耕地地力评价原理与方法.ppt

1、耕地地力评价原理与方法,耕地地力评价基本原理,耕地地力评价大体可分为以产量为依据的耕地当前生产能力评价和以自然要素为主的生产潜力评价。本次耕地地力评价是指耕地用于一定方式下，在各种自然要素相互作用下所表现出来的潜在生产能力。 生产潜力评价又可分为以气候要素为主的潜力评价和以土壤要素为主的潜力评价。在一个较小的区域范围内（县域），气候要素相对一致，耕地地力评价可以根据所在地的地形地貌、成土母质、土壤理化性状、农田基础设施等要素相互作用表现出来的综合特征，揭示耕地潜在生物生产力的高低。,耕地地力评价基本原理,耕地地力评价结果表达方法一： 回归模型法 Y=b0+b1x1+b2x2+bnxm 式中：Y

2、单位面积产量 Xi耕地自然属性（参评因素） bi该属性对耕地地力的贡献率（解多元回归方程求得）,耕地地力评价结果表达方法二：参数法 IFI= b1x1+b2x2+bnxn 式中： IFI耕地地力指数 Xi耕地自然属性（参评因素） bi该属性对耕地地力的贡献率（层次分析方法或专家直接评估求得）,耕地地力评价基本原理,一、信息采集：耕地资源基础数据库,卫星遥感（RS）： 土地利用现状图 实时的农作物布局及长势 全球定位系统（GPS）： 耕地地力调查点 土壤污染调查点 地下水质量监测点 土壤肥力定位监测点 实地调查： 农民的投入产出 作物的生长动态,二、选择评价要素,选择的原则 农业部“全国耕地地力

3、调查与质量评价”指标体系总集 应用实例,选择的原则,选取的因子对耕地地力有比较大的影响，如地形因素、土壤因素、灌排条件等等。 选取的因子在评价区域内的变异较大，便于划分耕地地力的等级。如在地形起伏较大的区域，地面坡度对耕地地力有很大影响，必须列入评价项目之中；再如有效土层厚度是影响耕地生产能力的重要因素，在多数地方都应列入评价指标体系，但在冲积平原地区，耕地土壤都是由松软的沉积物发育而成，有效土层深厚而且比较均一，就可以不作为参评因素。 选取的评价因素在时间序列上具有相对的稳定性，如土壤的质地、有机质含量等，评价的结果能够有较长的有效期。 选取评价因素与评价区域的大小有密切的关系。当评价区域很

4、大（国家或省级的耕地地力评价），气候因素（降雨、无霜期等等）就必须作为评价因素。本次调查以县为基本调查单位，在一个县的范围内，气候因素变化较小，在进行县域耕地地力评价时，气候因素可以不作为参评因子。,三、确定评价单元,耕地评价单元是具有专门特征的耕地单元，在评价系统中是用于制图的区域；在生产上用于实际的农事管理，是耕地地力评价的基础。在确定评价单元时可以应用以下几种基础图件： 行政区划图 土壤图 土地利用现状图 （基本农田保护区现状图）,行政区划图：,用乡、村的行政界限为评价单元，更细的可以划分到生产队。这样划分的优点是行政隶属关系明确，适用于农业及农村经济管理。这样的评价单元内可能有两种或多

5、种土壤类型；土地利用方式、管理方式都可能不一致，不适用于耕地地力的评价。,土壤图：,根据土壤类型划分评价单元可以在一定程度上反映耕地地力的差异。这种方法的优点是能充分反映土壤在耕地地力中的主要矛盾，同时能够充分利用土壤普查中的资料，节省大量的野外调查工作量，具有较好的土壤和耕地利用基础，只要将耕地评价地区的土壤图连同土壤调查报告收集起来，就可以确定土地评价单元、单元的数量及其位置。这样划分的评价单元主要问题是实地缺乏明显的界线，而且往往和自然田块、行政界线不一致；另外，由于利用方式、耕作管理措施的差异，随着时间的推移，同一种土壤类型耕地地力会发生较大的差异。,土地利用现状图：,按土地利用现状图

