毛竹林水土保持耕作體系下土壤侵蝕預(yù)測模型研究.pdf

1、土壤侵蝕是在水力、風(fēng)力、凍融、重力等營力作用下，土壤、母質(zhì)及其它地面組成物質(zhì)被破壞、剝蝕、轉(zhuǎn)運(yùn)和沉積的全部過程。水土流失是全球性的環(huán)境和災(zāi)害問題，并且已經(jīng)對人類的生存與發(fā)展構(gòu)成了威脅。中國是世界上水土流失最嚴(yán)重的國家之一，我國東南紅壤丘陵區(qū)，由于長期的不合理的開發(fā)利用，土壤侵蝕退化嚴(yán)重，水土流失面積達(dá)800000k㎡，其中，嚴(yán)重侵蝕地占165000h㎡。東南紅壤丘陵區(qū)是我國僅次于黃土高原的嚴(yán)重水土流失區(qū)，其中土壤侵蝕已成為引起土壤退化的

2、重要原因。 土壤侵蝕模型是研究土壤侵蝕學(xué)科的前沿領(lǐng)域和土壤侵蝕過程定量研究的有效手段。土壤侵蝕模型按建模的方法可分為經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃臀锢砟Ｐ偷?，其中?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪歉鶕?jù)已掌握的先驗(yàn)資料，采用統(tǒng)計(jì)分析的方法擬合、預(yù)測小流域土壤侵蝕量與降雨侵蝕力指標(biāo)、植被覆蓋率、土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤枯粒含量、坡度、坡長之間的關(guān)系。土壤侵蝕過程中影響因子較多、過程錯(cuò)綜復(fù)雜，以過程為基礎(chǔ)的土壤侵蝕模型可操作性差，有些指標(biāo)在大面積應(yīng)用時(shí)難以獲取。為了進(jìn)一步提高經(jīng)驗(yàn)?zāi)?/p>

3、型擬合和預(yù)測的精度，克服經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ凸逃械牡赜蛐詮?qiáng)，外延精度差等不足，本文提出三種非線性土壤侵蝕建模方法，為土壤侵蝕建模提供了新的思路。 利用福建省天寶巖保護(hù)區(qū)內(nèi)毛竹林內(nèi)所得的實(shí)測數(shù)據(jù)，以立地條件、林分密度、竹齡結(jié)構(gòu)、經(jīng)營措施一致的毛竹林不同坡度、不同墾復(fù)方式、不同施肥方式、不同清理方式、不同施肥處理、不同的筍收獲方式為預(yù)報(bào)因子，建立了基于核函數(shù)主元分析的非線性嶺回歸毛竹林土壤侵蝕擬合和預(yù)測模型，取得了較好的模擬精度，因子用常規(guī)方法

4、即可獲得，因而可以用來預(yù)測不同耕作體系下毛竹林土壤侵蝕總量，為進(jìn)一步研究毛竹林耕作體系的革新與新耕作方法的實(shí)施提供了參考依據(jù)。 基于單變量高維指數(shù)非線性GWS（n，1）模型及其參數(shù)搜索、辨識原理，以復(fù)相關(guān)系數(shù)最大為判別準(zhǔn)則、將多變量分為主變量和輔助變量，進(jìn)而構(gòu)建出多變量高維指數(shù)非線GWS（n，m）模型，GWS（n，1）及GWS（n，m）模型具有非周期、非線性、非正態(tài)振蕩遞減行為特征。各自變量的彈性系數(shù)呈振蕩遞減趨勢并漸近與零，這

5、是本文模型與常規(guī)模型的最重要區(qū)別。經(jīng)過計(jì)算機(jī)編程，模型參數(shù)搜索、辨識較為簡便易行。利用閩東南地區(qū)土壤侵蝕數(shù)據(jù)建立擴(kuò)展模型，利用該模型對閩東南地區(qū)紅壤小流域坡地土壤侵蝕進(jìn)行預(yù)測相關(guān)系數(shù)達(dá)到0．986，精度明顯高于USLE模型，并將該模型應(yīng)用于水土保持耕作體系下毛竹林土壤侵蝕預(yù)報(bào)，精度達(dá)到0．968，為極顯著水平。以總體離差平方和最小為判別準(zhǔn)則，其中最優(yōu)化算法是采用實(shí)數(shù)編碼的自適應(yīng)遺傳算法，搜索出模型參數(shù)，模型的參數(shù)選取最大程度的避免了人為

6、因素，不同與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中繁瑣而緩慢的“黑箱式尋優(yōu)”，數(shù)據(jù)關(guān)系更加的透明化，在樣本數(shù)量較多的情況下也具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，以復(fù)相關(guān)系數(shù)最大為判別準(zhǔn)則、將多變量分為主變量和輔助變量，模型的精度也滿足在實(shí)際工程中的應(yīng)用，具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。 建立多元回歸預(yù)測模型，并且要取得相當(dāng)?shù)谋平皖A(yù)報(bào)精度，其前提是：影響因子與預(yù)報(bào)因子之間確切存在模型所假定方法的相關(guān)關(guān)系，可以是線性的或非線性的，這樣才能根據(jù)樣本的情況估計(jì)其中的參數(shù)，由于各個(gè)預(yù)測

7、因子之間的相關(guān)關(guān)系并不是一致的線性或非線性，存在各種相關(guān)形式，因此采用一致線性或非線性形式建立的回歸模型不能真實(shí)的反映回歸關(guān)系，影響預(yù)報(bào)和逼近的精度，為了協(xié)調(diào)考慮這些不均衡的相關(guān)關(guān)系，引入加權(quán)的思想，使影響重要的關(guān)系在回歸方程中所占的權(quán)重較大，從而對模型精度的改善起到一定的作用。投影尋蹤結(jié)合約束優(yōu)化遺傳算法對雷竹園和茶園土壤侵蝕模數(shù)進(jìn)行擬合和預(yù)測，取得了較為理想的效果，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0．99用精度較高，原文獻(xiàn)中采用線性回歸和線性逐步回歸的