模糊集理论在土壤剖面质地构型中的应用——以河南省封丘冲积平原区土壤为例

封丘县是典型的黄河中下游冲积平原区,不同层次土壤质地类型、厚度及其在剖面中的组合,是影响土壤水肥贮存与供给能力的重要因素。本研究通过39个土壤剖面和113个土钻样点的野外调查获取第一手资料。根据层次质地类型与其在剖面中出现位置两个基本特征定义特征质地层,在研究区最终确立了9种特征质地层。以特征质地层在已观测土壤剖面和土钻样本中出现缺失特征以及厚度参数为基础数据,应用模糊c-均值算法模型,研究区观测土壤被自动划分为9种特征质地层组合类别,亦称为土壤剖面质地构型。结合普通克里格空间预测方法,实现了9种土壤剖面质地构型在空间上分布的单一类别隶属度图和去模糊化图。剖面不同质地层次在垂直方向的组合特征以及不同土壤剖面质地构型在水平方向上的分布规律,为区域耕地质量评价、生产潜力评估以及改良、利用实践提供了更加客观、丰富的基础信息。     

模糊c-均值算法在区域土壤预测制图中的应用

基于模糊c-均值算法和地统计学空间插值,在面积约为1km2的研究区内进行区域土壤预测制图。研究结果表明:根据研究区123个剖面和土钻样点,通过分析它们在形态学上的特征和定量属性,建立了9类诊断特征土层。通过FCM算法模型,获得4类最佳分类数,模糊指数为1.7。类别数目与研究区受地形、母质和土地利用方式影响的主要成土过程决定的土纲下土壤类型数目一致。将经过对称对数比转换的隶属度成分数据进行单一模糊类别隶属度土壤预测制图,4种类别土壤在空间上具有明显的渐变过渡特征,制图结果较理想。在单一类别隶属度土壤图的基础上生成最大隶属度土壤图,与常规土壤调查土壤图具有共同参比的基础。     

应用模糊c均值聚类获取土壤制图所需土壤-环境关系知识的方法研究

在没有土壤普查专家及土壤图的地区,获取土壤环境间关系的知识是基于知识进行预测性土壤制图中的关键问题。本文建立了一套应用模糊c均值聚类(Fuzzyc-means,FCM)获取土壤环境间关系知识的方法:得到对土壤形成发展具有重要作用的环境因子,建立环境因子数据库;对环境因子进行模糊聚类,得到环境因子组合隶属度分布图;根据隶属度值确定野外采样点;将环境因子组合与土壤类型对应,进而提取土壤-环境关系知识。为检验该方法的有效性,应用所得知识进行土壤制图,通过独立采样点对土壤图进行精度评价。本文在黑龙江鹤山农场一个研究区的应用结果表明,该方法仅需要少量的野外采样即可获得有效的土壤-环境关系知识,为预测性土壤制图提供必需的依据,同时也显著提高了野外采样的效率。     

福安市葡萄园土壤质量综合评价

以福建省福安市22个葡萄园土壤为研究对象,选取9个土壤指标,用非线性隶属度函数法计算各指标隶属度值,用灰色关联法确定各指标权重,应用指数连乘形式的土壤综合评价模型对葡萄园土壤质量进行综合评价。结果表明:福安市葡萄园土壤板结、土壤酸化较严重;pH值和有效硼为影响葡萄园土壤质量的主要限制性因子;有效钾的评价权重最大,是影响葡萄园土壤质量的关键因子。整体上,福安市葡萄园土壤综合质量偏低,大多处于中下水平。     

长江河口地区土壤肥力质量综合评价研究——以启东市为例

以长江河口区为研究区域,选取与作物生长密切相关的理化性质作为土壤质量指标,根据作物效应和河口地区的实际情况,采用了抛物线型隶属度函数、生长指数型曲线隶属度函数(S型)和戒下型隶属度函数(Z型)三种方法确定各指标隶属度值,分别采用主成分分析法和灰色关联度法确定权重系数,应用综合指数法对土壤质量进行综合评价。结果表明研究区表土层浅薄,大部分地方土壤或地下水还含有较高盐分,土壤pH值普遍较高,土壤养分含量低且不均,比例失调。主成分分析法和灰色关联度法两种评价方法相关性很好,评价结果具有相当一致性。土壤质量综合评价分级图表明,这一地区土壤质量状况总体偏低,大多处于中下水平,且研究区不同部位土壤质量状况差异非常明显。该结果为河口地区土壤质量改良及科学管理提供参考。     

