【摘要】：良好的土壤生態(tài)環(huán)境是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必備基礎(chǔ)。作為耕作場(chǎng)所,土壤養(yǎng)分直接關(guān)系到田間作物生長(zhǎng)狀態(tài)。研究田間尺度的土壤三維屬性空間分布可以精準(zhǔn)描述土壤肥力,有利于實(shí)現(xiàn)科學(xué)施肥、作物增產(chǎn),為數(shù)字土壤、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的實(shí)現(xiàn)提供數(shù)據(jù)。目前的農(nóng)田土壤屬性研究大多還局限于表層土壤或者水平方向的分異規(guī)律,而描述土壤屬性的三維分異規(guī)律需要可靠的三維插值方法。本文結(jié)合實(shí)地采樣、理化分析、經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)方法等,擴(kuò)展利用地統(tǒng)計(jì)學(xué)插值方法,通過(guò)規(guī)則格網(wǎng)樣點(diǎn),以10cm為采樣梯度獲取土壤樣本,實(shí)現(xiàn)了農(nóng)田尺度土壤有機(jī)質(zhì)、pH、鈣、鋅的三維模型構(gòu)建和空間分異規(guī)律分析。主要研究結(jié)果如下:(1)方法與模型計(jì)算插值結(jié)果的MAE與RMSE來(lái)評(píng)價(jià)插值結(jié)果的精度。結(jié)果表明,雖然反距離加權(quán)法插值得到的結(jié)果能夠一定程度保留數(shù)據(jù)的真實(shí)波動(dòng)性,但是普通克里金插值方法得到的插值結(jié)果擁有更小的MAE與RMSE,能夠反映出田間土壤屬性的真實(shí)情況。三維克里金插值比三維反距離加權(quán)方法預(yù)測(cè)決定系數(shù)R~2更大,RMSE更小,精度更高。(2)分異規(guī)律通過(guò)三維模型直觀地查看土壤屬性的空間分布情況,鈣與鋅元素都有著各自的分異規(guī)律。鈣元素表現(xiàn)出明顯的垂直方向變異性,耕作層含量在7000 mg·kg~(-1)左右,31-60cm深度Ca整體含量大幅增加到9500 mg·kg~(-1),61cm深度之后逐漸降低。而鋅元素在31-100cm深度上水平分異規(guī)律幾乎相同,不同深度層次之間的空間相關(guān)性很強(qiáng),都在研究區(qū)域西南邊界存在大于95 mg·kg~(-1)的峰值區(qū)域,而東北方向含量逐漸降低到60 mg·kg~(-1)。0-30cm深度范圍內(nèi)的變化規(guī)律也與之相似,但含量變化幅度更小。(3)不確定性分析通過(guò)不確定性分析,土壤類(lèi)型和高程對(duì)插值結(jié)果殘差影響不大,而道路所形成的10m緩沖區(qū)內(nèi)存在殘差絕對(duì)值較大區(qū)域,并且當(dāng)緩沖區(qū)半徑分別為20m和30m時(shí),殘差絕對(duì)值變化范圍與10m半徑的結(jié)果相近。因此,在環(huán)境因子當(dāng)中,道路附近的人為擾動(dòng)是造成插值不確定因素的主要因子。不同的插值方法和插值參數(shù)都有一定的不確定性影響,合適的插值參數(shù)和方法可以降低插值不確定性。
【圖文】：

圖 2-1 采樣區(qū)地理位置示意圖Fig.2-1 Distribution of sampling area研究區(qū)域位于湖北省武穴市大金鎮(zhèn)，武穴市位于湖北省東部，與江西省相鄰，市內(nèi)區(qū)域南部臨江，為帶狀長(zhǎng)江沖積平原，中部的大金鎮(zhèn)為典型丘陵地帶，地形平坦。采樣區(qū)域于大金鎮(zhèn)南部，面積約 2km2。具體研究田塊處于長(zhǎng)江北部丘陵區(qū)的山洪沖積扇上，古代洪積物在采樣區(qū)與沉積，并同時(shí)受到長(zhǎng)江沖積物影響。主要土壤類(lèi)型為潮土田，種植作物為水稻。高程?hào)|南方向高，至西北方向逐漸降低，除主要道路和水渠外無(wú)其他建筑。區(qū)域內(nèi)土壤垂直發(fā)育情況較為復(fù)雜，適用于作間尺度研究區(qū)域分析。

盡量避開(kāi)道路、溝渠等人為干擾較大的區(qū)域，保持采樣點(diǎn)格網(wǎng)均勻地分布于研究區(qū)域內(nèi)。設(shè)置采樣點(diǎn)共 173 個(gè)，其中 150 個(gè)點(diǎn)格網(wǎng)間隔 50m，，23 個(gè)點(diǎn)位于兩側(cè)，格網(wǎng)間隔 100m，用于輔助研究分析。除了水渠與水泥道路之外，研究區(qū)內(nèi)無(wú)其他建筑。2.1.3 土壤樣本采集于 2016 年 3 月晴朗天氣開(kāi)始采樣，通過(guò)手持 GPS 定位到預(yù)先設(shè)計(jì)的格網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)上，選擇遠(yuǎn)離田埂、水渠等人為干擾較大的區(qū)域。樣點(diǎn)采集使用阿特拉斯·科普柯（Bobra Pro）眼鏡蛇型多用破碎機(jī)將筒狀土壤取樣器垂直打入土壤，深度約為 100cm。取出筒狀土壤采樣器后獲得直徑 14cm 長(zhǎng)度約 100cm 的圓柱形原狀土樣，以 10cm 為梯度將原狀土分裝為 10 個(gè)層次樣品裝袋密封，統(tǒng)一保存。最終根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整以及不可抗因素的影響，共采有效集樣點(diǎn) 144 個(gè)。
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：S159

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2689300