（土地资源管理专业论文）县域耕地地力评价理论与方法研究——以河南省开封县为例.pdf

河南农业大学2 0 0 9 届硕士学位论文 摘要 随着经济的发展、人e l 的增长和城镇规模的迅速扩大，我国土地需求量急剧上升，耕地 数量不断减少，人地矛盾日益突出。并且长期以来，耕地的投入与产出比例失衡，土壤养分 逐渐耗竭，物理性状恶化，土壤肥力退化。虽然近几十年来我国已经开展两次土壤普查工作， 但由于取样点位有限、仪器设施不足、技术水平不高对当时普查结果造成诸多限制，加上近 年来耕地质量和土壤肥力状况都发生了很大的变化，致使评价结果的时效性受到限制，这就 要求对耕地质量进行重新调查和评价，对耕地地力、土壤属性做出全面系统的评价。 2 0 0 1 年国家正式确立进行耕地地力调查与质量评价工作，并于2 0 0 2 年在全国6 0 个县 开展试点工作。2 0 0 5 年，国家把推广测土配方施肥技术作为重要内容写进了中央一号文件， 明确提出推广测土配方施肥，培肥地力，提高耕地质量。2 0 0 7 年，农业部要求测土配方施 肥县利用测土配方施肥调查数据，通过县域耕地资源管理信息系统，开展耕地地力评价工作。 河南省没有参加2 0 0 2 年农业部耕地地力调查与质量评价的试点工作，又没有现成的技术方 法以供参考，本次研究以测土配方施肥试点县一开封县为例，以探索研究县域范围内耕地 地力评价方法。 本文在对国内外土地评价研究的现状和发展趋势评述的基础上，收集和整理现有土地评 价的理论和方法。系统地总结和分析了本次耕地地力评价中土地评价单元的划分和指标体系 建立的方法，并与g i s 技术相结合，对开封县耕地进行了快速准确地定量化评价。建立了 基于3 s 技术的耕地资源基础信息库，然后利用土壤图和土地利用现状图叠加形成评价单元， 采用特尔斐法选取包括质地、质地构型、排涝能力、灌溉保证率、有机质、有效磷、速效钾、 有效锌7 个参评因素，结合层次分析法和模糊数学模型对全县进行评价。 本次评价所提供的理论和方法将定性评价与定量评价相结合，所得出的评价结果较客 观、与该县的实际情况比较符合，这些方法为河南省其他县的相关研究提供了借鉴。 关键词：耕地地力评价；开封县；g i s 河南农业大学2 0 0 9 届硕士学位论文 r e s e a r c ho nt h e o r ya n dm e t h o d sa p p l i e di ne v a l u a t i o no fl a n d p r o d u c t i v i t ya tc o u n t yl e v e l - ac a s es t u d yi nk a i f e n gc o u n t y s u p e r v i s o r ：p r o f j i a n g h u i m a s t e r ( p h d ) c a n d i d a t e ：x ud a n a b s t r a c t ：w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m y , t h eg r o w t ho fp o p u l a t i o na n dt h e q u i c ke x p a n s i o no fc i t i e s , t h el a n dd e m a n di si n c r e a s i n gs h a r p l yi nc h i n a ，l l a t s m o r e ，t h ea m o u n to ft h ef a r m l a n di sd e c r e a s i n gc o n s t a n t l y , s ot h ec o n t r a d i c t i o n b e t w e e np e o p l ea n dl a n db e c o m e sm o r ea n dm o r es e r i o u si nt h ec o u n t y f o ral o n g p e r i o do ft i m e ，t h ep r o p o r t i o nb e t w e e ni n v e s t m e n ta n do u t p u tf o rf a r m l a n db e c o m e s u n b a l a n c e d , t h es o i ln u t r i e n te x h a u s t sg r a d u a l l y , t h ep h y s i c a lc h a r a c t e r se v e nw o r s e n g r e a t l y ，a n dt h es o i lf e r t i l i t yd e g e n e r a t e sd a yb yd a y a l t h o u g hs o i ls u r v e yh a sb e e n c a r r i e do u tf o rt w ot i m e si nr e c e n ty e a r s , t h ep r a c t