行聚类分析,得到管理分区结果。结果表明,因子克里格方法在进行管理分区中具有非常明显的优势与特点。管理分区能提高区内因子的均一度,同时增强区际的差异性,各管理分区内因子空间分布差异较小,而管理分区间差异显著,针对不同的管理分区提出了不同的管理措施。
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