不同尺度土壤质量空间变异机理、评价及其应用研究.pdf

浙江大学环境与资源学院

博士学位论文

不同尺度土壤质量空间变异机理、评价及其应用研究

姓名：林芬芳

申请学位级别：博士

专业：农业遥感与信息技术

指导教师：王珂

20090701
摘要通过采样分析、资料收集和室外调研，在对工业化和城市化快速发展地区的土壤肥力因子和土壤重金属含量进行空间变异研究的基础上，系统评价了研究区的土壤质量状况，并将其与空间稳定性因子结合应用到基本农田保护、标准农田建设、耕地占补平衡的实施评价和管理上；同时，针对山区特定景观区域，开展了影响山区茶园土壤肥力质量的敏感因子及其空间预测方法研究。研究目的在于通过综合多种信息源，系统性和整体性地评价县(市)级尺度区域的土壤质量，从而能为大尺度区域的土壤质量评价提供技术途径和方法；在此基础上分析和揭示快速城市化进程对土壤质量和耕地质量的影响机制，为县(市)级土地(土壤)可持续利用管理决策提供依据；针对山区复杂地形，能建立一套准确预测山区土壤肥力质量的方法，以期为农业精准管理提供基础。论文的主要研究工作、认识和结论如下：(1)基本构建了工业化和城市化快速过程中县(市)级尺度区域的土壤质量评价方法的框架．通过对1：25000县(市)级区域的系统采样，首先，利用地统计学的空间结构分析功能、插值技术及互信息理论，分析了研究区土壤肥力因子和土壤重金属元素空间交异规律、空间分布格局、土壤污染状况及来源。通过建立基于岩性类型、土壤类型和土地利用方式的土壤质量评价的最小数据集(MDS)，研究了富阳市土壤质量现状，分析了工业化和城市化对土壤质量的影响机制。根据全国耕地类型区、耕地地力等级划分标准309-1996)，将基于MDS指标体系得到的土壤质量划分为4个等级。若不考虑土壤环境污染因子，那么研究区中I级土壤资源占用全市总面积的31．36％，主要集中在研究区的西北部和中部地区，lIl和IV级土壤资源主要分布在西北部往中部的方向，分别34．340／o。若考虑研究区土壤重金属污染，研究发现各乡镇的土壤质量的高低排序与前述结果基本上一致，只是面积和土壤质量指数大小的变化。土壤cd污染区的土壤质量相对比较高，土壤质量指数大部分在0．50-0．90之间，复合污染区的土壤质量相对更高，土壤质量指数平均值都在0．78以上，即I级土壤质量，除灵桥镇外，这说明土壤质量(2)提出了互信息理论结合决策树See5．o算法来定量研究自然条件和人为活动对土占总面积的22．51％和11．79％，而II级土壤质量分布于南部和东部地区，占总面积的较高的区域，土壤重金属污染较严重，这部分区域土壤的农业利用应以花卉苗木等为主。壤质量的影响。(NY／T
土壤质量受到各种因素的影响，不仅包括成土母质、土壤类型、地形等自然条件的影响，还受到人为因素的影响，尤其是城镇化进程的影响。通过互信息理论发现，众多连续型因子中影响土壤质量的主要因素包括到城镇的距离、到水域的距离、相对高程、到道路的距离和到工业类型的距离。采用决策树方法分析了这些因子是如何影响土壤质量过程的，结果表明利用基于互信息理论选取的因子的决策树结果明显优于利用全部因子的决策树结果，且无论是决策树还是决策规则，分类精度均达到80％以上。(3)以土壤质量评价成果和空间稳定性因子为基础，提出将耕地质量评价成果应用到基本农田保护、标准农田建设及耕地占补平衡．研究区现有基本农田中受到土壤Cd污染的面积占基本农田总面积的6．22农田中一等和二等土壤质量占5o％以上，但另外45％左右的基本农田还是处于中低产田，需要及时地改造。同时，空间分析结果表明研究区有80％以上的一等基本农田分布在工矿企业和区级公路的lkm以内，即一等基本农田存在的空间稳定性风险很大，尤其是分布在工矿企业旁边的基本农田，存在因工业化和城镇化发展而被建设用地占用的风险。研究区标准农田受到cd污染占标准农田总面积的3．69％；一等土壤资源占1二等土壤资源占29．95％，三等土壤资源占27．14％，四等土壤资源占19．26％，即富阳市标准农田的土壤质量整体较高，但也存在一定比例的较差的标准农田。统计表明，研究区的标准农田的空间稳定性风险指数大于0．80的有74．24％，其中，距离工矿企业和区级公路1kin以内的标准农田面积均达7o％，离城区2km以内的占30％左右，可见，位于这些区域的标准农田易受工业污染，且转化为建设用地的可能性也较大。因此，研究区的标准农田建设成绩显著，但规划选址等决策存在缺陷。分析了1996-2004年间被占用耕地的土壤质量，发现富阳市1996—2004年间被占用耕地中一等土壤资源占48．05％；而补充耕地中，一等土壤资源仅占1充耕地总面积的23．89％，二等土壤资源占32．44％，三等和四等土壤资源分别占24．16％6．52％。可见，补充耕地中一等土壤资源与被占用耕地的一