华北平原土壤剖面质地构型对小麦产量的影响研究

华北平原是一个河流冲积而成的平原,土壤剖面层次质地分异明显,土壤剖面在垂直方向上的质地层次不同排列影响作物产量,目前在这方面的研究甚少。本文基于河南省封丘县152个土壤剖面层次的颗粒组成和121个田块的连续两年小麦测产结果,应用模糊c-均值算法模型和地统计学模型,研究了土壤剖面质地构型与小麦产量间的定量关系。结果表明:研究区主要分布了8种土壤剖面质地构型,它们对应的小麦生产力水平差异较大。8种类型中,砂–砂–砂型小麦生产力水平最低,对应的分布区是小麦的主要低产区,土壤剖面全砂性质地是导致小麦低产的一个关键因素,原因是砂性土壤不利于保水保肥,而且砂性土壤本身所含土壤养分很低。壤–黏–壤、壤–黏–黏构型是肥力条件较好的土壤,传统上称这种土壤为"蒙金地",小麦单产较高且稳定,是建设高产田的基础。砂–壤–壤、壤–壤–壤、壤–壤–黏构型是肥力条件最好的土壤,其小麦生产力水平最高。将小麦单产进行分级后研究发现,土壤剖面质地构型对7 050 kg/hm2的中低小麦产量会产生影响,但对7 050 kg/hm2的小麦高产影响不大。     

基于3S技术的黄河三角洲土壤质量自动化评价方法研究

土壤盐碱化加剧、土壤质量退化是黄河三角洲土地开发利用中面临的重要问题,快速评价土壤质量对该区土地资源合理利用与保护有重要意义。该文利用GPS技术自动获取采样点信息,利用RS快速获取土地利用现状数据,利用MapGIS对数据进行矢量化,在ArcGIS下对采样点属性进行Kriging插值形成各指标分布图和隶属度分布图,最后利用指数和公式在ArcGIS下自动运算形成土壤质量分布图,并构建了基于3S技术的土壤质量自动化评价流程。评价结果与传统评价对照分析,一致性在90％以上,说明该方法准确可靠。     

黄河三角洲土壤质量自动化评价及指标体系研究

采用4种评价方案,利用相关系数法确定指标权重,利用隶属度函数计算指标隶属度,采用综合指数法,在Arcgis中进行黄河三角洲土壤质量的自动化评价和比较。结果表明:利用GIS自动化评价土壤质量快速准确;基于土壤全量养分和速效养分的评价差异较小,两者可选其一;基于土壤有机质和土壤含盐量指标的评价与土壤质量的全面评价(基于土壤全量、速效养分、有机质、含盐量、地下水埋深及矿化度)之间差异较小,在其他数据有限的前提下,土壤质量可以用土壤有机质和盐分含量指标评价。     

基于土壤图的农用地分等因素解译与校核

第三次全国国土调查要求完善耕地分等调查评价基础数据,满足该要求的技术关键在于校核农用地分等因素准确性。本文在明确农用地分等因素内涵及归纳数据来源的基础上,以温县为例,在县域尺度上探讨分等因素选择的合理性,解译各土种质地和剖面构型指标值,参照农用地分等数据库实地布设55个采样点对分等因素开展校核,结果表明:质地解译校核结果不一致的样点有9个,剖面构型解译校核结果中褐土化淤土、褐土化两合土、小两合土构型存在差异;分等数据库中黏土区域及黄庄镇、武德镇、北冷乡接壤处砂土区域表层土壤质地与调查结果不符。因此,建议在合理选择农用地分等因素的前提下校正农用地分等数据库并细化质地与构型的分等标准;建议进行第三次全国土壤普查,为耕地分等调查评价工作提供更准确的基础数据。     

我国东部水蚀区坡耕地土壤质量现状分析

土壤质量是土地生产力的基础,为探讨我国东部水蚀区坡耕地土壤质量现状,笔者采集36个样点表层0 ～20 cm土样,测定28项土壤理化指标,利用主成分分析法确定表征土壤质量的关键指标,根据指标隶属度与权重采用加权连乘法计算各采样点的土壤质量指数.结果表明:1)速效磷的变异系数最大,微团聚体体积分数的变异系数最小,绝大部分指标属于中等强度变异,土壤物理指标的变异系数明显小于土壤化学指标.2)黏粒体积分数、粉粒体积分数、微团聚体体积分数、有机质、pH值、Cd、Cr是表征土壤质量的关键指标,Cr隶属度最高,而pH值隶属度最低,Cd隶属度在二级水蚀分区间差异显著.3)36个采样点的土壤质量指数均值为0.64 ±0.16指数,6个二级水蚀分区间不存在显著差异.36个采样点土壤质量指数属较低、中等、较高和高等级的比例分别为8.33％、38.89％、36.11％、16.67％.总体而言,我国水蚀区坡耕地的土壤质量整体状况良好,但仍需要加强对土壤质量偏低地区的培肥改良.本研究对认识和维系我国东部水蚀区坡耕地土壤质量、分等定级与区划,合理开发利用坡耕地土地资源具有重要意义.     

