土壤屬性三維建模方法及不確定性分析.pdf

1、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，通過規(guī)則格網(wǎng)樣點(diǎn)

2、，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)R2

3、更大，RMSE更小，精度更高。
　　(2)分異規(guī)律
　　通過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7000mg kg-1左右，31-60cm深度Ca整體含量大幅增加到9500mg·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9

4、5mg·kg-1的峰值區(qū)域，而東北方向含量逐漸降低到60mg 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
　　通過不確定性分析，土壤類型和高程對(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。