i c a l i t yo ft h ee v a l u a t i o nr e s u l t si s c o n f i n e dd u et ot h ef i n i t yo fs a m p l i n gp o i n t ，t h ed e f i c i e n c yo fi n s t r u m e n ta n d e s t a b l i s h m e n t , t o g e t h e rw i t ht h el o wl e v e lo ft e c h n o l o g y , w h i c ha l lc a u s em a n y r e s t r i c t i o n st ot h er e s u l t so fs o i ls u r v e y m o r e o v e r , g r e a tc h a n g e sh a v et a k e np l a c ei n q u a l i t yo ff a r m l a n da n ds o i lf e r t i l i t yr e c e n t l yw h i c h r e s t r i c tt i m el i m i to fa s s e s s m e n t r e s u l t s oi tr e q u i r e st od or e - s u r v e ya n de v a l u a t i o na tc o u n t yl e v e la n dm a k ea c o m p r e h e n s i v ea n ds y s t e m a t i ce v a l u a t i o no nl a n dp r o d u c t i v i t y t h eg o v e r n m e n te s t a b l i s h e dt h el a n dp r o d u c t i v i t yi n v e s t i g a t i o na n dq u a l i t y e v a l u a t i o np r o j e c ti n2 0 0 1 ，a n dc a r r i e do u te x p e r i m e n ta ls o m eo f6 0c o u n t i e sa l lo v e r t h ec o u n t r yi n2 0 0 2 t h eg o v e r n m e n tp l a c e dt h ep o p u l a r i z i n gs o i lt e s t i n ga n d f o r m u l a t e df e r t i l i z a t i o na sp r i o r i t yi n t ot h en o 1c e n t r a ld o c u m e n ti n2 0 0 5 ，a n d c l e a r l ys e tp o p u l a r i z i n gs o i lt e s t i n ga n df o r m u l a t e df e r t i l i z a t i o n , i m p r o v i n gt h es o i l n u t r i e n t , i m p r o v i n gl a n dq u a l i t i e s m i n i s t r yo fa g r i c u l t u r ed e m a n d e dt h es o i lt e s t i n g a n df o r m u l a t e df e r t i l i z a t i o nc o u n t yt oc a r r yo u tt h ep r o j e c to fe v a l u a t i o no fl a n d p r o d u c t i v i t yb yt h ed a t ao fs o i lt e s t i n ga n df o r m u l a t e df e r t i l i z a t i o nt h r o u g hc l r m i s h e n a np r o v i n c eh a v e n tj o i nt h ee x p e r i m e n t ，a n dh a v en or e a d yt e c h n o l o g yt or e f e r , s ot h i sp a p e r s e l e c t i n gk a i f e n gc o u n t yo fh e n a np r o v i n c e w h i c hw a si d e n t i f i e d 弱t h e f i r s tb a t c ho fp i l o tc o u n t i e sf o rs o i lt e s t i n ga n df o r m u l a t e df e r t i l i z a t i o