【摘要】： 通過采樣分析、資料收集和室外調(diào)研,在對工業(yè)化和城市化快速發(fā)展地區(qū)的土壤肥力因子和土壤重金屬含量進(jìn)行空間變異研究的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)評價了研究區(qū)的土壤質(zhì)量狀況,并將其與空間穩(wěn)定性因子結(jié)合應(yīng)用到基本農(nóng)田保護(hù)、標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)、耕地占補(bǔ)平衡的實(shí)施評價和管理上;同時,針對山區(qū)特定景觀區(qū)域,開展了影響山區(qū)茶園土壤肥力質(zhì)量的敏感因子及其空間預(yù)測方法研究。研究目的在于通過綜合多種信息源,系統(tǒng)性和整體性地評價縣(市)級尺度區(qū)域的土壤質(zhì)量,從而能為大尺度區(qū)域的土壤質(zhì)量評價提供技術(shù)途徑和方法;在此基礎(chǔ)上分析和揭示快速城市化進(jìn)程對土壤質(zhì)量和耕地質(zhì)量的影響機(jī)制,為縣(市)級土地(土壤)可持續(xù)利用管理決策提供依據(jù);針對山區(qū)復(fù)雜地形,能建立一套準(zhǔn)確預(yù)測山區(qū)土壤肥力質(zhì)量的方法,以期為農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)管理提供基礎(chǔ)。 論文的主要研究工作、認(rèn)識和結(jié)論如下: (1)基本構(gòu)建了工業(yè)化和城市化快速過程中縣(市)級尺度區(qū)域的土壤質(zhì)量評價方法的框架。 通過對1:25000縣(市)級區(qū)域的系統(tǒng)采樣,首先,利用地統(tǒng)計學(xué)的空間結(jié)構(gòu)分析功能、插值技術(shù)及互信息理論,分析了研究區(qū)土壤肥力因子和土壤重金屬元素空間變異規(guī)律、空間分布格局、土壤污染狀況及來源。通過建立基于巖性類型、土壤類型和土地利用方式的土壤質(zhì)量評價的最小數(shù)據(jù)集(MDS),研究了富陽市土壤質(zhì)量現(xiàn)狀,分析了工業(yè)化和城市化對土壤質(zhì)量的影響機(jī)制。根據(jù)全國耕地類型區(qū)、耕地地力等級劃分標(biāo)準(zhǔn)(NY/T 309-1996),將基于MDS指標(biāo)體系得到的土壤質(zhì)量劃分為4個等級。若不考慮土壤環(huán)境污染因子,那么研究區(qū)中Ⅰ級土壤資源占用全市總面積的31.36%,主要集中在研究區(qū)的西北部和中部地區(qū),Ⅲ和Ⅳ級土壤資源主要分布在西北部往中部的方向,分別占總面積的22.51%和11.7 9%,而Ⅱ級土壤質(zhì)量分布于南部和東部地區(qū),占總面積的34.34%。若考慮研究區(qū)土壤重金屬污染,研究發(fā)現(xiàn)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土壤質(zhì)量的高低排序與前述結(jié)果基本上一致,只是面積和土壤質(zhì)量指數(shù)大小的變化。土壤Cd污染區(qū)的土壤質(zhì)量相對比較高,土壤質(zhì)量指數(shù)大部分在0.50-0.90之間,復(fù)合污染區(qū)的土壤質(zhì)量相對更高,土壤質(zhì)量指數(shù)平均值都在0.78以上,即Ⅰ級土壤質(zhì)量,除靈橋鎮(zhèn)外,這說明土壤質(zhì)量較高的區(qū)域,土壤重金屬污染較嚴(yán)重,這部分區(qū)域土壤的農(nóng)業(yè)利用應(yīng)以花卉苗木等為主。 (2)提出了互信息理論結(jié)合決策樹See5.0算法來定量研究自然條件和人為活動對土壤質(zhì)量的影響。 土壤質(zhì)量受到各種因素的影響,不僅包括成土母質(zhì)、土壤類型、地形等自然條件的影響,還受到人為因素的影響,尤其是城鎮(zhèn)化進(jìn)程的影響。通過互信息理論發(fā)現(xiàn),眾多連續(xù)型因子中影響土壤質(zhì)量的主要因素包括到城鎮(zhèn)的距離、到水域的距離、相對高程、到道路的距離和到工業(yè)類型的距離。采用決策樹方法分析了這些因子是如何影響土壤質(zhì)量過程的,結(jié)果表明利用基于互信息理論選取的因子的決策樹結(jié)果明顯優(yōu)于利用全部因子的決策樹結(jié)果,且無論是決策樹還是決策規(guī)則,分類精度均達(dá)到80%以上。 (3)以土壤質(zhì)量評價成果和空問穩(wěn)定性因子為基礎(chǔ),提出將耕地質(zhì)量評價成果應(yīng)用到基本農(nóng)田保護(hù)、標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)及耕地占補(bǔ)平衡。 研究區(qū)現(xiàn)有基本農(nóng)田中受到土壤Cd污染的面積占基本農(nóng)田總面積的6.22%,基本農(nóng)田中一等和二等土壤質(zhì)量占50%以上,但另外45%左右的基本農(nóng)田還是處于中低產(chǎn)田,需要及時地改造。同時,空間分析結(jié)果表明研究區(qū)有80%以上的一等基本農(nóng)田分布在工礦企業(yè)和區(qū)級公路的1km以內(nèi),即一等基本農(nóng)田存在的空間穩(wěn)定性風(fēng)險很大,尤其是分布在工礦企業(yè)旁邊的基本農(nóng)田,存在因工業(yè)化和城鎮(zhèn)化發(fā)展而被建設(shè)用地占用的風(fēng)險。 