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滨海土壤养分特性与棉花产量的空间回归及管理分区研究

唐惠丽  
【摘要】: 农业生产是我国现代化发展的基础,关系到国民经济的发展和社会的稳定。土壤是农业的根本,了解不断变化的土壤状况是农业生产持续发展的基础。土壤是一形态和演化过程都极其复杂的综合体。土壤属性不仅存在空间变异性,还存在空间相依性。这些性质对农田土壤、农田水利、精确农业等学科的前沿发展具有不可忽视的推动作用。自空间分析方法被提出以来,土壤空间变异性和相依性的研究一直是学术界共同关注的热点。 浙江省海涂资源十分丰富,自新中国成立以来已新围垦海涂240万余亩,成为重要的粮、棉、水产品和瓜果等商品生产基地,对于缓解该省人多地少的矛盾具有重要意义。由于海涂区土壤主要由近代河海沉积物堆积而成,围垦的海涂区土壤普遍存在着盐碱重、基础肥力差、有效养分含量不高等问题,另外加上海涂区淡水资源紧张,又处于台风多发区,造成围垦区农作物产量不高,土壤产出率低,农民经济效益不理想。为了促进海涂区由传统农业向现代农业转交,提高土壤养分资源的利用效率,减少化肥施用量,降低农业生产成本,以及增产增收,有必要掌握土壤养分资源的数量和转化规律,弄清土壤养分特性对棉花产量的影响,对海涂区土壤进行科学的管理分区。 本研究针对传统统计分析在空间地理数据或现象分析中存在的明显局限性,采用考虑了土壤养分特性空间变异性和相依性的空间分析法,通过Moran's I和LM检验法比较空间延迟模型和空间误差回归模型的稳健性,并选取空间延迟模型对海涂区实验田块的土壤养分特性和棉花产量进行回归分析。采用7个和4个土壤属性变量进行传统回归的模型拟合度分别为44.24%和40.54%,相应的空间回归模型的拟合度分别为55.33%和51.99%。结果显示,空间回归模型具有更高的拟合度。对回归模型残差进行逆距离权重插值,发现空间回归和传统回归的残差分布具有较高的一致性,并且符合土壤养分分布情况。 选取对作物产量影响较大的速效钾、有机质、阳离子交换量、全氮,并引入EM38大地电导仪,得到526个采样点的土壤表征电导率ECa。综合运用采样点数据的克里格插值图进行主成分分析,提取累积贡献率为99.99%的前两个主成分,运用模糊c-均值聚类法来划分管理分区,提供了模糊性能指数(FPI)和归一化分类熵(NCE)作为最佳分区数目的评价指标。另外,运用了模糊K-均值分类法进行管理分区。两种分类方法的分区结果具有高度的一致性,研究区的最佳分类数为2。最后通过均值比较对分区结果进行验证。结果表明,分区不但具有很好的空间连续性,而且不同分区内土壤的理化特性及棉花产量数据之间也存在着显著差异。研究得到的农业管理分区可以指导精确施肥和农业生产管理,提高海涂围垦区的作物生产量。


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