np r o j e c t s ，a sa c a s es t u d y , a i m sa tp r o p o s i n ga ne v a l u a t i o nm e t h o df o rt h ec o u n t ya r a b l ep r o d u c t i v i t y b a s e d0 1 1t h ep r e s e n ts i t u a t i o na n dd e v e l o p m e n tt r e n do fl a n de v a l u a t i o ni nc h i n a a n da b r o a d ，t h et h e s i sc o l l e c t sa n dr e v i e w st h ee x i s t e dt h e o r ya n dm e t h o d sw h i c ha r e u s e di nl a n de v a l u a t i o n , a sw e l la ss u m m a r i z e sa n da n a l y z e st h em e t h o d st od i v i d e 4 9 县域耕地地力评价理论与方法研究一以河南省开封县为例 l a n du n i t sa n dn o r ms y s t e mo fl a n de v a l u a t i o n t h el a n dp r o d u c t i v i t yi se v a l u a t e d r a p i d l ya n de x a c t l yi nk a i f e n gc o u n t yu s i n gt h eg i st e c h n i q u e t h i sp a p e re s t a b l i s h e s t h ea r a b l el a n dr e s o u r c e sd a t a b a s eb a s e do nt h e t e c h n o l o g yo f3 s t h e nt h e a s s e s s m e n tu n i tc r e a t e sas u p e r p o s i t i o ng r a p ho fl a n dl l ：辩a c t u a l i t ym a pa n ds o i lm a p ， 7e s s e n t i a lf a c t o r si n c l u d i n gt e x t u r e ，t e x t u r es t r u c t u r e ，d r a i n a g ec a p a b i l i t y ，i r r i g a t i o n g u a r a n t e er a t e ，o r g a n i cm a t t e r , a v a i l a b l ep h o s p h o r u s ，q u i c k - a c t i n gp o t a s s i u ma n d a v a i l a b l ez i n ca r cd e c i d e db yu s i n gd e l p h ip r i n c i p l e l i n k i n gw i t ht h ea n a l y t i c a l h i e r a r c h yp r o g r e s sa n dt h em o d e lo ff u z z ym a t h e m a t i c s ，t h el a n dp r o d u c t i v i t yi s e v a l u a t e d t h et h e o r ya n dm e t h o d su s e di nt h el a n de v a l u a t i o nu n i f yt h eq u a n t i t a t i v e e v a l u a t i o na n dq u a l i t a t i v ee v a l u a t i o n , s ot h ee v a l u a t i o nr e s u l t sa r co b j e c t i v ea n d a c c o r d e dw i t ht h er e a lc i r c u m s t a n c e so fk a i f e n gc o u n t y t h em e t h o d sd e s c r i b e di n t h i st h e s i sc a nb eu s e df o rr e f e r e n c e b yo t h e rs i m i l a rs t u d i e s k e yw o r d s ：e v a l u a t i o no fl a n dp r o d u c t i v i t y ；k a i f e n gc o u n t y ；g i s 