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)境是實現農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必備基礎。作為耕作場所，土壤養(yǎng)分直接關系到田間作物生長狀態(tài)。研究田間尺度的土壤三維屬性空間分布可以精準描述土壤肥力，有利于實現科學施肥、作物增產，為數字土壤、精準農業(yè)的實現提供數據。目前的農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。
　　本文結合實地采樣、理化分析、經典統計學方法等，擴展利用地統計學插值方法，通過規(guī)則格網樣點

2、，以10cm為采樣梯度獲取土壤樣本，實現了農田尺度土壤有機質、pH、鈣、鋅的三維模型構建和空間分異規(guī)律分析。主要研究結果如下:
　　(1)方法與模型
　　計算插值結果的MAE與RMSE來評價插值結果的精度。結果表明，雖然反距離加權法插值得到的結果能夠一定程度保留數據的真實波動性，但是普通克里金插值方法得到的插值結果擁有更小的MAE與RMSE，能夠反映出田間土壤屬性的真實情況。三維克里金插值比三維反距離加權方法預測決定系數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性很強，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，土壤類型和高程對插值結果殘差影響不大，而道路所形成的10m緩沖區(qū)內存在殘差絕對值較大區(qū)域，并且當緩沖區(qū)半徑分別為20m和30m時，殘差絕對值變化范圍與10m半徑的結果相近。因此，在環(huán)境因子當中，道路附近的人為擾動是造成插值不確定因素的主要因子。