遜克農(nóng)場耕地地力評價方法的研究

李慶民++齊會才++蔡德利

摘要：遜克農(nóng)場耕地地力評價因子可以使用點位分布圖和屬性數(shù)據(jù)兩種形式表達(dá)，分別以不同的方式為評價單元賦值。根據(jù)各評價因子的空間分布圖或?qū)傩詳?shù)據(jù)庫，將各評價因子數(shù)據(jù)賦值給評價單元。

關(guān)鍵詞：地力評價；方法；研究

中圖分類號： S158 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1674-0432（2014）-06-83-1

本項目中這類因子包括pH、有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀等土壤理化性狀因子，這類因子都是通過田間采樣分析獲得的。眾所周知，這些土壤性質(zhì)的空間變異性很大，所以嚴(yán)格的說每個因子的取值只能代表該采樣點的性質(zhì)，而不能代表一個評價單元。這類因子要采用插值的方法將點位分布圖轉(zhuǎn)換為能夠代表面狀特征的柵格圖。一般采用距離倒數(shù)插值、徑向基函數(shù)插值、克呂格插值等空間插值方法生成柵格數(shù)據(jù)。坡度數(shù)據(jù)由高程數(shù)據(jù)計算得到，也是柵格形式。所以這些數(shù)據(jù)的后續(xù)處理方法都相同。得到柵格圖后，要根據(jù)定義好各指標(biāo)的隸屬函數(shù)計算出單因素評價評語，即在每個柵格處的分值。

1 克呂格插值法

采樣點的數(shù)量是有限的，而評價中需要得到評價區(qū)每個點上的養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)，非測量點上的值可能通過插值得到，克呂格插值法以能提供最佳線性無偏估計而逐漸被廣泛運(yùn)用。

克呂格插值法是以區(qū)域化變量為核心和理論基礎(chǔ)，以空間相關(guān)和半方差函數(shù)為基本工具的一種插值方法?；炯僭O(shè)有2點，區(qū)域化變量滿足二階平穩(wěn)和本征假設(shè)。根據(jù)樣本點確定研究對象隨空間位置而變化的規(guī)律，以此去推算未知點的屬性值。這個規(guī)律，就是變異函數(shù)，變異函數(shù)也稱半方差函數(shù)，是地統(tǒng)計學(xué)所特有的基本工具，其計算公式為：

2 ArcGIS中克呂格插值的操作

在ArcGIS中有專門的地統(tǒng)計學(xué)模塊來完成克呂格插值的功能。插值過程主要包括以下步驟：

數(shù)據(jù)檢驗。即檢驗進(jìn)行插值的數(shù)據(jù)是否滿足正態(tài)分布，只有近似滿足正態(tài)分布的數(shù)據(jù)才能得到較好的插值結(jié)果。如果數(shù)據(jù)不滿足正態(tài)分布，可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布特征，再進(jìn)行以下的插值分析；趨勢面分析。在很多情況下，進(jìn)行插值的數(shù)據(jù)都存在一個趨勢面，可以在插值之前探索數(shù)據(jù)存在的趨勢面，將次趨勢面去除后再進(jìn)行插值，然后再將去除的趨勢面加到插值后的柵格圖像，得到最終的插值結(jié)果。在某些情況下，這樣可以提高插值的精度；半方差函數(shù)擬合。這一步是克呂格插值的關(guān)鍵，擬合出的半方差函數(shù)理論模型描述了數(shù)據(jù)的空間變異規(guī)律，是克呂格插值的基礎(chǔ)。地統(tǒng)計學(xué)模塊中提供了多種可供選擇的半方差理論模型，選擇哪一種模型進(jìn)行擬合并沒有統(tǒng)一的準(zhǔn)則，通常需要反復(fù)試驗，通過最終的插值效果來決定最適宜的半方差理論模型；空間插值。確定在每個插值點周圍參與插值計算的數(shù)據(jù)，完成插值過程，得到整個分析區(qū)域的柵格圖；誤差分析。通過均差（ME）或均方差（MSE）來判斷插值效果。

3 柵格單元尺寸的確定

在對采樣點數(shù)據(jù)插值時要涉及到柵格單元尺寸的問題，即每個柵格單元所對應(yīng)的實際地物的大小。柵格的尺寸越小，數(shù)據(jù)信息量丟失得越少，相應(yīng)的精度越高，但數(shù)據(jù)量也將成倍地增大，從而加大數(shù)據(jù)獲取和處理的難度；柵格的尺寸越大，數(shù)據(jù)信息量丟失越多，相應(yīng)的精度越低。因此，確定柵格的合理尺寸是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵技術(shù)之一。