河南农业大学学位论文独创性声明、使用授权及知识产权归属承诺书 学位论 文题目 县域耕地地力评价理论与方法研究 以河南省开封县为例 耋篓j 管理学硕士 级别f 一一一”一 学生 姓名 徐丹 i 霉翌 土地资源管理妻婴 l 江辉副教授 姓名l 1 一一 学位论文 是否保密否 i 如需保密，解密时间年月 日 独创性声明 本人呈交论文是在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果，除了文中 特别加以标注和致谢的地方外，文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包括为获得河南农业大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料，指导教师对此进行了审定。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中做了明确的说明，并表示了谢意。 特此声明。 研究生签名：徐丹 导师签名：忽群 日期：御年6 月上f 日 日期：) 彳，7 年月二日 学位论文使用授权及知识产权归属承诺 本人完全了解河南农业大学关于保存、使用学位论文的规定，即学生必须 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本：学校有权保存提交论文的印 刷本和电子版本，并提供目录检索和阅览服务，可以采用影印、缩印或扫描等 本人完全了解河南农业大学知识产权保护办法的有关规定，在毕业离 开河南农业大学后，就在校期间从事的科研工作发表的所有论文，第一署名单 位为河南农业大学，试验材料、原始数据、申报的专利等知识产权均归河南农 注：保密学位论文在解密后适用于本授权书。r i ! ：1 虢栅翩鹕。江辉l 聪1 只期：怍6 月爿日日期：】，睥厂月爿日 日期：年月日 致谢 时光如梭，时不我待，研究生学习生涯即将结束，细细回味，在求知的同时， 享受师生间的默契、同学问的和谐相处，不禁产生对所学专业和身边人的留恋和 感激之情。 本文是在导师江辉副教授和陈伟强老师的悉心指导和帮助下完成的，从论文 的选题、论证、数据的收集到论文的撰写、修改、定稿，每一步工作都倾注了两 位老师大量的心血。三年的硕士期间，本人深受两位老师的启发和影响。在学习 上，老师渊博的知识、独特的学术思路和高瞻远瞩地把握前沿科学动态的能力， 使我终身受益。在生活上，老师给我以无微不至的关怀和照顾，教会我做人的道 理。在老师的严格要求下，本人的专业理论知识、科研工作能力、专业思维能力 都有了很大提高。值此论文完成之际，谨向导师表示最崇高的敬意和衷心的感谢。 同时在论文完成及资料收集过程中，得到了资深专家叶尤良教授的指导和教 诲，在此一并表示最衷心的感谢。 在论文资料的收集期间，开封县土壤肥料站提供了很多方便和帮助，在此我 向他们表示最诚挚的感谢。在本文的写作过程中，大学同窗邢雷雷、鹿贵州都给 予了热情的帮助和支持，没有他们的帮助，就没有我今天论文的顺利完成。同时， 还要感谢师兄李昕在我最困难时的帮助，感谢同门焦卫平、吴豪在我学习和生活 上的帮助，感谢张敏、杨曼曼，同时还要感谢同宿舍成员闫艳伟、李志云同学三 年来在生活中对我的关怀与帮助。 三年的学习生涯是我人生当中很宝贵的经历与财富，在此期间，很多老师与 朋友在学习、生活中给予我指导与帮助，使紧张的学习旅途中时时伴随着欢乐。 再次向资环学院的各位老师、学友表示衷心的感谢! 最后我要感谢我的父母、弟弟及关心我的所有亲人和朋友，是他们用最无私 的爱支持我完成了学业。 徐丹 二零零九年六月于郑州 县域耕地地力评价理论与方法研究以河南省开封县为例 1 绪论 土地是人类赖以生存和发展的最根本的物质基础，是一切物质生产最基本的源泉l l 】，土 地质量的好坏直接影响到农业生产的效益，关系到农业和社会的可持续发展1 2 】。我国土地资 源的基本情况是：人口众多，人均土地少，特别是耕地更少，而且耕地后备资源严重不足。 并且长期以来人们受经济利益的驱动，不断对土地进行掠夺式开发经营，使耕地产投比例失 衡，土壤养分逐渐耗竭，物理性状恶化，土壤肥力退化，耕地质量下降，阻碍了农业的可持 续发展，给人民的基本生活带来威胁1 3 1 。虽然近几十年来我国已经开展两次土壤普查工作， 查明了土壤的类型、数量和分布情况，为农业的综合开发和农业结构的调整提供了科学依据。 但土地的各种利用活动还在继续，土壤的养分状况也随之不断变化，人类诱导的耕地变化及 其对生态环境和人类生活的影响已经引起了人们的广泛关注 4 1 ，客观要求对我国耕地质量进 行调查和评价，以保护耕地资源，提高耕地质量。 1 1 选题依据与背景 2 0 0 0 年8 月，全国农技中心提出第三次土壤普查建议，经论证认为国家目前更关注耕 地质量，关注生态环境建设，仅仅开展土壤资源调查和养分调查不能满足当前农业的需要， 建议应该从保护耕地、加强耕地质量建设的高度提出项目目标。2 0 0 1 年，农业部正式确定 该项目为：耕地地力调查与质量评价，并从2 0 0 2 年开始，在华东、华中、华北6 0 个县开展 了耕地地力调查与质量评价的试点工作。