研究區(qū)標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田受到Cd污染占標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田總面積的3.69%;一等土壤資源占19.82%,二等土壤資源占29.95%,三等土壤資源占27.14%,四等土壤資源占19.26%,即富陽市標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的土壤質(zhì)量整體較高,但也存在一定比例的較差的標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田。統(tǒng)計表明,研究區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的空間穩(wěn)定性風(fēng)險指數(shù)大于0.80的有74.24%,其中,距離工礦企業(yè)和區(qū)級公路1km以內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田面積均達(dá)70%,離城區(qū)2km以內(nèi)的占30%左右,可見,位于這些區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田易受工業(yè)污染,且轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地的可能性也較大。因此,研究區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)成績顯著,但規(guī)劃選址等決策存在缺陷。 分析了1996-2004年問被占用耕地的土壤質(zhì)量,發(fā)現(xiàn)富陽市1996-2004年間被占用耕地中一等土壤資源占48.05%;而補(bǔ)充耕地中,一等土壤資源僅占1996-2004年間補(bǔ)充耕地總面積的23.89%,二等土壤資源占32.44%,三等和四等土壤資源分別占24.16%和16.52%。可見,補(bǔ)充耕地中一等土壤資源與被占用耕地的一等相比,明顯較少,僅為占用耕地的54.89%,而補(bǔ)充耕地中增加的耕地面積的土壤質(zhì)量主要是二等、三等和四等。補(bǔ)充耕地中空間穩(wěn)定性風(fēng)險指數(shù)超過0.80以上的占總補(bǔ)充面積的61.75%。其中,離城區(qū)2km以內(nèi)的補(bǔ)充耕地面積有28.97%,但是距工礦企業(yè)和公路1km以內(nèi)的補(bǔ)充耕地面積均較多,都在60%以上。這些補(bǔ)充耕地有可能又面臨建設(shè)占用的風(fēng)險,同時也易受工業(yè)廢物和廢水等污染。 (4)以浙江省富陽市丘陵山地的特色經(jīng)濟(jì)作物茶葉產(chǎn)地為研究對象,分析了影響茶園土壤肥力質(zhì)量的敏感環(huán)境因子,比較了土壤肥力的空間預(yù)測方法,最后,以插值后的土壤肥力質(zhì)量為變量,對茶園進(jìn)行了精確農(nóng)業(yè)管理分區(qū),從而為準(zhǔn)確預(yù)測山區(qū)土壤肥力質(zhì)量和精準(zhǔn)管理提供了依據(jù)。 以不同地形因子、歸一化植被指數(shù)和經(jīng)緯度為自變量,分析比較了不同變量選擇方法(相關(guān)系數(shù)法、主成分法、逐步回歸法和互信息理論)和不同空間預(yù)測方法(逐步回歸、普通克里格、協(xié)克里格、回歸克里格、廣義神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)),結(jié)果顯示基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合互信息方法的預(yù)測精度高于其它方法的預(yù)測精度,同時也表明了影響茶園土壤肥力質(zhì)量的主要因子包括經(jīng)緯度、相對高程和切線曲率。 科學(xué)合理的土壤養(yǎng)分管理分區(qū)技術(shù)是實(shí)施精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)變量施肥的高效手段。本研究采用模糊c-均值聚類對茶園土壤肥力進(jìn)行管理分區(qū),通過模糊性能指數(shù)(FPI)、分類熵(MPE)和分類距離(S)的檢驗發(fā)現(xiàn)最優(yōu)模糊度和分類數(shù)分別為2.0和4。分區(qū)間差異顯著性檢驗表明,除分區(qū)3與分區(qū)4外,不同分區(qū)之間土壤pH、有機(jī)質(zhì)、交換性鋁和全氮的均值均達(dá)到了顯著差異;有效磷和速效鉀在分區(qū)之間差異不顯著;環(huán)境因子中相對高程在不同分區(qū)之間都達(dá)到了顯著差異,這與前述關(guān)于土壤肥力質(zhì)量指數(shù)的空間分布格局的分析結(jié)果較一致。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：X825

【引證文獻(xiàn)】

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1 鄭學(xué)成;冶煉渣場周邊土壤重金屬污染空間分布研究[D];重慶大學(xué);2011年

2 彭景濤;青海三江源地區(qū)退化草地土壤養(yǎng)分元素的時空分異特征[D];西南大學(xué);2012年

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本文編號：2687911