本項目以1∶5萬地圖為基礎(chǔ)，根據(jù)矢量數(shù)據(jù)柵格化所用的柵格大小來確定柵格單元的尺寸。根據(jù)地圖的制圖規(guī)范，在各種比例尺的地圖上，每種地物都有規(guī)定的最小上圖面積。在將矢量地圖進(jìn)行掃描轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)時，柵格單元的合理尺寸應(yīng)保證矢量圖上最小上圖面積的地物不丟失。

根據(jù)1∶5萬的土地利用現(xiàn)狀圖的制作規(guī)范，耕地的最小上圖面積是6平方毫米，在實地上相當(dāng)于15000平方米，即邊長為122.47米的正方形，為保證耕地圖斑的數(shù)據(jù)信息盡量不丟失，柵格單元的合理尺寸可以通過下面的方法來確定。

圖2-7 柵格尺寸的選擇

設(shè)圖2-7圖斑最小面積為A，當(dāng)柵格變長為H時，該圖斑可能得不到反映而丟失，當(dāng)邊長為H/2時，該圖斑就得到反映，故柵格的合理尺寸可以定義為：

式中，H為柵格的尺寸，i為專題圖類型，如土地利用現(xiàn)狀圖等；j為i類圖中的面狀地物類型，如耕地、水域等。

根據(jù)以上公式得知1：5萬土地利用現(xiàn)狀圖在從矢量向柵格轉(zhuǎn)換時柵格的合理尺寸應(yīng)為61.24米，但為了分析和統(tǒng)計數(shù)據(jù)方便，采用25米×25米的柵格大小。

作者簡介：李慶民，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院農(nóng)學(xué)系農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)在讀碩士研究生，中級農(nóng)藝師，研究方向：農(nóng)業(yè)技術(shù)及推廣。

通訊作者：蔡德利，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院，副教授。

摘要：遜克農(nóng)場耕地地力評價因子可以使用點位分布圖和屬性數(shù)據(jù)兩種形式表達(dá)，分別以不同的方式為評價單元賦值。根據(jù)各評價因子的空間分布圖或?qū)傩詳?shù)據(jù)庫，將各評價因子數(shù)據(jù)賦值給評價單元。

關(guān)鍵詞：地力評價；方法；研究

中圖分類號： S158 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1674-0432（2014）-06-83-1

本項目中這類因子包括pH、有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀等土壤理化性狀因子，這類因子都是通過田間采樣分析獲得的。眾所周知，這些土壤性質(zhì)的空間變異性很大，所以嚴(yán)格的說每個因子的取值只能代表該采樣點的性質(zhì)，而不能代表一個評價單元。這類因子要采用插值的方法將點位分布圖轉(zhuǎn)換為能夠代表面狀特征的柵格圖。一般采用距離倒數(shù)插值、徑向基函數(shù)插值、克呂格插值等空間插值方法生成柵格數(shù)據(jù)。坡度數(shù)據(jù)由高程數(shù)據(jù)計算得到，也是柵格形式。所以這些數(shù)據(jù)的后續(xù)處理方法都相同。得到柵格圖后，要根據(jù)定義好各指標(biāo)的隸屬函數(shù)計算出單因素評價評語，即在每個柵格處的分值。

1 克呂格插值法

采樣點的數(shù)量是有限的，而評價中需要得到評價區(qū)每個點上的養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)，非測量點上的值可能通過插值得到，克呂格插值法以能提供最佳線性無偏估計而逐漸被廣泛運(yùn)用。

克呂格插值法是以區(qū)域化變量為核心和理論基礎(chǔ)，以空間相關(guān)和半方差函數(shù)為基本工具的一種插值方法?；炯僭O(shè)有2點，區(qū)域化變量滿足二階平穩(wěn)和本征假設(shè)。根據(jù)樣本點確定研究對象隨空間位置而變化的規(guī)律，以此去推算未知點的屬性值。這個規(guī)律，就是變異函數(shù)，變異函數(shù)也稱半方差函數(shù)，是地統(tǒng)計學(xué)所特有的基本工具，其計算公式為：