2 0 0 5 年，国家把推广测土配方施肥技术作为重要 内容写进了中央一号文件，明确提出推广测土配方施肥，培肥地力，提高耕地质量。2 0 0 7 年，农业部又下发了农业部办公厅关于做好耕地地力评价工作的通知( 农办农( 2 0 0 7 ) 6 6 号) ，要求测土配方施肥县利用测土配方施肥调奄数据，通过县域耕地资源管理信息系统， 开展耕地地力评价工作。 目前，河南省急需开展耕地地力评价的理论与方法研究。原因在于，首先，河南省没有 参加2 0 0 2 年的农业部耕地地力调查与质量评价的试点工作，又没有现成的技术方法以供参 考；其次，本次耕地地力评价工作的背景、要求和方法有别于2 0 0 2 年的工作，不能直接应 用已有的研究成果。本次耕地地力评价工作是以河南省2 0 0 5 年测士配方施肥项目县一开 封县为例，实现理论与实际相结合，为河南省的耕地地力评价工作提供理论与方法借鉴。 1 2 研究目的与意义 本次研究的目的旨在通过对耕地地力评价理论与方法的研究，建立一套适宜我省情况的 耕地地力评价方法体系，完成其他各县的耕地地力评价工作，并争取在信息挖掘、指标体系、 评价模型和信息化评价方法等方面有所创新，丰富现有的土地质量评价理论与方法。 进行本次耕地地力评价工作，其意义具体表现为以下几个方面： 一是确保粮食安全的需要。粮食安全问题不仅取决于耕地的数量，还决定于耕地士壤的 质量，摸清全县耕地质量和土壤质量变化的因素和条件，是进行耕地和土壤生产能力保护， 进行耕地质量建设和合理利用土地的重要基础。 2 河南农业大学2 0 0 9 届硕十学位论文 二是保障农产品安全，提高农产品竞争力的需要。查清全县耕地土壤环境状况、污染分 布与程度，有利于采取切实有效的农业生态环境净化措施，保证农产品的产地环境符合要求， 加强农业生产环节的管理和投入管理，培养农民的科技意识，是实现农业节本增效，提高农 民收入的重要途径。 三是提高资源利用效率，推进农业结构调整的需要。通过土壤调查和评价，建立起全县 的土壤适宜性指标体系，可直接为农作物种植结构的调整提供依据，从而发挥区域优势，发 展特色农业，提高耕地资源利用效率，提高农业劳动生产率。 四是降低农业生产成本，指导科学施肥的需要。通过对施肥品种、数量、施肥时期、施 肥方法以及施肥投入产出情况等进行调查与分析，为今后制定可行的施肥技术指导方案提供 可靠的基础数据，这样才能用较少的投入获得较大的经济收入。 1 3 国内外研究进展 1 3 1 国外研究状况 国外的土地评价研究已有两千多年的历史。总体来说，其进展研究可以分为定性评价和 定量评价两个阶段： 1 3 1 1 定性评价阶段 国外最早的土地评价要算1 8 8 6 年俄罗斯土壤地理学家b b 道库恰耶夫在俄罗斯黑钙土 地区和尼日格勒自治州考察时，对该地区土地进行自然和历史的鉴定，对耕地质量评价体系 做出较全面和系统的阐述【卯，其方法体系目前仍在前苏联各国中应用。1 9 3 3 年美国提出。斯 托利指数分等”( s t o r i ei n d e xr a t i n g ) 和康乃尔评价系统( c o m e l ls y s t e m ) ，以及德国f f 一3 0 年代 提出的土地指数分等 6 1 ，这些早期的农地评价研究，主要是为土地征税的需要而发展起来的， 它们只对土地进行定性的描述。其后，随着资源调查与土地合理利用规划的产生，以合理利 用耕地为目的的耕地评价研究逐渐发展起来。1 9 6 1 年，美国农业部土壤保持局正式颁布了“土 地潜力分类系统”，这是世界上第一个较为全面的土地评价系统，该系统以农业生产为目的， 主要从土壤的特征出发来进行耕地潜力评价，分为潜力级、潜力亚级和潜力单位三级网。 其中，潜力级中根据士地对大田或牧草的限制性强度，把所有土地分为八个潜力级，这种将 复杂的土地类别仅以八级概括，虽然易于掌握，但不能说明土地对特定作物的适宜性和生产 力。参照美国的系统和方法，许多国家结合本国的实际情况作了修改，并在理论上给予补充， 如加拿大十地清查中的土地潜力分类系统1 9 1 和英国土壤调查局的土地利用潜力分类系统，这 些评价方法都未对土地进行定量的评价。 这一时期的土地评价特点表现为：大多为一般目的的土地评价，它考虑的是广泛标准化 的土地利用和土地自然属性的变化，而未涉及社会经济条件和技术的变化，并且没有针对特 定的土地利用类型进行适宜性分析与评价，评价过程中所采用的手段与技术方法也较为简 单，仅仅处于定性描述阶段。 1 3 1 2 定量评价阶段 3 县域耕地地力评价理论与方法研究一以河南省开封县为例 7 0 年代，随着更广泛的资源调查和遥感技术手段在资源调查中的应用，土地评价的研 究从一般目的的土地评价过渡到有针对性的专门评价。1 9 7 2 年荷兰的b e e l k j 和b e n n e m a j 在生态学方法论中发表“为农业士地利用规划的土地评价”。1 9 7 6 年前苏联农业部正式 颁布了应用于地籍工作的全苏土地评价方法。从1 9 7 8 年开始，f a o 在 集合上或0 或l 的 刚性判断，这个模糊数往往被称为隶属度，表明该事物属于某个判断结论的程度。 河南农业大学2 0 0 9 届硕士学位论文 所谓模糊综合评判方法是在模糊的环境中，考虑到影响事物的多种因素，基于某种目的 对该事物做出的综合判断或决策，它是模糊数学中最基本的应用方法之一。