县域耕地质量变化快捷评价土壤样点的选取研究

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粮食安全是维系人类生存、维持社会安定、维护国家安全的重要基础。改革开放以来,我国经济水平迅速提升,但伴随而来的是耕地面积的不断减少和耕地质量的日益下降,这些都对我国的粮食安全形成了威胁。近些年来,我国对耕地数量保护有了确切的措施与政策,形成了比较成熟的体系和比较显著的成果,在这种背景下,耕地质量保护开始日益受到重视。为改善我国耕地质量,更好的为耕地质量保护管理工作服务,需快速掌握区域耕地质量的变化,提高耕地质量变化评价的效率。为此,论文在前期耕地质量地力调查、耕地质量等别补充完善等工作的基础上,对县域耕地质量变化快捷评价土壤样点的选取展开研究,以提高区域耕地质量评价效率,保障区域耕地质量数量-质量并重管理的实施。论文选取东海县为研究区,基于耕地地力调查数据、耕地质量等别补充完善成果和遥感数据等,首先采用K-means聚类方法对整体研究区耕地斑块网格、区分用地类型网格(水田、水浇地和旱地)、区分地形网格(岗丘区、过渡区和缓坡区)等三种类型进行聚类,并对每种聚类结果进行精度评价,最终得出最佳的聚类结果,形成景观类型区;然后采用多斑块数据代表性测算方法对景观类型区内部网格进行土壤属性指标值代表性测算,获得基于景观类型区耕地网格斑块土壤属性指标值代表性差异分布图,从而得出县域耕地质量变化快捷评价土壤样点的选取方案;最后对样点选取方案进行耕地质量评价和精度分析,进而选出可行的县域耕地质量变化快捷评价的土壤样点选取方案,为耕地质量评价工作提供一定的方法借鉴。论文得到以下主要结论:(1)基于研究区景观因子聚类结果平均簇半径和质心距离与类别数的响应关系,可得出景观因子的最优聚类结果为9类,进而形成景观类型区,为耕地质量变化快捷评价土壤样点的选取提供基础。研究区景观因子聚类结果平均簇半径和质心距离与类别数呈较显著的线性关系,论文运用K-means聚类分析方法在SPSS软件中对研究区78939个图斑进行聚类,分析聚类结果簇半径和平均质心距离两个指标随类别数K值的变化规律,判别最优聚类K值,最终得出最优聚类数为9类,论文还从分地类网格(水田和旱地)、分地形区网格(岗丘区、过渡区和缓坡区)进行了聚类精度比较,结果显示研究区景观因子最优聚类是9类,在此基础上划分景观类型区,为耕地质量变化快捷评价土壤样点的选取提供基础。(2)论文对景观类型区耕地网格斑块进行土壤属性代表性测算,在此基础上,结合耕地质量地力调查样点形成了基于不同土壤属性代表性选取样点方案,其中有机质79个样点、pH值50个样点和粘粒含量116个样点,以及基于综合土壤属性代表性的样点选取方案共47个样点。论文采用多斑块数据代表性测算方法,对景观类型区斑块的土壤有机质、pH值和粘粒含量进行数据代表性测算,在此基础上,论文采取了两种快捷样点选取方法:第一种是分别采用景观类型区内部网格的土壤有机质、pH值和粘粒含量代表性最强的84、52和120个斑块与耕地地力调查样点进行叠加得到基于景观类型区的不同土壤属性样点选取方案,分别选取了 79、50和116个样点,最终形成了基于不同土壤属性代表性的耕地质量快捷评价样点选取方案;第二种是按照《规程》确定研究区土壤有机质、pH值和粘粒含量的权重比=0.52:0.16:0.32,从而计算出景观类型区内部网格的综合土壤属性,并对类型区内的综合土壤属性进行代表性测算,所有类型区最大R值斑块共计有47块,与耕地地力调查土壤样点进行叠加选取47个样点。(3)分别对基于不同土壤属性代表性的样点选取方案和基于综合土壤属性代表性的样点选取方案以及耕地地力调查所有样点进行耕地质量评价,结果显示基于不同土壤属性代表性样点选取方案结果更接近于耕地质量补充完善成果,相对评价精度也较高。研究参照《农用地质量分等规程》(GB/T 28407-2012)(以下简称规程),分别对基于不同土壤属性代表性的样点选取方案和基于综合土壤属性代表性的样点选取方案以及耕地地力调查样点进行耕地质量评价。结果显示,基于不同土壤属性代表性选取样点方案的结果为0.848,与基于耕地地力调查样点的耕地质量评价结果精度0.882相近相差不大,精度最高;基于综合土壤属性代表性选取样点方案评价结果精度为0.721相对较低,但R2同样大于0.7,精度较高;而地力调查样点数为800个,基于不同土壤属性代表性的样点选取方案有机质79个样点、pH值50个样点和粘粒含量1 16个样点,基于综合土壤属性代表性选取样点方案共47个样点,因此,在要求精度的前提下进行县域耕地质量变化快捷评价应选择基于不同土壤属性代表性的样点选取方案;而在要求样点数量同时保证精度的前提下应选择基于综合土壤属性代表性的快捷评价样点选取方案。
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