【摘要】：土壤養(yǎng)分含量直接影響作物在整個(gè)生命周期內(nèi)的生長(zhǎng)發(fā)育狀態(tài)和果實(shí)產(chǎn)量品質(zhì),在有限樣點(diǎn)基礎(chǔ)上借助空間預(yù)測(cè)方法實(shí)現(xiàn)土壤養(yǎng)分精準(zhǔn)制圖是為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供有效數(shù)據(jù)支持和理論指導(dǎo)的前提。選擇合適的空間預(yù)測(cè)模型是提高土壤制圖精度的關(guān)鍵,但是同一區(qū)域不同養(yǎng)分受周圍環(huán)境和人類活動(dòng)影響程度不同,為了保證構(gòu)建的空間預(yù)測(cè)模型能比較準(zhǔn)確反映土壤養(yǎng)分與解釋變量間映射關(guān)系,采用多種類型方法擬合土壤養(yǎng)分空間模型,通過比較選取適合方法輸出土壤養(yǎng)分圖,對(duì)于提高制圖精度和科學(xué)指導(dǎo)農(nóng)田管理都很有必要。以咸陽市主要農(nóng)耕區(qū)為例,基于11個(gè)縣的測(cè)土配方施肥項(xiàng)目土壤采樣數(shù)據(jù)和搜集到的多源環(huán)境變量數(shù)據(jù),分別采用地統(tǒng)計(jì)法、空間非平穩(wěn)的線性回歸算法、數(shù)據(jù)挖掘算法以及結(jié)合殘差的混合插值算法建立空間預(yù)測(cè)模型,通過比較不同方法預(yù)測(cè)精度,選取最佳預(yù)測(cè)方法并繪制土壤養(yǎng)分空間分布圖;基于模型擬合結(jié)果和相關(guān)性分析結(jié)果,綜合評(píng)價(jià)土壤相關(guān)屬性和自然環(huán)境對(duì)土壤養(yǎng)分的影響;比較不同灌溉條件和種植制度下土壤養(yǎng)分含量平均值,分析施肥量和施肥結(jié)構(gòu)變化趨勢(shì),探究人為活動(dòng)對(duì)農(nóng)田養(yǎng)分的作用;采用熵權(quán)TOPSIS法計(jì)算土壤養(yǎng)分綜合指數(shù),并用協(xié)同克里格法將綜合指數(shù)空間化,探究土壤養(yǎng)分綜合水平空間特征。(1)從養(yǎng)分空間制圖角度,不同養(yǎng)分指標(biāo)可能與環(huán)境間存在線性或復(fù)雜非線性關(guān)系,分別選取了地理加權(quán)回歸(線性)和隨機(jī)森林(非線性)擬合土壤養(yǎng)分與環(huán)境變量間的關(guān)系,考慮到土壤養(yǎng)分具有空間自相關(guān)性,同時(shí)引入了結(jié)合回歸殘差的復(fù)合模型(回歸克里格、地理加權(quán)回歸克里格、隨機(jī)森林回歸克里格),從多個(gè)角度盡可能全面地揭示土壤養(yǎng)分真實(shí)分布情況,探究不同方法的適應(yīng)性,為空間預(yù)測(cè)相關(guān)研究提供參考;綜合評(píng)價(jià)方面,采用熵權(quán)TOPSIS法計(jì)算綜合指數(shù),能夠客觀定量化地對(duì)綜合養(yǎng)分進(jìn)行評(píng)價(jià),減少主觀干擾,保證評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性和科學(xué)性,利用地統(tǒng)計(jì)學(xué)技術(shù)將綜合指數(shù)空間可視化,能夠直觀表現(xiàn)土壤養(yǎng)分綜合水平空間特征;從土壤理化環(huán)境、自然環(huán)境和人為活動(dòng)三個(gè)方面入手,對(duì)土壤養(yǎng)分影響因素進(jìn)行綜合分析。(2)土壤養(yǎng)分空間預(yù)測(cè)結(jié)果表明,土壤養(yǎng)分的最佳預(yù)測(cè)模型分別是:有機(jī)質(zhì)為隨機(jī)森林,全氮為地理加權(quán)回歸,有效磷為地理加權(quán)回歸克里格,速效鉀為隨機(jī)森林回歸克里格,總體而言,地理加權(quán)回歸類和隨機(jī)森林類方法預(yù)測(cè)精度相對(duì)較高,主要是由于研究區(qū)境內(nèi)地形地貌復(fù)雜,地理加權(quán)回歸能夠兼顧土壤養(yǎng)分的空間異質(zhì)性,隨機(jī)森林能夠有效捕捉土壤養(yǎng)分與環(huán)境間的復(fù)雜非線性關(guān)系,這與研究區(qū)實(shí)際情況更為貼近。有機(jī)質(zhì)整體表現(xiàn)為南高北低的空間分布趨勢(shì),其含量變化受地形影響明顯,基本為平原區(qū)有機(jī)質(zhì)含量高于高原區(qū)。全氮空間分布與有機(jī)質(zhì)基本一致,有機(jī)質(zhì)含量高的地區(qū)全氮含量相對(duì)較高,反之亦然。有效磷低值區(qū)主要分布在東南部,其他區(qū)域含量相對(duì)較均勻。速效鉀整體呈現(xiàn)南北高中間低的分布趨勢(shì),其空間分布能明顯反映地形變化,在平原區(qū)和坡度平緩的塬面上含量較高。(3)土壤養(yǎng)分影響因素分析表明,地形和氣候是影響土壤養(yǎng)分的關(guān)鍵因素,在地勢(shì)高、坡度大、地形起伏度大的地區(qū),土壤養(yǎng)分容易被侵蝕帶走,含量減少。氣溫低的區(qū)域養(yǎng)分含量較高;降水有利于有機(jī)質(zhì)和氮素積累,同時(shí)也會(huì)因水土流失造成鉀元素?fù)p失。灌溉條件下土壤養(yǎng)分平均含量整體高于無灌溉地區(qū)。兩熟制的小麥-玉米和一熟制的小麥、玉米和蘋果四種種植制度下,小麥-玉米地的土壤養(yǎng)分整體水平高于其他三種,蘋果園有機(jī)質(zhì)含量偏低。自2000年以來,咸陽市農(nóng)用化肥施用量呈增加趨勢(shì),化肥結(jié)構(gòu)中氮磷肥所占比重下降,鉀肥所占比重上升。(4)土壤養(yǎng)分豐缺診斷表明,有機(jī)質(zhì)和全氮含量較缺乏,有效磷含量中等,速效鉀含量豐富,四項(xiàng)養(yǎng)分指標(biāo)均為中等程度變異;土壤養(yǎng)分綜合水平整體上處于中等及較高水平,高水平面積較小,零星分布于禮泉縣、武功縣、興平市和涇陽縣境內(nèi),低水平和較低水平主要分布在研究區(qū)東部沿線的旬邑縣-淳化縣-三原縣一帶,北部長(zhǎng)武縣中部以及中部的永壽縣和乾縣北部地區(qū)。
【圖文】：

