基于多元統(tǒng)計(jì)分析方法的土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估研究

高喬

摘要：土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估根據(jù)土壤中有益元素、有害元素、PH值、有機(jī)污染物等元素和物質(zhì)的含量，對(duì)土壤的生產(chǎn)能力和環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行的綜合評(píng)估。本文通過對(duì)某研究區(qū)的土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估元素含量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)土地質(zhì)量進(jìn)行分類分級(jí)，建立土地質(zhì)量評(píng)價(jià)模型，并將評(píng)估結(jié)果與傳統(tǒng)方法的評(píng)估結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證多元統(tǒng)計(jì)分析方法進(jìn)行土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估的可行性。

關(guān)鍵詞：土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估;多元統(tǒng)計(jì)分析

引言

土地是人類賴以生存的基本資源，是人類生產(chǎn)生活的物質(zhì)基礎(chǔ)和基本保障。土地質(zhì)量是指在生態(tài)系統(tǒng)范圍內(nèi)，土地維持生物的生產(chǎn)力、保護(hù)環(huán)境質(zhì)量、促進(jìn)動(dòng)植物及人類健康以及保持或改善大氣和水質(zhì)量的能力。

本文旨在通過對(duì)研究區(qū)的土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估元素含量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)土地質(zhì)量進(jìn)行分類分級(jí)，建立土地質(zhì)量評(píng)價(jià)模型，評(píng)價(jià)指標(biāo)篩選，驗(yàn)證用多元統(tǒng)計(jì)分析方法進(jìn)行土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估的可行性。

1研究區(qū)概況

本次評(píng)價(jià)區(qū)域位于山區(qū)。其中，海拔大于400米以上的山地占總面積的83.40%，海拔400米以下的丘陵面積占總面積的13.53%，平地面積僅占總面積的3.07%。主要土地利用類型是旱地、水田和有林地，其中耕地面積占總面積9.05%，林地面積占總面積7.49%，未利用地面積占總面積的8.19%。

土壤類型以水稻土和磚紅性紅壤土為主。土體中大量元素被淋失，堿金屬和堿土金屬含量極少，鈣、鈉只有痕跡，鎂、鉀也不多、磷含量也很低。

土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是在采樣點(diǎn)實(shí)地采樣，實(shí)驗(yàn)室分析后得到的土壤元素含量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集主要分為以下步驟：

1 評(píng)估單元的選取：土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估的最小評(píng)估單元是指在采樣和評(píng)價(jià)工作作為一個(gè)整體的基本單元。因此，適合的評(píng)估單元的選取是十分重要的。

建立評(píng)價(jià)單元的方法主要有兩種。一是格網(wǎng)法，二是圖斑法。為了保證評(píng)估結(jié)果的可靠性，一般采用圖斑法作為土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估的基本單元。

2采樣點(diǎn)布置和樣品采集：本次研究區(qū)域?qū)儆谑锌h級(jí)評(píng)估，采樣密度一般為4～6個(gè)點(diǎn)/km2。采樣點(diǎn)周圍50m范圍選取的3～5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行土壤樣品采集，采樣應(yīng)除去地表植被、根系等雜物，采集0～20㎝深的耕層土壤。然后混合作為1件樣品。將土壤樣品碾碎、去除動(dòng)植物殘留體、礫石和肥料團(tuán)塊等，風(fēng)干、敲碎，過20目尼龍篩后送樣測(cè)試。

3土壤化驗(yàn)方法參照國家環(huán)保局的《環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法》進(jìn)行。本次試驗(yàn)區(qū)一共對(duì)51個(gè)采樣點(diǎn)的24種元素進(jìn)行了測(cè)定，分別為：有機(jī)質(zhì)、磷、鎂、硫、鉀、鈣、氮、硼、錳、鐵、鉬、鋅、銅、氯、鎳、砷、鎘、鉻、鉛、汞、氟、硒、碘、pH值。

2數(shù)據(jù)處理與分析

2.1 數(shù)據(jù)分布檢驗(yàn)和粗差剔除

首先對(duì)各元素檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，按平均值±3倍離差剔除異常數(shù)據(jù)。通過SPSS軟件，經(jīng)檢驗(yàn)各元素均符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布，元素含量符合自然分布規(guī)律，數(shù)據(jù)質(zhì)量合格。

2.2 樣品數(shù)據(jù)的聚類分析

本文沿用土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估方法，用有機(jī)質(zhì)、磷、鎂、硫、鉀、鈣、氮、硼、錳、鐵、鉬、鋅、銅、氯、鎳、砷、鎘、鉻、鉛、汞、氟、硒、碘、pH值來評(píng)估土地質(zhì)量。

首先將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化變換，然后對(duì)51個(gè)樣本按肥力元素和健康元素分別進(jìn)行聚類分析。計(jì)算各樣本單元間的歐氏距離平方，采用離差平方和法進(jìn)行系統(tǒng)聚類，根據(jù)類間距離及聚類次序畫出聚類圖，根據(jù)聚類圖和本區(qū)實(shí)際情況，可以把51個(gè)樣本單元分為六類。

2.3 元素含量數(shù)據(jù)的判別分析

判別分析按判別準(zhǔn)則可以分為：距離判別分析、費(fèi)歇爾判別分析和貝葉斯（Bayes）判別分析。

本文將51個(gè)樣本分成的6個(gè)類別視為來自6個(gè)總體的樣本，采用SPSS軟件，用貝葉斯逐步判別分析方法進(jìn)行了判別分析，樣本單元回報(bào)準(zhǔn)確率為88.2%。

2.4 元素含量數(shù)據(jù)的主成分分析

將上述六個(gè)類作為土地質(zhì)量的六個(gè)等級(jí)，根據(jù)51個(gè)樣本的數(shù)據(jù)，進(jìn)行主成分分析，取前五個(gè)主成分，累積貢獻(xiàn)率為78.473%。

從分析結(jié)果可以看出，第一主成分中，Corg、S、N、P、CaO、Cd、Hg、pH、F、Cl、I元素系數(shù)較大，因此主要反映土壤有機(jī)質(zhì)和重金屬元素含量;第二主成分中， Cu、Pb、MgO、K2O、Cr、Zn、TFe2O3、Se元素系數(shù)較大，因此主要反映土壤必須大力元素和微量元素;第三主成分主要反映Mn、As元素含量;第四主成分主要反映Mo元素含量;第五主成分主要反映B元素含量。五個(gè)成分的表達(dá)式可以作為該地區(qū)土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估的評(píng)估模型。

2.5分析結(jié)果檢驗(yàn)

將上述分析結(jié)果與研究區(qū)的土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)可以將聚類結(jié)果的第1、5、6三類等同于土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估一等，第2、3類等同于二等，第4類等同于三等，評(píng)估結(jié)果重合率為84.69%。說明該方法具有可行性。

3 結(jié)論

通過本研究，驗(yàn)證了多元統(tǒng)計(jì)分析算法代替模糊綜合評(píng)價(jià)方法進(jìn)行土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估的可行性。對(duì)于兩種評(píng)估結(jié)果之間的差異，主要在于數(shù)據(jù)量過小，以及聚類分析中選擇的算法可能不太適用于本研究的數(shù)據(jù)。在今后的研究中，如果較大樣本量，可以對(duì)多種算法進(jìn)行驗(yàn)證，找到最適合的聚類分析算法。

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