土壤侵蚀对坡耕地耕层质量退化作用及其评价趋势展望

土壤侵蚀是导致坡耕地耕层质量退化和土壤生产力不稳定的关键驱动因素。该文从水蚀区坡耕地侵蚀控制和生产功能角度,在解析地块尺度土壤侵蚀、水土保持、农业活动对坡耕地耕层生态过程作用特征的基础上,系统分析了土壤侵蚀对坡耕地耕层质量退化作用、影响效应及作用途径。认为:1)坡耕地耕层质量变化由降雨侵蚀、耕作活动交互作用的生态过程决定,2种作用的时间、空间尺度不同;耕层土壤参数在坡耕地农业生产中作用分为保水、保土、保肥和增产潜力,由地块尺度农作物-耕层耦合效应决定土壤生产能力、坡耕地水土流失特征及耕层侵蚀性退化方向及程度。2)土壤侵蚀对坡耕地耕层质量退化作用表现为土壤性质恶化、土壤质量劣化、土地生产力衰退3个方面,耕层土壤物理性质变异程度大于化学性质变异,径流作用导致的土地生产力衰退大于土壤流失作用。3)坡耕地耕层质量评价指标体系应兼顾侵蚀下降、产量提升2个目标,地块尺度诊断指标有效土层厚度、耕层厚度、土壤容重、土壤抗剪强度、土壤有机质、土壤渗透性可作为合理耕层评价最小数据集;坡耕地合理耕层适宜性分为5级,其诊断指标分级标准宜与土壤侵蚀分级和耕地地力分级衔接。4)坡耕地合理耕层评价未来应密切关注耕层质量诊断指标最小数据集、坡耕地合理耕层阈值/适宜值分级标准、坡耕地水土流失阻控标准拟定3个主要方向。研究可为深入认识坡耕地侵蚀性退化机制,辨识坡耕地合理耕层调控途径以及坡耕地合理耕层构建技术参数提供依据。     

基于产量的稻田肥力质量评价及障碍因子区划——以进贤县为例

土壤肥力质量评价及土壤肥力障碍因子分析,对于区域土壤利用和改良、指导农业生产结构布局具有重要意义。以江西省进贤县为研究区,通过水稻遥感解译测产,结合主成分分析进行土壤质量评价;采用综合指数法表征土壤肥力质量水平,分析该区域低肥力质量区域主要障碍因素,并进行障碍因子区划。结果表明,该地区土壤肥力质量评价的最小数据集(MDS)指标包括:有机质、阳离子交换量(CEC)、全钾(TK)、交换性钙(Ex.Ca)、容重、粉黏比;土壤质量综合指数与水稻产量相关系数达到0.73(p0.01),以当地水稻平均产量7.215 t hm~(-2)确定土壤质量综合指数阈值为0.65。分析得出,该地区影响土壤肥力的主要障碍包括有机质含量低和容重较大反映的低熟化度障碍、中量元素缺乏反映的酸化障碍、全钾含量低和高粉黏比反映的结构障碍等。根据障碍因素将研究区域划分为三大障碍区:东南部丘陵区主要障碍因子为酸化和土壤结构障碍;中西部低岗平原主要为土壤酸化障碍;北部滨湖区主要障碍为水稻土熟化程度低。通过对不同区域施行针对性改良措施有益于提高土壤肥力。     

基于GIS的黄河三角洲土壤肥力质量自动化评价

土壤盐碱加重、质量退化是黄河三角洲土地开发利用中面临的重要问题,定量客观评价土壤质量对该区土地资源合理利用与保护有重要意义。本文运用相关分析法筛选土壤质量评价指标,确定其权重,通过G IS叠加分析划分评价单元,以隶属度模型和指数和法计算土壤质量综合指标值,进而评价土壤质量。结果显示:黄河三角洲土壤总体质量较差,适宜种植业的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等地仅占土地总面积的18.62%,质量最差的Ⅷ等地(光板地)占19.56%,质量中等Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ等地占总面积56.78%;评价结果与实际作物产量高度相关。在此基础上,研究提出了该区农业生产和土地资源合理配置的措施建议。     

基于耕地生产潜力评价确定作物目标产量

为了进一步完善作物目标产量预测技术,以江苏省仪征市种植水稻为例,采用耕地生产潜力指数法以地块为单位确定水稻目标产量,通过田间试验、示范及农户跟踪调查结果检验表明,耕地的水稻生产潜力指数及应用该指数估算的目标产量均与水稻实际单产显著正相关,决定系数R2达（124个样本）0.6134、0.5241。生产潜力指数能够客观地反映耕地的生产潜力,可用于测土配方施肥工作中作物目标产量的确定。     