6、的基础制图单元（自然地块或耕作规划单元）作为耕地评价单元。这样的单元内地形、水利状况基本一致，种植作物的种类、管理水平、常年产量也基本相同。不足之处是评价单元的区域较大，往往跨越乡界，另外同一单元内可能包含多种土壤类型。,基本农田保护区现状图 ：,基本农田保护区划定的保护块具有明确的空间四至，有准确的面积数据，同一个保护块内的利用方式基本一致，作为耕地地力评价的基础单元评价结果比较可靠，与我国的农业生产体制比较吻合，不足之处是同一个地块内可能包含两种或多种土壤类型。,土壤图(土种)土地利用现状图（ 基本农田保护块图）叠加产生的图斑作为耕地地力评价的评价单元。 特点： 空间界线及行政隶属关系明确

7、，有准确的面积（要注意与当地政府发布的耕地面积一致）； 地貌类型及土壤类型一致； 利用方式及耕作方法基本相同。 优点： 为农业决策提供支持； 指导实际的农事操作； 实施精准农业奠定良好的基础。,推荐方法 :,四、田间调查点数量与调查点设置,调查点数量 调查点定位,调查点数量,取样点数量设置原则：点位图转换成分布图后能真实地反应耕地地力的变化。从满足这个条件出发，取样点越少越好。 耕地地力调查：东部地区2000-3000亩、中部地区3000-50000亩、西北地区和东北地区5000-10000亩取一个样点。优势农作物或经济作物种植区适当加大样点密度。 蔬菜地地力调查：500-1000亩取一个样点

8、。 土壤环境调查：1-3万亩取一个样点。,调查点定位,与第二次土壤普查相比，本次调查技术上一个重大改进是田间调查取样点定位。第二次土壤普查的调查点由取样人员根据实地自定，调查点在图上没有准确的位置。本次调查是根据调查目的以及调查区域内评价要素空间变异的情况，事先在地形图上确定调查点的数量和位置，田间调查人员根据在图上确定的点位到田间应用GPS定位取样。,kriging空间插值法 专家经验法,kriging空间插值法,这一方法的原理是用若干已知点来推测未知区域，将不连续的点状数据形成连续的面状区域，来描述整个研究区域的空间变异特征。不同的耕地指标具有不同的空间变异及不同的统计特征，空间变异越大，

9、取样数目应当越多。从理论上讲，在确定采样点数量时，应根据空间变异最大的那个指标确定采样点数量。但在实际应用时，应综合考虑各个指标对耕地地力的贡献以及其空间变异，确定适当的取样点数量。,专家经验法,请当地有经验的专家根据土壤类型、农作物布局以及地形的变化在地形图上（万分之一或者五万分之一）确定取样点点位。,五、建立县域耕地资源管理信息系统,六、评价单元获取数据,基本评价单元图的每个图斑都必须有参与评价指标的属性数据。根据不同类型数据的特点，可采用以下几种途径为评价单元获取数据： 点位数据：点分布图插值评价单元赋值。如土壤有效磷点位图、速效钾点位图等等。 矢量图：矢量图评价单元赋值。如土壤质地、容

10、重等较稳定的土壤理化性状，可用一个乡范围内同一个土种的平均值直接为评价单元赋值。 等值线图：等值线图栅格图评价单元赋值。如等高线、积温、降雨等。,七、计算单因素评价评语：模糊评价法,模糊评价法基本原理 建立隶属函数的方法 特尔斐法简介 SPSS统计分析软件简介 应用实例,模糊评价法基本原理,模糊子集：一个模糊性概念就是一个模糊子集，模糊子集取值自01中间任一数值（包括两端的0与1）。 隶属度：元素符合这个模糊性概念的程度。完全符合时隶属度为1，完全不符合时为0，部分符合取0与1之间一个中间值。 隶属函数：表示元素与隶属度之间的解析函数。根据隶属函数，元素的每个值都可以算出其对应隶属度。,建立隶