（2）基于熵權(quán) TOPSIS 的土壤養(yǎng)分綜合評(píng)價(jià)通過計(jì)算信息熵確定各指標(biāo)權(quán)重，按照各樣點(diǎn)與最優(yōu)值和最劣值間的距離對(duì)其進(jìn)行排序得到 TOPSIS 綜合指數(shù)，采用協(xié)同克里格對(duì)綜合指數(shù)進(jìn)行空間化并劃分等級(jí)，統(tǒng)計(jì)各等級(jí)面積以便分析綜合養(yǎng)分的整體水平，分區(qū)探究綜合養(yǎng)分的限制性因素。（3）土壤養(yǎng)分含量影響因素分析綜合相關(guān)性分析和空間模型擬合結(jié)果，分析單變量和多變量交互作用下環(huán)境因子對(duì)土壤養(yǎng)分的影響，分別統(tǒng)計(jì)不同灌溉條件和種植制度下養(yǎng)分含量平均值以及施肥量和施肥結(jié)構(gòu)的變化，明確農(nóng)田管理對(duì)養(yǎng)分的影響，，較為全面地了解影響因素對(duì)養(yǎng)分的作用機(jī)制。1.4 技術(shù)路線

圖 2-1 研究區(qū)地理位置及研究區(qū)范圍2.1.3 農(nóng)業(yè)發(fā)展概況根據(jù) 2018 年陜西省統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2017 年咸陽市農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值為 4245439萬元，其中糧食作物的總產(chǎn)值為 3615571 萬元，蘋果總產(chǎn)值為 4296365 萬元，蔬菜總產(chǎn)值為 6051277 萬元。咸陽市 2017 年糧食產(chǎn)量為 163.25 萬噸，蘋果產(chǎn)量為 47.63萬噸，蔬菜產(chǎn)量為 361.86 萬噸。農(nóng)業(yè)化肥施用折純量為 445085 噸，農(nóng)用塑料薄膜使用量為 6256 噸，農(nóng)用機(jī)械總動(dòng)力 2684502 千瓦。2017 年咸陽市總灌溉面積為245.33 千公頃，有效實(shí)灌面積 185.53 千公頃，節(jié)水灌溉面積為 166.65 千公頃。咸陽市南北農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和結(jié)構(gòu)不同，南部平原區(qū)地勢(shì)平坦，土壤肥沃，水資源豐富，氣候溫和，最適宜發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，是重要的商品糧、棉、油生產(chǎn)基地，土地利用程度高，北部高原區(qū)水肥相對(duì)較缺，主要以旱作物及果、林、牧業(yè)為主，土地潛力未能充分發(fā)揮。
【學(xué)位授予單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S158

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2644486