基于样点代表性等级与道路网信息的采样设计研究

发布时间：2020-06-01 18:08

【摘要】：土壤采样是土壤属性调查过程中的重要环节,对于精细数字土壤制图研究具有重要意义,因此如何高效、低成本的开展土壤采样工作逐渐成为学界的研究重点。在过去的研究中,土壤采样方案的设计主要是为了获取高精度的调查结果,对于采样效率、采样成本方面的考虑有所欠缺,所以往往导致采样样点数量过多、采样工作开展困难等问题的发生。近年来越来越多的研究人员开始从减少样点数量、优化样点布局的角度解决采样资源投入与调查精度需求之间的矛盾冲突:基于样点个体代表性进行土壤属性空间分布预测;利用道路网进行样点布局优化等。鉴于此,本研究从样点代表性、路网优化两个方面出发,进行样点数量少、代表性高、空间可达性优的土壤采样方案设计,为降低采样难度、减少采样成本支出提供新思路。本研究以土壤—景观模型理论、聚类分析理论、景观破碎化理论为基础,对研究区中心区域的确定、土壤采样方案的设计、样点的代表性验证三个方面展开分析。以湖北省钟祥市中部为研究区,通过地形分析提取合适的环境因子数据,基于样点代表性等级与道路网信息进行采样方案设计,并对样点设计方案进行评价,结论如下:(1)道路网对于研究区景观破碎化影响程度较低,能够在道路周边的合理范围内进行样点设计。本研究根据研究区地形特点,选择高程、坡度、坡向、沿剖面曲率、沿等高线曲率、地形湿度指数等6种环境因子为源数据,并利用SoLIM软件进行提取;引入分类熵与划分系数确定最佳聚类数,基于MATLAB软件进行聚类分析得到研究区中心区域,然后在中心区域完成初步样点设计;以斑块密度、平均斑块面积与斑块聚集度为指标,通过叠加道路网量化分析道路对研究区景观破碎化影响,建立合理的缓冲区进行样点布设并形成最终的样点设计方案。(2)基于样点代表性等级与道路网信息的土壤采样方案具有很好的空间可达性。本研究通过ArcGIS软件计算得到样点距道路平均距离,分析采样最佳路径得出采样时的道路通行成本,对比分析新采样点与历史采样点的空间可达性,结果表明研究区新设计样点距道路平均距离277m,历史采样点距道路平均距离369m;新设计采样点采样时的道路通行成本为78296m,历史采样点采样时的道路通行成本为95349m。新设计样点相比历史采样点在空间可达性方面优势明显,样点的布局优化对于提高采样效率具有重要价值。(3)采样点对研究区有机质空间分布具有良好代表性。本研究首先分析了新设计采样点对于研究区全局有机质分布情况的代表性,结果表明新旧采样点有机质含量的平均值、标准差与变异系数均非常相近。然后通过分地形探索了新设计采样点有机质分布的代表性,结果证明在研究区旱平地、湿平地、平顶峰、坡脚、洼地等5种地形单元中样点的代表性同样非常好。本研究提出的基于样点代表性等级与道路网信息的采样设计方案,有效解决了样点数量过多的难题,并一定程度上克服了采样人员徒步采样效率过低的困难,对于提高采样效率、降低采样难度具有一定的指导意义,同时对于未来土壤学研究中降低成本支出也具有重要价值。
【图文】：

技术路线图,采样点,样点,采样设计

基于样点代表性等级与道路网信息的采样设计研究史采样点在空间可达性方面优势明显。利用历史采样点的有机质数据进行插值，将数据提取至新设计样点，以平均值、标准差、变异系数为指标对比分析历史采样点与新设计采样点的有机质含量，验证新设计采样点对研究区土壤有机质含量的代表性，证明本研究提出的基于样点代表性等级与道路网信息的采样设计方法是可行的，是可以在保证样点代表性的前提下降低采样难度与提高采样效率的。1.3.3 技术路线

示意图,示意图,钟祥市,丘陵

3.1 研究区概况研究区位于湖北省钟祥市中部，示意图如图 2 所示，该区域地形起伏明显，更能凸显出降低采样难度、优化样点布局的重要性，使得本研究更具研究意义。钟祥市南北最大纵距 100.6 km，东西最大横距 83.5 km，国土面积 4488 km2，，其中山区占 20.43 %，丘陵占 13.76％，岗地占 37.16 %，平原湖区占 28.65 %，为丘陵、低山、平原混合地貌，中部海拔较低，东部和西部海拔较高。汉水自北而南纵贯市境 165 km，沿江两岸东、西两侧依次为平原、丘陵、山区，东边为大洪山脉，西边为荆山山脉，两个山脉在境内大致为南北走向，东西对峙。全市土地总面积 4488 km2，其中耕地 822 km2，可垦荒地 33 km2，林地近 1333 km2，水域 493 km2，草场 1266 km2。成土母质以第四纪粘土、近代河流冲积物为主，共有水稻土、潮土、黄棕壤、石灰(岩)土、紫色土、草甸土等 6 个土类、14 个亚类、44 个土属、241 个土种（鲁明星等 2009）。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S159

【参考文献】