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?jǐn)?shù)據(jù)的連續(xù)分布，是進(jìn)行其空間特征分析的基礎(chǔ)。在實(shí)際工作中因受各種條件的限制，只能根據(jù)代表性、經(jīng)濟(jì)性等原則布設(shè)采樣點(diǎn)，從而導(dǎo)致樣點(diǎn)數(shù)據(jù)的高度離散性。要獲取研究區(qū)相對(duì)連續(xù)養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)最有效手段就是對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行插值，然而對(duì)于土地利用格局復(fù)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(shí)際情況不符。因此，本文以石家莊城市邊緣帶為研究對(duì)象，在利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)空間插值點(diǎn)土壤養(yǎng)分進(jìn)行預(yù)測(cè)的

2、基礎(chǔ)上，將地統(tǒng)計(jì)學(xué)原理與GIS技術(shù)相結(jié)合，研究了石家莊城市邊緣帶土壤表層(0-20cm)的有機(jī)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(diǎn)相對(duì)較少、土地利用類型復(fù)雜、景觀異質(zhì)性較高的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行土壤特性研究的新方法。從而更加準(zhǔn)確和直觀地了解整個(gè)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(duì)土壤養(yǎng)分空間特征與景觀格局的相關(guān)性及土壤養(yǎng)分管理進(jìn)行了研究。結(jié)果表明： BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型能夠智能地學(xué)習(xí)各個(gè)采樣點(diǎn)

3、的空間位置與該點(diǎn)各種土壤養(yǎng)分含量之間的映射關(guān)系。采用一個(gè)輸入層、一個(gè)輸出層和若干個(gè)隱含層的三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(xùn)練后的網(wǎng)絡(luò)模型已經(jīng)學(xué)習(xí)和掌握了各個(gè)樣點(diǎn)空間位置與該處土壤養(yǎng)分含量之間高度復(fù)雜的非線性關(guān)系，并能較為準(zhǔn)確地對(duì)不同地理位置上的土壤養(yǎng)分含量進(jìn)行插值。利用BP網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行插值彌補(bǔ)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(jì)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(jī)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(yù)測(cè)后的土壤有機(jī)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(jī)質(zhì)、速效磷和速效鉀具有強(qiáng)烈的空間相關(guān)性，塊基比分別為0.12％、15.10％和9.63％。土壤全氮具有中等相關(guān)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(guān)性。四種速效養(yǎng)分均具有明顯的空間自相關(guān)格局，但它們的空間自相關(guān)的變化尺度具有一定的差異。有機(jī)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(jī)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(diǎn)，各種土壤養(yǎng)分高值區(qū)多分布在石家莊市西部和南