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在海南的植胶农场中,通常一个农场采用一个施肥配方,导致橡胶树施肥缺乏针对性,区域内肥料利用率低、养分供给不平衡。正确、全面的认识橡胶园土壤养分的空间分布状况,制定合理的土壤养分管理单元,是橡胶园土壤可持续利用的前提,也是实现橡胶园土壤精准管理的基础。
本研究综合运用GIS技术和地统计学的方法,以海南省国营龙江农场为研究区域,进行了土壤养分的空间变异分析,并制作了土壤养分的空间分布格局图;运用主成分分析法和模糊c-均值聚类算法(FCM),进行土壤管理分区的划分,为实现橡胶园土壤的差异化管理奠定了基础。主要研究结果如下:
1.对研究区土壤养分数据进行传统统计分析表明:土壤有机质、全氮平均含量分别为16.98 g/kg和0.70g/kg,属偏低范围;土壤pH、速效钾和速效磷的平均含量分别为4.79、44.56 mg/kg和5.19mg/kg,属于正常范围。从变异系数看,研究区域内各土壤属性存在不同程度的变异,变异系数范围在2.88~98.70%。pH变异系数最低,仅为2.88%,属于弱变异。土壤全氮、速效钾、有机质,变异系数在22.84~34.34%,属于中度变异。速效磷变异系数达到98.70%,属于中强度变异。
2.土壤养分数据相关分析表明:除pH外,所有的养分属性间均存在极显著的相关关系,可见,各指标间有较强的相互作用。研究区域土壤属性数据中除速效磷外,其余属性均符合正态分布,速效磷数据经自然对数转换后呈正态分布,也满足平稳假设。
3.地统计学分析表明,土壤有机质和pH的最优模型为指数模型,全氮、速效钾和速效磷的最优模型为球形模型。各模型决定系数较大,表明模型的拟合度高。研究区域内不同观测指标的最大相关距离差异较大,介于1918.56 m~15336.7m之间,其中pH自相关距离最大,达到15336.7 m;土壤有机质、全氮、速效钾、速效钾的空间自相关距离次之;土壤速效磷的空间自相关距离较小,为1918.56m。研究区各土壤养分指标的Co/(C+Co)比值在31.44%~69.22%之间,均表现出中等强度的空间相关性;表明其空间变异是由结构因素和随机性因素共同作用的结果。
4.通过主成分分析,提取主成分贡献率≥85%的主成分。共提取三个主成分,第一主成分能够解释52%的总方差,主要表征有机质、全氮和速效钾;第二主成分能够解释20%的总方差,主要表征土壤pH;第三主成分能够解释18%的总方差,主要表征速效磷。
5.以提取的主成分得分为数据源,应用模糊c-均值聚类算法对研究区进行了土壤养分管理分区划分研究。利用两个聚类效果评价指标模糊性能指数(FPI)和归一化分类墒(NCE),确定了最适宜的分区数。研究结果表明,研究区域最佳分区数为3个。经过LSR显著性检验,各分区内养分含量趋于同质性,而分区间差异显著。分区一中土壤养分水平最低,分区二中土壤养分水平适中,分区三中土壤养分水平最高。
6.分区校验结果表明:各分区间橡胶产量有显著差异。经逐步判别分析得到,分区图中的106个校验点,分区一中与分区图结果相符率为95.5%,分区二的相符率为91.5%,分区三的相符率为96.0%,三个分区与分区图总的相符率为93.4%。研究区土壤隶属关系的混乱度指数CI平均值为0.10。