基于W ebGIS的模糊評判法的土壤肥力評價(jià)研究

馮惠妍，陳爭光

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院，大慶163319）

土壤肥力是判定土壤提供生態(tài)所需能力的重要指標(biāo)[1]。土壤肥力空間分布情況是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)決策的一個非常重要的因素，如何正確有效地獲得土壤肥力空間分布情況，并以此為依據(jù)指導(dǎo)變量施肥是目前精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)[2]。研究基于WebGIS技術(shù)和相關(guān)支持技術(shù)，應(yīng)用模糊評判理論，實(shí)現(xiàn)對黑龍江850農(nóng)場土壤肥力等級的有效評價(jià)，并通過網(wǎng)絡(luò)平臺對該區(qū)的土壤養(yǎng)分信息及其分布信息進(jìn)行發(fā)布，有助于農(nóng)戶和管理人員進(jìn)行及時(shí)查詢。

1 材料來源

黑龍江850農(nóng)場位于黑龍江東部，地理位置132°15′E-132°51′E，45041′N-45°54′N，屬三江平原完達(dá)山亞區(qū)地帶。土壤肥沃，水資源充足，自然資源豐富，文中取采樣點(diǎn)1 000個，對其進(jìn)行土壤測定。土壤測定項(xiàng)目包括pH值、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀五個項(xiàng)目，測定方法按《測土配方施肥理論與實(shí)踐》中的方法進(jìn)行[3]。

2 模糊評判

土壤肥力指標(biāo)包括多種因素，進(jìn)行土壤肥力評價(jià)時(shí)涉及到大量的數(shù)據(jù)，必須借助數(shù)學(xué)方法從多因素角度對土壤進(jìn)行綜合評價(jià)，選擇模糊評判方法進(jìn)行土壤肥力評價(jià)。土壤肥力等級的劃分依據(jù)北京市第二次土壤普查結(jié)果的指標(biāo)等級，并結(jié)合土壤質(zhì)量的實(shí)際狀況，將土壤等級分為：{極高、高、中、低、極低}，對應(yīng)等級{一等、二等、三等、四等、五等}[4-5]。

2.1 隸屬度和權(quán)重

建立各評價(jià)因素的隸屬度函數(shù)，計(jì)算其隸屬度值，以此表示各肥力因素的狀態(tài)值。根據(jù)S型隸屬度函數(shù)曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)的取值，研究采用文獻(xiàn)[4]中的方法獲得各評價(jià)因素的隸屬度值。在肥力評價(jià)中，權(quán)重大小及定權(quán)方法是其中最復(fù)雜、最難確定的問題，本研究采用較成熟的層次分析法（AHP）進(jìn)行權(quán)重計(jì)算[7]。

表1 評價(jià)因素權(quán)重系數(shù)Table1 Evaluation factorsweight coefficient

2.2 模糊評判法

模糊評判法是利用加權(quán)綜合法建立耕地肥力綜合指數(shù)模型：IFI=∑Fi×Ci（i=1，2，3，…，n）。公式中IFI（Integrated Fertility Index）指耕地肥力綜合指數(shù)，F(xiàn)i指第i個因素，Ci指第i個因素的權(quán)重。

3 土壤肥力的W ebGIS實(shí)例

3.1 數(shù)據(jù)庫的建立

數(shù)據(jù)庫由屬性數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫組成，屬性數(shù)據(jù)庫包括土壤類型，土壤氮磷鉀含量，地塊名等信息；空間數(shù)據(jù)庫包括地塊區(qū)域劃圖，土壤采樣點(diǎn)分布等。通過空間插值方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，文中采用既有空間上的整體性又有局地性，判據(jù)和評價(jià)方法較完善的Kriging方法。農(nóng)場土壤基本信息如圖1所示。

圖1 黑龍江850農(nóng)場全場圖Fig.1 Heilongjiang 850 farm full figure

圖2 地塊信息查詢Fig.2 Region information query

3.2 主要功能

完成空間基本查詢、擴(kuò)大、縮小、漫游、測距等功能，研究完成能夠?qū)Φ貕K信息（如圖2所示）、土壤養(yǎng)分信息（如圖3所示）、土壤肥力等級（如圖4所示）進(jìn)行在線查詢。

圖3 土壤養(yǎng)分信息查詢Fig.2 Soil nutrients information query

圖4 土壤肥力等級信息查詢Fig.4 Soil fertility rank information query

4 研究結(jié)果

根據(jù)土壤肥力綜合指數(shù)，考慮土壤肥力分級的實(shí)用性，可將研究區(qū)域的土壤肥力劃分為一等（＞0.88）、二等（＞0.805～0.88）、三等（＞0.733～0.805）、四等（＞0.66～0.733）、五等（＞0～0.66）共五個等級。文中使用模擬的參數(shù)在ArcGIS9.3中進(jìn)行Kriging插值，得到研究區(qū)域土壤肥力等級分布圖，如圖5所示。在GIS中進(jìn)行空間分析和屬性表操作得到圖中各等級的分布面積如表2。

圖5 土壤肥力等級空間分布Fig.5 Soil fertility rank spatial distribution

表2 土壤肥力評價(jià)等級Table2 Soil fertility evaluation rank

5 結(jié)論

研究在以黑龍江850農(nóng)場為研究區(qū)域的基礎(chǔ)上，建立了該場的屬性數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫來存儲相關(guān)信息。分析了模糊評判法進(jìn)行土壤肥力評價(jià)的關(guān)鍵點(diǎn)是各因素隸屬度和權(quán)重的確定，根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)計(jì)算出該廠的各評價(jià)因素的權(quán)重，并運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)知識計(jì)算出IFI值，將該方法應(yīng)用到了該場的土壤肥力評價(jià)中，將評價(jià)結(jié)果進(jìn)行五級分級，其百分比分別為：一等地9.31%；二等地18.29%，三等地30.48%，四等地28.21%，五等地13.71%，并給出了各等級地的空間分布。研究實(shí)現(xiàn)了基于WebGIS的黑龍江850農(nóng)場土壤肥力評價(jià)的在線查詢。

[1]許陽，陳芳清，許文年，等.模糊評判系統(tǒng)下的邊坡土壤肥力綜合級別評價(jià)方法探討[J].水利水電技術(shù)，2012，43（3）:79-81.

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[3]謝衛(wèi)國.測土配方施肥理論與實(shí)踐[M].長沙:湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2006.

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[6]劉小軍，朱艷，姚霞，等.基于WebGIS的農(nóng)田生產(chǎn)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)系統(tǒng)研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005，38（3）:551-557.

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