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基于GIS的土壤养分空间变异特征及预测方法比较

范铭丰  
【摘要】: 运用地理信息系统(Geographic Information System, GIS)等技术研究土壤养分的空间分布及其变异特征,将土壤养分的空间变异复杂性定量化,可以为模拟更接近农田土壤变化实际情况的土壤变异提供有效途径。同时,基于空间变异性研究的内插法可以为土壤数据库提供不同精度的数据,而这些信息的准确预测是精准农业开展、实施不可缺少的基础资料和理论依据。 本文以重庆市江津区为研究区域,采用传统统计方法,分析研究区土壤养分的基本统计特征,并与第二次土壤普查结果比较,分析其变化趋势;应用GIS技术与地统计学方法,在分析研究区土壤养分的空间变异特征的基础上,探讨不同的预测模型对土壤养分的空间插值效果,选择出最好的预测方法,绘制研究区土壤养分的空间变异分布图,从而为研究区耕地土壤养分空间变异的准确性及合理施肥提供重要的依据,对提高施肥精度具有重要的理论和现实的意义。主要研究结果如下: (1)研究区土壤pH值主要分布于4.5-5.5之间;有机质含量平均值为16.1g/kg,分布于3.3-34.7g/kg之间;全氮均值为1.01g/kg,含量在0.19g/kg-2.24g/kg之间;碱解氮均值为91.1mg/kg,含量在7.4-191.0mg/kg之间;全磷的均值为0.49g/kg,含量在0.04-1.19g/kg之间;有效磷均值为8.2mg/kg,含量在0.3-50.0mg/kg之间;全钾均值为15.9g/kg,含量在3.4-28.7g/kg之间;速效钾均值为76.9mg/kg,含量分布于3.4-220.0mg/kg之间。 (2)从变异系数来看,研究区土壤养分的变异系数在21.56%-95.68%之间,均属于中等变异。其中土壤有效磷的变异系数最大,为95.68%,远远大于其他元素;pH的变异系数最小,为21.56%。各养分变异系数的大小顺序为有效磷速效钾全磷有机质全氮碱解氮全钾pH。 (3)与第二次土壤普查数据相比,研究区耕地土壤的酸化趋势明显,中性土壤(pH值为6.5-7.5)仅占了13.72%,而第二次土壤普查的结果为23.62%;酸性及强酸性土壤(pH5.5)占了58.09%,比第二次土壤普查时扩大了近30%;土壤有机质含量大于20.0g/kg的变化趋势与土壤有机质含量小于10.0g/kg的变化趋势基本相当;土壤全氮和碱解氮含量增加趋势明显;土壤全磷、有效磷、全钾和速效钾含量呈下降趋势。 (4)pH与土壤有机质和碱解氮达到了极显著的负相关;pH与全磷、有效磷、全钾和速效钾达到了极显著的正相关;有机质与其他土壤养分都达到了极显著的正相关。 (5)通过半方差模型得出,土壤pH、有机质、全氮、碱解氮、全磷、有效磷、全钾和速效钾的块金系数分别为28.2%、33.1%、32.9%、32.5%、33.3%、33.0%、33.5%和33.5%,表明研究区土壤养分都属于中等强度的空间自相关性。 (6)在普通克里格、反距离加权、全局多项式和局部多项式预测方法中,用普通克里格插值法来预测pH和全钾的空间分布精度最高;用局部多项式方法预测有机质、全氮、碱解氮、全磷、有效磷和速效钾的空间分布精度最高。从总体上讲,克里格插值法和局部多项式插值法在预测土壤养分空间分布时精度较高,而全局多项式插值法在预测土壤养分空间变异时精度最差。


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