它运用模糊变换 原理分析和评价模糊系统，是一种以模糊推理为主的定性与定量相结合、精确与非精确相统 一的分析评判方法 6 2 1 。 5 3 1 1 单层次模糊综合评判模型 给定两个有限论域u = u l u 2 ，i l m ，v = v l ，v 2 ，v m ，其中u 为所有的评判因 素所组成的集合，v 为所有的评语等级所组成的集合。如果对于第i ( i l l ，2 ，n ) 个评判因 素u i ，其单因素评判结果为r = 【r i l ，啦，r i n 】，则各个评判因素的评判决策矩阵 r = 刭 就定义了u 到v 上的一个模糊关系1 6 3 捌l 。 5 3 1 2 多层次模糊综合评判模型 在复杂的大系统中，需要考虑的因素往往是多方面的，而且因素之间还存在着不同的层 次。这时，应用单层次模糊综合评判模型就很难得出正确的评判结果。在这种情况下，就需 要将评判因素集合按照某种属性分成几类，先对每一类进行综合评判，然后再对各类评判结 果进行类之间的高层次综合评判。具体步骤如下： ( 1 ) 对于评判因素集合u ，按照某个属性c ，将其划分为m 个子集，使它们满足 u = u ，qn q = 妒 ，这样，就得到了第二级评判因素集合= u ， ) ， 龚吊= ) ( f = 1 ，2 ，7 ，肌；七= 1 ，2 ，n k ) ，表示子集配中：f f n k 个评判因素。 ( 2 ) 对于每一个子集u 中的仇个评判因素，按照单层次模糊综合评判模型进行评判。如果配 中诸因素的权数分配为4 ，其评判决策矩阵为足，则得到第f 个子集的综合评判结果 忍= 4 r = 【，b i 2 9 ，】，与单层次不同，这里采用普通矩阵乘法进行计算，原因是这 种方法兼顾了各方面的因素，适宜于多因素的排列。 ( 3 ) 对嘭中的m 个评判因素子集u ( f = l ，2 ，m ) ，进行综合评判，其评判决策矩阵为 r _ r l r 2 r ，。 12 r n 嘞 ，4 l ，4 2 。 ，2 。 ，4 。 ，如果中的各评判因素子集的权数分配为j ，则可得综 备评判结果否= j r ，其中否既是对的综合评判结果，也是对u 中的所有评判因素的 综合评判结果。 本次评价运用多层次模糊综合评判模型，将开封县耕地地力分为土壤管理、立地条件、 土壤养分三个方面每个方面又继续划分，进而确定各单因素隶属度。 2 9 仫 一 i l l 吃 p。l i i 县域耕地地力评价理论与方法研究一以河南省开封县为例 5 3 1 3 应用 目前，模糊综合评价法在土地评价中应用较为广泛：如王建国研究了模糊数学在土壤 质量评价中的应用，总结了土壤养分含量、质地等单因素模型并尝试用模糊乘积法进行了 土壤质量综合评价【6 5 】。胡月明等提出了基于g i s 的土壤质量模糊变权评价以及基于g i s 与 灰色关联综合评价模型的土壤质量评价方法，解决了土壤质量评价中g i s 与定量数学模型 的结合，以及评价模型的变权问列删。 5 3 2 隶属函数的确立 隶属度函数是模糊数学中的一个重要概念，1 9 6 5 年由美国学者l t z a d e n 提出，并定 义为：给定论域u 上的一个模糊子集a ，对于任意x u 都指定一个数u ( x ) ，满足： 0 u a ( x ) l ，u a ( x ) 表示x 对于a 的隶属程度。，映射u a ：u - - 4 , 【o ，l 】，x 专u a ( x ) 称 为模糊子集a 的隶属度函数。 事实上，各评价因素因子等级之间没有一条明确的界限，而只有连续的渐变性。因此 可为耕地地力评价中各参评因素因子建立相应的隶属度函数，计算其隶属度值，以隶属度 来刻画土地生产力的状态值。 评价指标与耕地生产力的关系可以分为：戒上型函数、戒下型函数、峰型函数、直线 型和概念型五种，本次研究将选定的7 个评价指标与耕地生产能力的关系分为概念型晒数 和戒上型函数2 种类型。对排涝能力、灌溉保证率、质地、质地构型等概念型定性因子采 用专家打分法，经过归纳、反馈、逐步收缩、集中，最后产生获得相应的隶属度( 如表5 - 9 ) ， 并建立县域耕地资源管理系统的评价隶属函数模型，对各评价因子进行函数编辑。而对有 机质、有效磷、速效钾等定量因子则采用d e l p h i 法，根据一组分布均匀的实测值评估出 对应的一组隶属度，然后在计算机中绘制这两组数值的散点图，再根据散点图进行曲线模 拟，寻求参评因素实际值与隶属度关系方程从而建立起隶属函数。 河南农业大学2 0 届硕士学位论文 表h 评价因子隶属度 t a b l e 5 9m e m b e r s h i po f t h ee v a l u a t i o nf a c t o r s 指标指标级别与隶属度 质地 = ? 竿萼? 