2 ArcGIS中克呂格插值的操作

在ArcGIS中有專門的地統(tǒng)計學(xué)模塊來完成克呂格插值的功能。插值過程主要包括以下步驟：

數(shù)據(jù)檢驗。即檢驗進(jìn)行插值的數(shù)據(jù)是否滿足正態(tài)分布，只有近似滿足正態(tài)分布的數(shù)據(jù)才能得到較好的插值結(jié)果。如果數(shù)據(jù)不滿足正態(tài)分布，可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布特征，再進(jìn)行以下的插值分析；趨勢面分析。在很多情況下，進(jìn)行插值的數(shù)據(jù)都存在一個趨勢面，可以在插值之前探索數(shù)據(jù)存在的趨勢面，將次趨勢面去除后再進(jìn)行插值，然后再將去除的趨勢面加到插值后的柵格圖像，得到最終的插值結(jié)果。在某些情況下，這樣可以提高插值的精度；半方差函數(shù)擬合。這一步是克呂格插值的關(guān)鍵，擬合出的半方差函數(shù)理論模型描述了數(shù)據(jù)的空間變異規(guī)律，是克呂格插值的基礎(chǔ)。地統(tǒng)計學(xué)模塊中提供了多種可供選擇的半方差理論模型，選擇哪一種模型進(jìn)行擬合并沒有統(tǒng)一的準(zhǔn)則，通常需要反復(fù)試驗，通過最終的插值效果來決定最適宜的半方差理論模型；空間插值。確定在每個插值點周圍參與插值計算的數(shù)據(jù)，完成插值過程，得到整個分析區(qū)域的柵格圖；誤差分析。通過均差（ME）或均方差（MSE）來判斷插值效果。

3 柵格單元尺寸的確定

在對采樣點數(shù)據(jù)插值時要涉及到柵格單元尺寸的問題，即每個柵格單元所對應(yīng)的實際地物的大小。柵格的尺寸越小，數(shù)據(jù)信息量丟失得越少，相應(yīng)的精度越高，但數(shù)據(jù)量也將成倍地增大，從而加大數(shù)據(jù)獲取和處理的難度；柵格的尺寸越大，數(shù)據(jù)信息量丟失越多，相應(yīng)的精度越低。因此，確定柵格的合理尺寸是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵技術(shù)之一。

本項目以1∶5萬地圖為基礎(chǔ)，根據(jù)矢量數(shù)據(jù)柵格化所用的柵格大小來確定柵格單元的尺寸。根據(jù)地圖的制圖規(guī)范，在各種比例尺的地圖上，每種地物都有規(guī)定的最小上圖面積。在將矢量地圖進(jìn)行掃描轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)時，柵格單元的合理尺寸應(yīng)保證矢量圖上最小上圖面積的地物不丟失。

根據(jù)1∶5萬的土地利用現(xiàn)狀圖的制作規(guī)范，耕地的最小上圖面積是6平方毫米，在實地上相當(dāng)于15000平方米，即邊長為122.47米的正方形，為保證耕地圖斑的數(shù)據(jù)信息盡量不丟失，柵格單元的合理尺寸可以通過下面的方法來確定。

圖2-7 柵格尺寸的選擇

設(shè)圖2-7圖斑最小面積為A，當(dāng)柵格變長為H時，該圖斑可能得不到反映而丟失，當(dāng)邊長為H/2時，該圖斑就得到反映，故柵格的合理尺寸可以定義為：

式中，H為柵格的尺寸，i為專題圖類型，如土地利用現(xiàn)狀圖等；j為i類圖中的面狀地物類型，如耕地、水域等。

根據(jù)以上公式得知1：5萬土地利用現(xiàn)狀圖在從矢量向柵格轉(zhuǎn)換時柵格的合理尺寸應(yīng)為61.24米，但為了分析和統(tǒng)計數(shù)據(jù)方便，采用25米×25米的柵格大小。

作者簡介：李慶民，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院農(nóng)學(xué)系農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)在讀碩士研究生，中級農(nóng)藝師，研究方向：農(nóng)業(yè)技術(shù)及推廣。

通訊作者：蔡德利，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院，副教授。

摘要：遜克農(nóng)場耕地地力評價因子可以使用點位分布圖和屬性數(shù)據(jù)兩種形式表達(dá)，分別以不同的方式為評價單元賦值。根據(jù)各評價因子的空間分布圖或?qū)傩詳?shù)據(jù)庫，將各評價因子數(shù)據(jù)賦值給評價單元。

關(guān)鍵詞：地力評價；方法；研究

中圖分類號： S158 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1674-0432（2014）-06-83-1

本項目中這類因子包括pH、有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀等土壤理化性狀因子，這類因子都是通過田間采樣分析獲得的。眾所周知，這些土壤性質(zhì)的空間變異性很大，所以嚴(yán)格的說每個因子的取值只能代表該采樣點的性質(zhì)，而不能代表一個評價單元。這類因子要采用插值的方法將點位分布圖轉(zhuǎn)換為能夠代表面狀特征的柵格圖。一般采用距離倒數(shù)插值、徑向基函數(shù)插值、克呂格插值等空間插值方法生成柵格數(shù)據(jù)。坡度數(shù)據(jù)由高程數(shù)據(jù)計算得到，也是柵格形式。所以這些數(shù)據(jù)的后續(xù)處理方法都相同。得到柵格圖后，要根據(jù)定義好各指標(biāo)的隸屬函數(shù)計算出單因素評價評語，即在每個柵格處的分值。

1 克呂格插值法

采樣點的數(shù)量是有限的，而評價中需要得到評價區(qū)每個點上的養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)，非測量點上的值可能通過插值得到，克呂格插值法以能提供最佳線性無偏估計而逐漸被廣泛運(yùn)用。

