城市邊緣帶土壤養(yǎng)分空間特征研究——以石家莊市為例.pdf

1、土壤理化性質(zhì)普遍存在空間異質(zhì)性。區(qū)域土壤養(yǎng)分數(shù)據(jù)的連續(xù)分布，是進行其空間特征分析的基礎。在實際工作中因受各種條件的限制，只能根據(jù)代表性、經(jīng)濟性等原則布設采樣點，從而導致樣點數(shù)據(jù)的高度離散性。要獲取研究區(qū)相對連續(xù)養(yǎng)分數(shù)據(jù)最有效手段就是對采樣點進行插值，然而對于土地利用格局復雜、破碎化程度較高的區(qū)域，直接采用空間插值，往往因其精度較低與實際情況不符。因此，本文以石家莊城市邊緣帶為研究對象，在利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型對空間插值點土壤養(yǎng)分進行預測的

2、基礎上，將地統(tǒng)計學原理與GIS技術相結(jié)合，研究了石家莊城市邊緣帶土壤表層(0-20cm)的有機質(zhì)、全氮、速效磷以及速效鉀四種土壤養(yǎng)分的空間變異性，探索了一種在采樣點相對較少、土地利用類型復雜、景觀異質(zhì)性較高的區(qū)域內(nèi)進行土壤特性研究的新方法。從而更加準確和直觀地了解整個研究區(qū)域中各種土壤養(yǎng)分的空間分布規(guī)律。另外本文還對土壤養(yǎng)分空間特征與景觀格局的相關性及土壤養(yǎng)分管理進行了研究。結(jié)果表明： BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型能夠智能地學習各個采樣點

3、的空間位置與該點各種土壤養(yǎng)分含量之間的映射關系。采用一個輸入層、一個輸出層和若干個隱含層的三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型的平均決定系數(shù)為81.6％，平均擬合精度為94.68％。表明訓練后的網(wǎng)絡模型已經(jīng)學習和掌握了各個樣點空間位置與該處土壤養(yǎng)分含量之間高度復雜的非線性關系，并能較為準確地對不同地理位置上的土壤養(yǎng)分含量進行插值。利用BP網(wǎng)絡模型進行插值彌補了由于樣本數(shù)量少，數(shù)據(jù)離散程度高，直接利用地統(tǒng)計方法研究土壤養(yǎng)分空間分布特征造成的插值精度偏低的

4、缺陷。 石家莊城市邊緣帶土壤有機質(zhì)、全氮、速效磷屬于中等變異，變異系數(shù)分別為18.24％、15.94％、22.14％，土壤速效鉀屬弱變異，變異系數(shù)為7.42％。預測后的土壤有機質(zhì)、全氮、速效磷和速效鉀變異函數(shù)的理論模型均符合球狀模型，其決定系數(shù)R2分別為0.967、0.792、0.927、0.942。有機質(zhì)、速效磷和速效鉀具有強烈的空間相關性，塊基比分別為0.12％、15.10％和9.63％。土壤全氮具有中等相關性，塊基比為25

5、.64％，主要是因施肥、耕作、田間管理水平等人為因素在一定程度上削弱了全氮的空間相關性。四種速效養(yǎng)分均具有明顯的空間自相關格局，但它們的空間自相關的變化尺度具有一定的差異。有機質(zhì)和全氮的變程比較接近，分別為502.6m和458.6m，速效磷和速效鉀的變異尺度較小，分別為277.0m和385.1m。 從養(yǎng)分分布圖看，石家莊城市邊緣帶有機質(zhì)、全氮、速效磷和速效鉀含量具有明顯的斑塊狀分布特點，各種土壤養(yǎng)分高值區(qū)多分布在石家莊市西部和南