竿警 隶属度 10 90 80 70 60 60 4 质地构型冀裴挈囊耄曩茎主茎霪篡茎囊；囊篓 隶属度 llll0 9 50 90 90 90 80 8 质地构型冀篡：主篓篓囊篓裴篓篡篓 隶属度0 80 80 7 5 0 7 50 7 50 7 50 7 50 70 70 7 质地构型 翥茎荔量萎曩善霎善耋慕堡 隶属度0 6 5 0 6 50 6 50 60 5 50 4 捧涝能力 二耋三薹三薹i 辜二薹 隶属度 l0 80 60 4 o 1 灌溉保证5 0 0 , 4 - 73 0 , 4 - 5 75303 率锹0 , 4 隶属度 l0 8 0 6 0 4 有机质 1 71 51 31 08 隶属度 l0 80 60 40 1 1 有效磷 3 02 52 01 58 隶属度 l0 80 60 40 1 速效钾 1 5 01 2 01 0 08 57 0 隶属度10 80 60 4 0 1 通过非线性回归法得到有机质、有效磷、速效钾等指标的隶属函数。以有机质为例，在 专题评价中选择隶属函数拟合，分别输入有机质指标级别级隶属度，得出的模拟曲线如图 ”所示： 3 1 县域耕地地力评价理论与方法研究一以河南省开封县为例 j一 。1 、 二一一j 03 5t 1 0 51 4 一 i 原始数捂点拟合曲线i i 心6 5 5 1 1 1 6 1 3 ) 1 图5 _ 3 有机质与隶属度关系曲线图 f i g 5 - 3t h eg r a p ho f r e l a t i o no f o r g a n i cm a t t e ra n dm e m b e r s h i p ( 注：x 值为数据点有机质含量值，y 值表示函数隶属度) 同样，得出速效钾和有效磷的隶属函数模型，如表5 1 0 所示： 裹5 1 0 参评因素类型及其隶属函数 t a b l e5 - 1 0t h et y p eo f e v a l u a t i o nf a c t o r sa n dm e m b e r s h i pf u n c t i o n s 函数类型参评凶素隶属函数 ac t h 戒上型 速效钾( m g k g )y = i 0 + a 。( x - o a 2 ) 0 0 0 1 l 1 1 4 2 6 4 95 5 戒上型 有效磷( m g k g ) y 硝( 1 + a ( x c ) “2 ) 0 0 0 8 3 2 9 8 0 7 2 85 戒上型 有机质( g k g )y = i ( 1 + a ( x - c ) 2 ) 0 0 4 1 6 1 7 2 2 8 3 96 3 2 河南农业人学2 0 0 9 届硕士学位论文 6 土壤养分空间插值与分区统计 土壤养分状况是反映土壤理化性状的重要因素，是进行耕地地力评价必不可少的因素， 而对土壤养分状况的调查是通过在典型区域和有代表性的区域进行土壤采样调查的。由于采 样点的数量是有限的，不能满足评价中所需要得到整个评价区每个点上的养分数据的要求， 所以非采样点处的值只能通过空间插值的方法得到。 6 1 空间插值法简介 空间插值常用于将离散点的测量数据转换为连续的数据曲面，以便与其它空间现象的分 布模式进行比较【6 7 1 。从广义上讲，空间插值方法可分为点插值和面插值，我们通常所说的 空间插值泛指点插值。空间插值的理论假设是空间位置上越靠近的点，越可能具有相似的特 征值；而距离越远的点，其特征值相似的可能性越小【醴】。空间插值的方法有反距离权重插 值( i n v e r s ed i s t a n c ew e i g h t e d ，i d w ) 、径向基函数插值( r a d i a lb a s i sf u n c t i o n s ，l m f ) ，克里格插 值( k r i g i n g ) 。在所有这些方法中，并不存在一种对所有地域都最佳的插值方法。克里格插值 法以能提供最佳线性无偏估计而被广泛运用，该方法一般要求数据符合正态分布；反距离插 值法最为简单，运用比较方便。因此本次研究采用这两种方法，将采样点的分析化验数据进 行插值，生成全域的各类养分图和养分等值线图。 6 1 1 克里格插值法 克里格插值法( k r i g i n g ) 也称空间局部估计或空间局部插值，它是建立在半变异函数理论 及结构分析基础上，在有限区域内对区域化变量的取值进行无偏最优估计的一种方法。克里 格法实质上利用区域化变量的原始数据和半变异函数的结构特点，通过确定对待插点值有影 响的距离范围，然后用此范围内的采样点对未采样点的区域化变量的取值进行线性无偏最优 估计量的一种方法f 6 们。更具体地讲，它是根据待估样点有限领域内若干已测定的样点数据， 在认真考虑了样点的形状、大小和空间相互位置关系，它们与待估样点间相互空问位置关系， 以及半变异函数提供的结构信息之后，对该待估样点值进行的一种线性无偏最优估计。研究 方法的核心是半方差函数，公式为： n h l21 j v i n i 歹亿) 2 赢蚤) 一z g 。+ ) 】 式中：h 一为样本间距，又称位差( l 瑚； 设位于) ( 0 处的速效养分估计值为z ( 工。) ， n ( h ) 一间距为h 的“样本对”数。 它是周围若干样点实测值z ( ) i ) ，( i = 1 2 ， n ) 的线性组合，即 2 ( ) = 丑z ( x ，) i = 1 式中：z ( x o ) 一为x 。处的养分估计值：丑一为第i 个样点的权重；z ( 一) 一为第i 个样点 值。 要确定以有两个约束条件： 3 3 县域耕地地力评价理论与方法研究以河南省开封县为例 f m i n ( z 瓴) 一五z 瓴) ) 2 。 