【摘要】：天然橡膠是一種典型的資源約束型產(chǎn)業(yè),在我國(guó)國(guó)防建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)中都具有重要地位。實(shí)施合理的養(yǎng)分綜合管理是提高橡膠樹(shù)生產(chǎn)力的重要手段。養(yǎng)分精準(zhǔn)管理的前提是必須詳細(xì)了解橡膠園土壤屬性空間分布特征。目前野外調(diào)查取樣是獲取土壤基本屬性和空間變化的基本手段,正確科學(xué)的土壤取樣方法是橡膠園養(yǎng)分精準(zhǔn)管理是否成功的關(guān)鍵。因此,在進(jìn)行橡膠樹(shù)養(yǎng)分精準(zhǔn)管理之前,有必要明確橡膠園土壤養(yǎng)分的取樣方法,這是進(jìn)一步開(kāi)展橡膠樹(shù)養(yǎng)分精準(zhǔn)管理基礎(chǔ)�，F(xiàn)行采樣過(guò)程中橡膠園土壤樣品采集區(qū)域主要位于萌生帶位置,但其是否合理仍是個(gè)未知數(shù)。本文針對(duì)橡膠樹(shù)生產(chǎn)管理上的特點(diǎn),結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際,首先研究植株尺度下土壤屬性的取樣位置,在此基礎(chǔ)上利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)和空間模擬退火算法探討田塊尺度下橡膠園土壤樣本取樣數(shù)目和布局,主要研究結(jié)果如下： (1)基于植株尺度圍繞著9株橡膠樹(shù),通過(guò)在84m2范圍內(nèi)按1mx0.5m規(guī)則網(wǎng)格采集168個(gè)橡膠園表層土壤樣品,利用普通克里格對(duì)全氮、有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀和pH五種土壤屬性按照0.5m網(wǎng)格進(jìn)行插值,而后描述各自空間分布特征,結(jié)果表明：全氮、速效磷、有機(jī)質(zhì)呈現(xiàn)出明顯的“肥島”效應(yīng)。其中全氮“肥島”面積最大,影響距離最遠(yuǎn)；速效磷的“肥島”面積最小,與周?chē)鷿舛瘸杀稊?shù)遞減,成環(huán)狀同心圓分布；有機(jī)質(zhì)的空間分布介于兩者之間。速效鉀的變程最大,斑塊面積大且過(guò)渡均勻。橡膠園中管理措施(例如挖施肥穴以及修筑環(huán)山行等)導(dǎo)致植株尺度范圍內(nèi)土壤表層空間變異大,同時(shí)這些土壤屬性的高變異系數(shù)特征也揭示了橡膠園土壤表層適合于取樣分區(qū)管理。 (2)通過(guò)主成分分析將植株尺度下全氮、有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀和pH五種土壤屬性轉(zhuǎn)化為具有高度代表性的協(xié)同變量主成分,而后利用模糊聚類(lèi)方法將前幾主成分進(jìn)行劃分管理分區(qū),研究結(jié)果表明：植株尺度下橡膠園表層土壤可劃分為萌生帶、樹(shù)頭以及施肥穴位置三個(gè)分區(qū)。萌生帶區(qū)域土壤全氮和有機(jī)質(zhì)與整個(gè)研究區(qū)域的均值相近,而速效磷和速效鉀略低于均值。由于萌生帶區(qū)域保持植被自然生產(chǎn)且少受外界干擾,具有較高的穩(wěn)定性,因此,從該處獲取的土壤樣本分析結(jié)果可代表氮肥和有機(jī)質(zhì)的養(yǎng)分水平。 (3)根據(jù)描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果,將植株尺度下橡膠園表層土壤屬性劃分為正態(tài)和偏態(tài)兩組數(shù)據(jù)。針對(duì)土壤全氮和速效鉀這兩個(gè)正態(tài)或?qū)?shù)正態(tài)分布的土壤屬性,本文應(yīng)用普通克里格方法描述其合理取樣位置,結(jié)果表明橡膠園土壤全氮和速效鉀綜合養(yǎng)分取樣位置主要受土壤速效鉀含量分布決定。在空間分布上,綜合養(yǎng)分的合理取樣位置主要位于遠(yuǎn)離施肥穴的橡膠樹(shù)行間萌生帶和中間樹(shù)頭附近區(qū)域。綜合外界因素,其最優(yōu)取樣位置位于遠(yuǎn)離施肥穴的橡膠樹(shù)行間萌生帶位置。 (4)針對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)具有偏態(tài)分布的數(shù)據(jù)特點(diǎn),應(yīng)用指示克立格法描述了土壤全氮和有機(jī)質(zhì)的合理取樣位置分布概率。研究結(jié)果表明橡膠園植株間土壤全氮和有機(jī)質(zhì)含量均值±10%相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍的概率分布具有相似性。土壤全氮和有機(jī)質(zhì)含量同時(shí)處于均值±10%相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍的高概率區(qū)域主要分布在東邊地勢(shì)較高的橡膠樹(shù)行間萌生帶和樹(shù)頭株間位置,其最佳取樣位置即綜合指標(biāo)最大概率集中于地勢(shì)高的橡膠樹(shù)行間正中央。研究結(jié)果表明,應(yīng)用指示克立格法可為南方丘陵地區(qū)多年生經(jīng)濟(jì)作物復(fù)雜表層土壤樣品的采集提供一種可行的解決途徑。 (5)在田塊尺度圍繞231株橡膠樹(shù),總面積為4200m2(60m×70m)范圍,按照6m×7m網(wǎng)格采集100個(gè)土壤樣本。結(jié)果表明田塊尺度橡膠園土壤養(yǎng)分屬性均屬于中等變異程度,但速效磷和速效鉀的變異程度明顯大于全氮和有機(jī)質(zhì),前者的變異系數(shù)約為后者的兩倍。從土壤屬性的空間分布特征來(lái)看,全氮、有機(jī)質(zhì)和速效磷整體上表現(xiàn)出明顯西高東低分布,而速效鉀呈現(xiàn)出四周高中間低的“島嶼”分布。應(yīng)用克立格方法計(jì)算田塊尺度橡膠園土壤屬性合理取樣數(shù)目,其中全氮、有機(jī)質(zhì)、速效磷和速效鉀合理取樣數(shù)目分別為9、9、29和32,利用克里格指導(dǎo)的采樣效率比傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法提高約2-5倍。 (6)將空間模擬退火算法引入到橡膠土壤取樣布局中并探討了不同約束條件下田塊尺度橡膠園土壤取樣方案,研究結(jié)果表明：在橡膠園土壤取樣過(guò)程中,如果研究區(qū)域既無(wú)先驗(yàn)方差也無(wú)早期觀測(cè)樣點(diǎn)情況下,在給定一定取樣數(shù)量情況下可以基于最小均值距離(MMSD)準(zhǔn)則進(jìn)行優(yōu)化布局；如果具有早期觀測(cè)樣點(diǎn)或者具有類(lèi)似區(qū)域的先驗(yàn)方差,則可通過(guò)MMSD和最小克里格方差(MMKEV)準(zhǔn)則相結(jié)合或者先驗(yàn)方差知識(shí)和MMKEV準(zhǔn)則相結(jié)合進(jìn)行指導(dǎo)取樣布局�？臻g模擬退火算法在處理橡膠園土壤取樣區(qū)域障礙以及充分利用前期先驗(yàn)知識(shí)方面具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：S714

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2781446