11、属函数的方法：最小二乘法,假设我们做了这样的实验：经过一定时间（如每隔一小时），测量一次土壤水分含量，得到一组实验数据如下：,建立隶属函数的方法：最小二乘法,图4 函数关系示意图,y=at+b,常数a和b如何确定呢？最理想的情形是选取这样的a和b，能使直线y=at+b经过图812中所标出的各点，但在实际上这是不可能的。因为这些点本来就不在同一条直线上。因此，我们只能要求选取这样的a、b，使得f(t)=at+b在t0，t1，t2，t7处的函数值与实验数据y0，y1，y2，y7相差都很小，就是要使偏差 (i=0,1,2,，7)都很小 。,建立隶属函数的方法：最小二乘法,由于任何实数的平方都是正数或

12、零，因此我们可以考虑选取常数 a、b，使,个偏差的绝对值都很小，这种根据偏差的平方和为最小的条件来选择常数a、b的方法叫做最小二乘法。,最小来保证每,建立隶属函数的方法：最小二乘法,应用实例,根据模糊数学的理论，我们将选定的评价指标与耕地生产能力的关系分为戒上型函数、戒下型函数、峰型函数、直线型函数以及概念型5种类型的隶属函数。对于前四种类型,可以用特尔斐法对一组实测值评估出相应的一组隶属度，并根据这两组数据拟合隶属函数，也可以根据唯一差异原则,用田间试验的方法获得测试值与耕地生产能力的一组数据，用这组数据直接拟合隶属函数。鉴于质地对耕地其它指标的影响,有机质、阳离子代换量、速效钾等指标应按不

13、同质地类型分别拟合隶属函数。,（1）戒上型函数模型（有效土层厚度、有机质含量等等）,式中,yi为第i个因素评语 ui为样品观测 ci为标准指标 ai为系数 ut为指标下限值。,（2）戒下型函数模型（坡度、土壤容重等）,式中, ut为指标上限值。,（3）峰型函数模型（pH）,式中, ut1、ut2分别为指标上、下限值。,（4）直线型函数模型（灌溉模数）,（5）概念型指标（剖面构型、地貌类型、土壤质地等）,这类指标其性状是定性的、综合性的，与耕地生产能力之间是一种非线性的关系，如地貌类型、土壤剖面构型、质地等。这类要素的评价可采用特尔菲法直接给出隶属度。,计算举例,PH 专家评估,特尔斐法的基本步

14、骤,一、确定提问的提纲 列出的调查提纲应当用词准确，层次分明，集中于要判断和评价的问题。为了使专家易于回答问题，通常还在调查提纲的同时提供有关背景材料。 二、选择专家 为了得到较好的评价结果，通常需要选择对问题了解较多的专家1050人，少数重大问题可选择100人以上。,特尔斐法的基本步骤,三、调查结果的归纳、反馈和总结 收集到专家对问题的判断后，应作一归纳。定量判断的归纳结果通常符合正态分布。在仔细听取了持极端意见专家的理由后，去掉两端各25的意见，寻找出意见最集中的范围，然后把归纳结果反馈给专家，让他们再次提出自己的评价和判断。这样反复34次后，专家的意见会逐步趋近一致。这时就可作出最后的分

15、析报告。,特尔斐法的基本步骤,SPSS 统计分析软件简介,SPSS(Statistical Package for the Social Science)社会科学统计分析软件包是世界上著名的统计分析软件之一。该软件名为社会科学软件包，实际上已广泛应用于经济学、医疗卫生、农业等各个领域。SPSS for Windows 是SPSS软件的Windows 版本。它是用Windows的窗口方式展示各种管理和分析数据的功能，使用对话框展示出各种功能选择项，只要掌握一定的Windows 操作技能，粗通统计分析原理，就可以使用该软件为实际工作服务。（参考文献：SPSS for Windows 从入门到精通，