基于地形改进NPP指数的县域耕地产能测算

为了快速准确测算耕地产能,开展耕地质量和产能评价工作,落实"三位一体"的耕地占补政策,该研究尝试将耕地初级净生产力(NPP,Net Primary Productivity)运用于耕地产能测算。在具体提取NPP指数时,使用顾及地形要素对于太阳辐射影响改进的CASA模型,并在此基础上运用地理加权回归以及空间相关性的方法比较了NPP数据与耕地利用指数数据以验证NPP数据运用于耕地产能计算的可行性。研究结果表明:基于NPP获得的耕地产能数据总体呈现中部东南-西北轴线方向以及南部平原NPP指数较高东北、西南两侧较低的布局,而通过与耕地利用指数的地理加权回归发现两者有较强相关性。NPP指数可以直接用于耕地产能评价,能够提高工作效率和准确性。     

基于GIS和土地质量地球化学数据的水稻种植适宜性评价——以安徽省青阳县为例

为加快安徽省青阳县的高标准基本农田建设,开展更加精准的水稻种植适宜性评价,本文根据研究区土地质量地球化学数据和当地水稻对生长环境的需求,通过层次分析法（AHP）把水稻种植适宜性评价作为目标层,把影响目标层的立地条件、理化性质、土壤质量、土地管理作为准则层,再把影响准则层中各因素的项目作为指标层,确定研究区水稻种植适宜性评价的层次模型,构建了包括土壤养分、土壤环境、土壤质地、有机质、排水和灌溉能力等在内共计12项指标的评价体系。以研究区二调图斑为评价单元,根据数字高程模型（DEM）数据获取精准的田面坡度数据,同时结合GIS空间分析技术对地球化学数据进行空间插值模拟。利用特尔菲法（Delphi）获取各指标隶属度并构建判断矩阵,使用MATLAB数学软件求出各指标的权重,计算获取水稻种植适宜性综合指数（RSI）,进行适宜性评价。结果显示：“高度适宜”面积为36.89 km²,占基本农田总面积的19.80%,主要分布在研究区中部及南部地区;“适宜”和“勉强适宜”面积分别为61.95 km²和60.89 km²,分别占33.25%和32.68%,分散分布;“不适宜”面积约26.60 km²,占比14.27%,主要位于研究区中部及北部地区。利用实测水稻籽实Cd含量与该评价方法得到的水稻种植适宜性综合指数（RSI）进行分析,发现两者呈显著负相关,随着RSI的增长,水稻籽实中Cd含量逐渐降低,意味着水稻品质的提高,同时也减少了可能通过食物链对生态环境造成的危害。该结果从生态安全方面证明此评价方法的正确性和适用性。本文探讨了土地质量地球化学数据所反映的水稻生产问题,改善了以往农业种植适宜性评价工作中大量使用描述性指标和指标分级模糊不清所导致的主观性较大和评价方法不易推广等问题,不仅为作物种植适宜性评价提供了新的方法,而且为生态农业发展指明了方向。     

BIO-NORM与NORM耕地质量评价方法对比研究

耕地质量评价对指导农业生产具有极为重要的意义,耕地质量评价方法的优劣直接影响到耕地质量评价结果的可靠性。本研究以江西省余江县为研究区域,通过实际调查和样品采集与分析,获取了249个水田表层土壤属性数据和95个田块的水稻产量数据。利用Norm值法和新建立的Bio-Norm法,分别确定耕地质量评价指标、指标权重和隶属度函数,并对研究区水田耕地质量进行评价。两种评价方法的对比分析表明,Bio-Norm法选取的指标比Norm值法更具有代表性,得出的指标权重更能准确反映指标的重要性,确定的隶属度函数临界值更能反映水稻生长的实际要求。评价结果显示,利用Bio-Norm法得出的耕地质量综合指数(IFI值)与水稻产量回归方程的决定系数(R2)远高于Norm值法,且IFI值与水稻产量各等级的区域分布特征更为吻合。Bio-Norm法评价耕地质量更为科学合理。     

基于GIS和PSR模型的农用地资源评价研究

利用Arc／Info和“压力-状态-响应”(PSR)模型，选取土壤污染综合指数作为一个压力指标，对江汉平原后湖地区农用地进行了环境质量评价，从而为该地区合理的土地利用规划和环境保护提供依据。引入PSR模型和特尔菲法确定样区评价因子，层次分析法计算相应因子的权系数；利用Arc／Info矢量化相关图层和进行缓冲区分析后建立空间数据库；然后根据各评价因子的属性确定其分值函数，通过对样点数据进行量化后采用多因子综合指数和法计算环境质量指数，划分级别；应用Arc／Info实现相关结果的输出。结果表明：后湖地区农用地环境质量中等偏上，其中二、三级地分别占47．27％和35．83％；通过对土壤污染状况和农用地环境质量等级进行分析，发现二者存在明显的正相关性。