实验三土壤肥力分析系统

实验三 土壤肥力分析系统土壤肥力是衡量土壤生产力的重要指标。土壤肥力的好坏主要取决于土壤中N、P、K、有机质含量的高低。不同的土壤单元，各种营养物质的含量不同，用单一的要素来表征土壤的综合肥力状况，往往会产生与实际不符的结果，如下例，土壤单元B中磷（P）、钾（K）、有机质的含量高于土壤单元A，而氮（N）的含量则较低。 N(ppm) P (ppm) K(ppm) 有机质 %土壤单元A 72.91 9.74 174.98 1.4962土壤单元B 70.56 10.24 190.68 1.546 需要建立一个综合的评价模型（指标）来确定到底哪个土壤肥力高些。1、土壤综合肥力分析模型（1）模型假设假设一： 构造层次分析法的判断矩阵，矩阵各元素取值须有经验专家参与W= （w1 w2 w3 w4）为判断矩阵最大特征值所对应的特征向量，W的各个分量就是各评价因子对土壤肥力的影响权重。假设二 确定各评价因子对土壤肥力的隶属度函数上面确定的权重只体现了各因子作为一种实体对作物生长及土壤肥力的贡献大小，没有考虑各因子的含量对土壤肥力及作物生长的影响。N、P、K、有机质等因子在土壤中的含量与土壤肥力有很大的相关性，一般来说，含量越高，土壤肥力（作物产量）越大，含量越低，土壤肥力则小。但这种比例关系是有一定的限度的，超出这种限度，则这种比例关系不再成立。根据这种关系及相关专家经验可用指派法来确定各因子的隶属度函数，其计算模型如下。（2）建立模型土壤肥力指数的计算公式如下： S(i)=WE(i)TS(i)第i个样点的土壤肥力指数；W评价因子对土壤肥力的影响权值矩阵，W=（w1 w2 w3 w4）；E（i）T评价因子隶属度矩阵的转置矩阵，E(i)=（Ei1 、Ei2 、Ei3、Ei4）；2、土壤肥力综合指数的计算（1）编写一个求判断矩阵最大特征值所对应的特征向量的程序模块，即求各土壤肥力因子的影响权重；下面的程序供参考： 程序启动时如图1所示，在第一个文本框中输入判断矩阵的阶次后，出现图2所示的界面。在图2的对角矩阵输入框中，只需输入对角线上半部分元素值，点击“第三步：计算”按钮，便能计算出权重值。计算模型参照地理学中的数学方法一书的层次分析法。 图1 原始界面 图2 输入阶次后的界面(2) 根据各评价因子对土壤肥力的隶属度函数模型，编写一个程序模块，计算各评价因子对土壤肥力的隶属度。利用该程序模块，计算出表1中各采样点的E(i)值。 表1 原始采样数据（3）根据土壤综合肥力指数模型S(i)=WE(i)T，编写一个程序模块，计算土壤综合肥力指数，使用该模块，把表1中各样点的土壤肥力指数计算出来。3、土壤综合肥力分析模型的应用与验证（1）根据表1中提供的坐标数据及计算出的各采样点的土壤肥力综合指数，在GIS软件（MapInfo）中生成矢量图形数据 方法：在MAPINFO中创建一个没有图形的浏览表，表格包含以下五个字段：编号、X坐标、Y坐标、土壤综合肥力指数、产量；然后把表1中的XY坐标数据、产量数据和计算出的各采样点土壤肥力综合指数输入到 表中；最后在MapInfo 中选择Table/Create Points命令，则生成了点图层文件。(2)采用空间数据的内插技术，用GIS 软件绘制出实验区土壤肥力空间分布图在MapInfo 中选择Map/Create Thematic Map命令，然后选择Grid，按向导一步步生成所需要的专题图。该图按土壤肥力指数S（i）把实验区分成五个不同的等级，反映了土壤肥力的空间差异状况。(3)用同样的方法可以得到产量空间分布图，认真分析两幅图，可对模型的正确性进行评价。