克呂格插值法是以區(qū)域化變量為核心和理論基礎(chǔ)，以空間相關(guān)和半方差函數(shù)為基本工具的一種插值方法?；炯僭O(shè)有2點，區(qū)域化變量滿足二階平穩(wěn)和本征假設(shè)。根據(jù)樣本點確定研究對象隨空間位置而變化的規(guī)律，以此去推算未知點的屬性值。這個規(guī)律，就是變異函數(shù)，變異函數(shù)也稱半方差函數(shù)，是地統(tǒng)計學(xué)所特有的基本工具，其計算公式為：

2 ArcGIS中克呂格插值的操作

在ArcGIS中有專門的地統(tǒng)計學(xué)模塊來完成克呂格插值的功能。插值過程主要包括以下步驟：

數(shù)據(jù)檢驗。即檢驗進(jìn)行插值的數(shù)據(jù)是否滿足正態(tài)分布，只有近似滿足正態(tài)分布的數(shù)據(jù)才能得到較好的插值結(jié)果。如果數(shù)據(jù)不滿足正態(tài)分布，可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布特征，再進(jìn)行以下的插值分析；趨勢面分析。在很多情況下，進(jìn)行插值的數(shù)據(jù)都存在一個趨勢面，可以在插值之前探索數(shù)據(jù)存在的趨勢面，將次趨勢面去除后再進(jìn)行插值，然后再將去除的趨勢面加到插值后的柵格圖像，得到最終的插值結(jié)果。在某些情況下，這樣可以提高插值的精度；半方差函數(shù)擬合。這一步是克呂格插值的關(guān)鍵，擬合出的半方差函數(shù)理論模型描述了數(shù)據(jù)的空間變異規(guī)律，是克呂格插值的基礎(chǔ)。地統(tǒng)計學(xué)模塊中提供了多種可供選擇的半方差理論模型，選擇哪一種模型進(jìn)行擬合并沒有統(tǒng)一的準(zhǔn)則，通常需要反復(fù)試驗，通過最終的插值效果來決定最適宜的半方差理論模型；空間插值。確定在每個插值點周圍參與插值計算的數(shù)據(jù)，完成插值過程，得到整個分析區(qū)域的柵格圖；誤差分析。通過均差（ME）或均方差（MSE）來判斷插值效果。

3 柵格單元尺寸的確定

在對采樣點數(shù)據(jù)插值時要涉及到柵格單元尺寸的問題，即每個柵格單元所對應(yīng)的實際地物的大小。柵格的尺寸越小，數(shù)據(jù)信息量丟失得越少，相應(yīng)的精度越高，但數(shù)據(jù)量也將成倍地增大，從而加大數(shù)據(jù)獲取和處理的難度；柵格的尺寸越大，數(shù)據(jù)信息量丟失越多，相應(yīng)的精度越低。因此，確定柵格的合理尺寸是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵技術(shù)之一。

本項目以1∶5萬地圖為基礎(chǔ)，根據(jù)矢量數(shù)據(jù)柵格化所用的柵格大小來確定柵格單元的尺寸。根據(jù)地圖的制圖規(guī)范，在各種比例尺的地圖上，每種地物都有規(guī)定的最小上圖面積。在將矢量地圖進(jìn)行掃描轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)時，柵格單元的合理尺寸應(yīng)保證矢量圖上最小上圖面積的地物不丟失。

根據(jù)1∶5萬的土地利用現(xiàn)狀圖的制作規(guī)范，耕地的最小上圖面積是6平方毫米，在實地上相當(dāng)于15000平方米，即邊長為122.47米的正方形，為保證耕地圖斑的數(shù)據(jù)信息盡量不丟失，柵格單元的合理尺寸可以通過下面的方法來確定。

圖2-7 柵格尺寸的選擇

設(shè)圖2-7圖斑最小面積為A，當(dāng)柵格變長為H時，該圖斑可能得不到反映而丟失，當(dāng)邊長為H/2時，該圖斑就得到反映，故柵格的合理尺寸可以定義為：

式中，H為柵格的尺寸，i為專題圖類型，如土地利用現(xiàn)狀圖等；j為i類圖中的面狀地物類型，如耕地、水域等。

根據(jù)以上公式得知1：5萬土地利用現(xiàn)狀圖在從矢量向柵格轉(zhuǎn)換時柵格的合理尺寸應(yīng)為61.24米，但為了分析和統(tǒng)計數(shù)據(jù)方便，采用25米×25米的柵格大小。

作者簡介：李慶民，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院農(nóng)學(xué)系農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)在讀碩士研究生，中級農(nóng)藝師，研究方向：農(nóng)業(yè)技術(shù)及推廣。

通訊作者：蔡德利，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院，副教授。