基于多元統(tǒng)計分析方法的土地質(zhì)量地球化學(xué)評估研究

高喬

摘要：土地質(zhì)量地球化學(xué)評估根據(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，對土壤的生產(chǎn)能力和環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行的綜合評估。本文通過對某研究區(qū)的土地質(zhì)量地球化學(xué)評估元素含量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，對土地質(zhì)量進(jìn)行分類分級，建立土地質(zhì)量評價模型，并將評估結(jié)果與傳統(tǒng)方法的評估結(jié)果進(jìn)行對比，驗證多元統(tǒng)計分析方法進(jìn)行土地質(zhì)量地球化學(xué)評估的可行性。

關(guān)鍵詞：土地質(zhì)量地球化學(xué)評估;多元統(tǒng)計分析

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。

本文旨在通過對研究區(qū)的土地質(zhì)量地球化學(xué)評估元素含量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，對土地質(zhì)量進(jìn)行分類分級，建立土地質(zhì)量評價模型，評價指標(biāo)篩選，驗證用多元統(tǒng)計分析方法進(jìn)行土地質(zhì)量地球化學(xué)評估的可行性。

1研究區(qū)概況

本次評價區(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)評估的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是在采樣點(diǎn)實地采樣，實驗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 評估單元的選取：土地質(zhì)量地球化學(xué)評估的最小評估單元是指在采樣和評價工作作為一個整體的基本單元。因此，適合的評估單元的選取是十分重要的。

建立評價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級評估，采樣密度一般為4～6個點(diǎn)/km2。采樣點(diǎn)周圍50m范圍選取的3～5個點(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目尼龍篩后送樣測試。

3土壤化驗方法參照國家環(huán)保局的《環(huán)境監(jiān)測分析方法》進(jìn)行。本次試驗區(qū)一共對51個采樣點(diǎn)的24種元素進(jìn)行了測定，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)分布檢驗和粗差剔除

首先對各元素檢測結(jié)果進(jìn)行檢驗，按平均值±3倍離差剔除異常數(shù)據(jù)。通過SPSS軟件，經(jīng)檢驗各元素均符合對數(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51個樣本按肥力元素和健康元素分別進(jìn)行聚類分析。計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)實際情況，可以把51個樣本單元分為六類。

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個樣本分成的6個類別視為來自6個總體的樣本，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

將上述六個類作為土地質(zhì)量的六個等級，根據(jù)51個樣本的數(shù)據(jù)，進(jìn)行主成分分析，取前五個主成分，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)評估的評估模型。

2.5分析結(jié)果檢驗

將上述分析結(jié)果與研究區(qū)的土地質(zhì)量地球化學(xué)評估結(jié)果進(jìn)行對比，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)評估一等，第2、3類等同于二等，第4類等同于三等，評估結(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，驗證了多元統(tǒng)計分析算法代替模糊綜合評價方法進(jìn)行土地質(zhì)量地球化學(xué)評估的可行性。對于兩種評估結(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，可以對多種算法進(jìn)行驗證，找到最適合的聚類分析算法。

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