阔 i 磊= l 陡罐怍f o , 式中：一表示而和之间的半方差函数值；m 一拉格朗日值。 解上述方程组即可得到所有的权重 和拉格朗日值m ，利用计算所得到的权重即可求得 估计值z ( ) 。 克里格插值法要求数据服从正态分布，非正态分布会使变异函数产生比例效应，比例效 应的存在会使实验变异函数产生畸变，抬高基台值( p a r t i a ls i l l ) 和块金值( n u g g e t ) ，增大估计 误差，变异函数点的波动太大，甚至会掩盖其固有的结构，因此应该消除比例效应。此外克 里格插值结果的精度还依赖于采样点的空间相关程度，当空间相关性很弱时，意味着这种方 法不适用。因此当样点数据不服从正态分布或样点数据的空间相关性很弱时，采用反距离插 值法。 6 1 2 反距离插值法 反距离法是假设待估未知值点受较近已知点的影响比较远已知点的影响更大，其通用方 程是： 式中：z o 是待估点。的估计值；z i 是已知点i 的值；d i 是已知点i 与点。间的距离；s 是在 估算中用到的控制点数日；k 是指定的幂。 该通用方程的含义是已知点对未知点的影响程度用点之间距离乘方的倒数表示，当乘方 为l ( k = 1 ) 时，意味着点之间数值变化率恒定，该方法称为线性插值法，乘方为2 或更高 则意味着越靠近的已知点，该数值的变化率越大，远离已知点则趋于稳定。 6 2 空间插值 本次空间插值采用a r c g i s g 2 中的g e o s t a t i s t i c a la n a l y s t 功能模块完成。 测土配方施肥工作共分析了铵态氮、硝态氮、速效磷、速效钾、有机质、p h 、锌等7 项内容。这些分析数据根据外业调查数据的经纬度坐标生成样点图，然后将以经纬度坐标表 示的地理坐标系投影变换为以高斯坐标表示的投影平面直角坐标系，得到的样点图中有部分 数据的坐标记录有误，样点落在了县界之外，对此加以修改和删除。 m ，矧 = o z 河南农业太学2 0 9 9 届硬士学位论文 首先对数据的分布进行探奇，剔除异常数据。观察样点分析数据的分布特征( s t a t i s t i c s ) 检验数据是否符台正春分布和取自然对数后是否符合正态分布。如果数据接近正态分布，用 m 哪3 a 来整理羲据，不在此范围内的点删除；如果数据- v 接近正态分布，用m e a n 2 a 来删除不在此范嗣内的点。咀有机质为倒，从图审l 上可以看出，基本接近正态分布，而所 有数据均在- 4 9 目s t j 4 和2 37 0 3 9 5 8 之阃，可直接对其进行插值。 。 。o 匿 田6 - 1 有机质数据分析圈 f i 9 6 - 1t h e d a t aa n a l y s i 5 0 f e r p a i c m a t t e r 其次是根据选择的空间插值方法进行插值运算插值方法中参数选择以误差最小为准则 进行选取。选择克里格插值法还是反距离插值法，主要看样点数据是否具有空间相关性相 关性的大小主要取决于基台值和块金值的大小。基台值是半方差的最大值，指不同采样间距 内存在的半方差投大值，反映区域化变量的先验方差。块金值是位差为0 时的半方差值，表 示区域化变量在小于抽样尺度时非连续变异，由区域化变鼙的属性，或测量误差决定。另外， 基台值( 基台值十块金值) 可表示空间变异程度。该比值较低，说明士壤养分受随机因 素的影响越大；相反划受自然因素的影响越大。如果比值大干7 5 ，说明土壤属性具有强 烈的空间相关性。如果比例在2 5 7 5 之问说明土壤属性县有中等空间相关性，此时用 克里格插值法进于亍插值；小丁2 5 说明十壤属性空间相关性根弱，采用反距离法插值。 以有机质为捌( 图6 - 2 ) ，进行插值时优先选用k r i g i n g 方法，得出空间相戈性为4 85 可以采用克里格插值法进行插值如果空间相关性小于2 5 ，则返同故阁反距离插值法。 县埘地地力评价理论与方法研究以阿南省开封县为倒 i _ ；_ _ 1 i h m l 盘勰 删篙：忠裟p “ m ：黟五菌霭舔礴赢面 堕| i m 雨面习l x mf l 1 f _ l r * 一一：厂一i i 舢柏t h i 嘲 n 咖i s a 眦由岫4 吐“_ 岫口m c m k 口d w ，t 倒 * 咖妊m - ，帕1 t 町* f 鲥 n b 哪k 拙a n d _ * n d t 惴自k 口枷时叫- m m 女帅h 咖鞲f b “d d 出口呲 脚a r 时yo f 忡_ 自i m h 加c 日_ t c 岫舢d a r 们口州q 咄t _ 啪o f 呻q 锄r e 4 妊- h * 蛐嘶呻呻一h 如b m e e 帅螂删脚删 蜘t m 口岫* n ，d y b 口h 删d d h 一 ：l 婪：i 璺兰i ! 型i 骘鐾溅黧纛薹瑟萋：鬟爨豢魏鼙 h 卸o “s _ - 8 翼：翌罂o ”宅! 罂。 f - _ s a m e a m 口tn 一 a m d h r 口m e a l k h d 女“叫r r i p ，k ru * h r 女m rm j r 警“蜘9 “”“” 竺l 竺望 河南农业大学2 0 0 9 届硪