江津区农田土壤有效态铁、锰、铜、锌的含量预测及其影响因素研究

发布时间：2017-09-26 04:34

  本文关键词：江津区农田土壤有效态铁、锰、铜、锌的含量预测及其影响因素研究

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【摘要】：土壤微量元素是土壤肥力的重要组成部分之一,而有效态是能够被植物吸收和利用的部分微量元素,微量元素不仅影响植物的正常生长发育,重要的是还影响到农产品的品质和产量。本文以重庆市江津区农田土壤为研究对象,采用经典统计分析和地统计分析原理,探讨了成土母质,种植制度,坡位等因子对土壤有效铁,有效锰,有效铜和有效锌的影响规律及空间变异特征。其中,将分类变量(成土母质,种植制度,坡位)引入回归模型,分析其对土壤微量元素的影响力；引入随机森林机器学习方法研究各个因子对土壤微量元素的重要程度,比较虚拟变量回归模型,克里格方法和随机森林回归三种预测模型对土壤微量元素的预测精度。得到以下主要结论：(1)研究区有效铁的范围为1.01-299.00mg/kg,均值为64.40mg/kg,有效锰的范围为1.58-300mg/kg,均值为84.79mg/kg,有效铜的范围为0.07-9.98mg/kg,均值为1.30mg/kg,有效锌的范围为0.42-17.40mg/kg,均值为3.59mg/kg。根据第二次土壤普查对江津区土壤微量元素分级发现其整体处于丰富的水平。(2)趋势分析发现有效铁在南北方向上变化呈二次函数,有逐渐升高的趋势；有效锌在东西方向上呈“U”型,含量两端高中间低；有效锰和有效铜在东西和南北方向上没有明显的变化趋势。通过半方差函数对土壤微量元素进拟合,土壤有效铁、有效锰和有效锌用指数模型拟合,有效铜用高斯模型拟合效果最好。(3)江津区的农田土壤有效铁与土壤pH和有效磷呈显著的负相关,与有机质和碱解氮呈显著的正相关；土壤有效锰与土壤pH和速效钾呈显著的负相关,与有机质和碱解氮呈显著的正相关；土壤有效铜与土壤pH呈显著的负相关,与有机质和碱解氮呈显著的正相关；土壤有效锌与土壤pH呈显著的负相关,与有机质、碱解氮和有效磷呈显著的正相关。(4)江津区的农田种植制度分为主要的四类：水稻、柑橘、花椒、玉米-甘薯。种植制度对土壤有效铁、有效锰、有效铜和有效锌的含量具有显著影响(p0.05)。四种微量元素均在种植花椒的土壤中平均含量最低,分别为14.33mg/kg、 44.00mg/kg、0.66mg/kg、2.49mg/kg。(5)江津区农田土壤主要由沙溪庙组,自流井组,遂宁组发育而来。成土母质对土壤有效锰、有效铜和有效锌的含量有显著的影响(p0.05),对土壤有效铁的含量没有显著影响。土壤有效铁、有效锰、有效铜和有效锌均在由自流井组发育而来的土壤中的平均含量最高,分别为71.17mg/kg、104.2mg/kg、1.88mg/kg和4.42mg/kg。(6)江津区的坡位分为六种：山脊、上坡、中坡、平坡、下坡和沟谷。坡位仅对土壤有效锰的含量有影响(p0.05),对土壤有效铁、有效铜和有效锌的含量没有影响。(7)建立虚拟变量变量回归方程,分步将定性变量引入方程。在加入成土母质和种植制度后,有效铁比只含有连续性变量(土壤条件,地形)的回归方程多解释了4.0%的变异,有效锰多解释了6.2%的变异,有效铜多解释了4.9%的变异,有效锌则多解释了7.1%的变异。(8)随机森林建立土壤微量元素的回归模型,确定不同变量对土壤微量元素的重要性。影响研究区有效铁含量的最重要的三个因素为：pH、种植制度-水稻、有机质；影响有效锰含量最重要的三个因素为：pH、种植制度-花椒、有机质；影响有效铜含量最重要的三个因素为：有机质、高程、pH；影响有效锌最重要的三个因素为：pH、碱解氮和种植制度-柑橘。(9)比较普通克里格,虚拟变量回归和随机森林回归对四种土壤有效态微量元素的预测模型,通过精度比较发现虚拟变量回归和随机森林对离散性较大的有效铁和有效铜的预测精度高于普通克里格,对有效锰和有效锌的预测克里格效果最好。
【关键词】：影响因素 种植制度 成土母质 随机森林
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S153.6
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 第一章 文献综述10-16
• 1.1 土壤微量元素研究现状10-12
• 1.1.1 土壤微量元素与成土母质和土壤类型10
• 1.1.2 土壤微量元素与pH10-11
• 1.1.3 土壤微量元素与有机质11
• 1.1.4 土壤微量元素与大量元素11
• 1.1.5 土壤微量元素与地形条件11
• 1.1.6 土壤微量元素与其他因素11-12
• 1.2 土壤养分的空间变异性研究进展12-16
• 1.2.1 人工神经网络13
• 1.2.2 支持向量机13
• 1.2.3 决策树13-14
• 1.2.4 随机森林14-16
• 第二章 绪论16-18
• 2.1 研究背景和意义16
• 2.2 研究目标16
• 2.3 研究内容16-17
• 2.4 技术路线17-18
• 第三章 材料与方法18-30
• 3.1 研究区概况18-19
• 3.1.1 地理位置18-19
• 3.1.2 地形地貌19
• 3.1.3 土壤条件19
• 3.1.4 气候条件19
• 3.1.5 农业经济19
• 3.2 样品采集与化验分析19-20
• 3.3 数据获取20-24
• 3.3.1 成土母质、种植制度的数据获取20
• 3.3.2 地形数据的获取20-24
• 3.4 研究方法24-27
• 3.4.1 经典统计方法24-25
• 3.4.2 定性变量的定量化25
• 3.4.3 地统计学方法25-26
• 3.4.4 随机森林26-27
• 3.5 模型精度的检验27-30
• 第四章 结果与分析30-60
• 4.1 土壤微量元素描述性统计30-31
• 4.2 土壤微量元素空间结构分析31-33
• 4.3 土壤理化性质对土壤微量元素的影响33-39
• 4.3.1 土壤pH与土壤微量元素33-35
• 4.3.2 土壤有机质与土壤微量元素35-36
• 4.3.3 土壤碱解氮与土壤微量元素36-37
• 4.3.4 土壤有效磷与土壤微量元素37-38
• 4.3.5 土壤速效钾与土壤微量元素38-39
• 4.4 种植制度、成土母质和坡位对土壤微量元素的影响39-44
• 4.4.1 种植制度与土壤微量元素39-41
• 4.4.2 成土母质与土壤微量元素41-42
• 4.4.3 坡位与土壤微量元素42-44
• 4.5 土壤微量元素的相关和回归分析44-53
• 4.5.1 分类变量的定量化44-45
• 4.5.2 相关分析45-50
• 4.5.3 虚拟变量的回归分析50-53
• 4.6 随机森林回归53-57
• 4.6.1 影响因子重要性排序53-55
• 4.6.2 主要影响因素的影响趋势55-57
• 4.7 模型精度比较57-60
• 第5章 结论与展望60-62
• 5.1 结论60-61
• 5.2 研究展望61-62
• 参考文献62-68
• 致谢68-70
• 攻读硕士学位期间的科研成果70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：921548