16、 卢纹岱等编著，电子工业出版社）,PH隶属函数,5.00,y=1/(1+1.18(u-c)2) c=6.8 ut1=4 ut2=9,7.00,u,0.40,0.60,0.80,1.00,y,6.00,7.00,8.00,9.00,容重隶属函数拟合,专家评估,1.20,1.30,1.40,1.50,1.60,1.70,u,0.20,0.40,0.60,0.80,1.00,y,容量隶属函数,y=1/(1+17.23(u-c)2) c=1.2 Ut1.6,耕层厚度隶属函数拟合,专家评估,耕层厚度隶属函数,质地隶属度及其描述,坡向隶属度及其描述,地貌类型隶属度及其描述,排涝能力隶属度及其描述,八、计算

17、单因素权重：层次分析法,层次分析法基本原理 层次分析法基本步骤 应用实例,层次分析法基本原理,层次分析方法的基本原理是把复杂问题中的各个因素按照相互之间的隶属关系排成从高到底的若干层次，根据对一定客观现实的判断就同一层次相对重要性相互比较的结果，决定层次各元素重要性先后次序。,判断矩阵一般形式：,判断矩阵标度及其含义,标度 含 义,1 表示两个因素相比，具有同样重要性 3 表示两个因素相比，一个因素比另一个因素稍微重要 5 表示两个因素相比，一个因素比另一个因素明显重要 7 表示两个因素相比，一个因素比另一个因素强烈重要 9 表示两个因素相比，一个因素比另一个因素极端重要 2,4,6,8 上述

18、两相邻判断的中值 倒数 因素i与j比较得判断bij，则因素j 与i比较的判断bji=1/bij,层次分析法基本步骤,建立层次结构模型 构造判断矩阵 层次单排序及其一致性检验 层次总排序 层次总排序一致性检验,应用实例 (江苏省仪征市）,仪征市耕地生产潜力评价要素层次结构图,理化性状 B2,剖面组成 B3,土壤管理 B5,立地条件 B4,有效锌 C1,速效钾 C2,有效磷 C3,PH C4,质 地 C5,有机质 C6,潜 水 埋 深 C7,障碍层深度 C8,耕层厚度 C9,坡 向 C10,坡 度 C11,地 貌 类 型 C12,灌 溉 指 数 据 C1,耕地生产潜力 A,排 涝 能 力 C1,确

19、定指标体系及构造层次结构,养分 B1,仪征耕地地力评价,特征向量：0.0615,0.2350,0.1697,0.3379,0.1959 最大特征根为：5.0168 CI=4.20552184252943E-03 RI=1.12 CR=CI/RI=0.00375493 0.1 一致性检验通过！,目标层判别矩阵：,准则层(1)判别矩阵原始资料：,特征向量：0.0893,0.5870,0.3238 最大特征根为：3.0091 CI=4.5329986189464E-03 RI=.58 CR=CI/RI=0.00781551 0.1 一致性检验通过！,准则层(2)判别矩阵原始资料：,特征向量：0.08

20、36,0.2835,0.6330 最大特征根为：3.0740 CI=3.70175041242657E-02 RI=.58 CR=CI/RI=0.06382328 0.1 一致性检验通过！,准则层(3)判别矩阵原始资料：,特征向量：0.0915,0.7071,0.2014 最大特征根为：3.0956 CI=4.77997275813142E-02 RI=.58 CR=CI/RI=0.08241332 0.1 一致性检验通过！,准则层（4）判别矩阵原始资料：,特征向量：0.0719,0.1655,0.7626 最大特征根为：3.0872 CI=4.35990378865192E-02 RI=.5

21、8 CR=CI/RI=0.07517075 0.1 一致性检验通过！,准则层（5）判别矩阵原始资料：,特征向量：0.2000,0.8000 最大特征根为：2.0000 CI=0 RI=0 CR=CI/RI=0.00000000 0.1 一致性检验通过！ - 层次总排序一致性检验： CI=3.18210288912442E-02 RI=.466363160095842 CR=CI/RI=0.06823230 0.1 总排序一致性检验通过！,层次分析结果表,九、计算耕地生产性能综合指数(IFI),加法模型 IFI=FiCi (i=1,2,3,n) 式中:IFI(Integrated Fertility Index)代表耕地地力数; F =第i个因素评语; Ci=第i个因素的组合