[发明专利]一种基于土壤属性空间分布的农业面源磷污染估算方法

摘要

一种基于土壤属性空间分布的农业面源磷污染估算方法，该方法有三大步骤：步骤一：土壤属性空间分布与面源污染负荷响应关系的建立，包含典型小研究区域选择、土壤属性空间分布、典型区面源污染SWAT模型模拟和土壤属性与面源污染负荷空间分布响应关系建立；步骤二：待估算区域土壤样品采集与检测；步骤三：农业面源污染负荷估算。根据本发明，在建立土壤属性空间分布与模型模拟的面源污染负荷响应关系的基础上，只需获取区域土壤属性空间分布情况，即可快速有效地预测估算该研究区农业面源污染的负荷。它在面源污染管理技术领域里具有较好的应用前景。

主权项

一种基于土壤属性空间分布的农业面源磷污染估算方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一：土壤属性空间分布与面源污染负荷响应关系的建立（1）典型小研究区域选择典型小研究区域的选择是实施方案关键的一步；典型的小研究区应具备以下几项基本特征：①区域较为典型，具备所研究大区域的地形、气候和水文基本特征，涵盖大区域所有的土壤种类、土地利用种类；②区域气象、地形地貌、水文数据完备，模型模拟精度高；③现有土壤属性数据齐全或交通便利土壤样品容易获取；同时具有以上三种特征的小区域方能被选为建立土壤属性与面源污染负荷空间分布响应的典型研究区；（2）土壤属性空间分布小研究区选定之后，需要对研究区内土壤属性的空间分布做详细的分析；数据的收集工作是这一步骤中的核心步骤，一般情况下，在当地的农业部门保存有大量的土壤基础属性数据，这些数据足够做土壤属性的空间分布分析；如果现有资料不全，需要实地对研究区内的土壤进行取样分析，土样的采集方法采用网格布点，在网格内选定干扰较小的典型田块，记录其经纬度、周围地貌、去年种植作物种类和坡度，并采用S路线进行耕作层土壤的采集；对土壤的基本理化性质及土壤有机质、氮磷营养元素及重金属元素的土壤属性相关指标进行实验测定；土壤数据测得之后，采用GIS中空间插值方法对土壤属性进行空间插值，获取空间分布信息；空间插值是根据已知的空间数据估计未知空间数据值的数学方法，已经应用于土壤养分空间分异研究的插值方法主要是Kriging插值和BP神经网络法；推荐选用Kriging方法对区域土壤的有机质及氮、磷等属性进行空间插值，得到具有空间连续数据的土壤属性数据层；（3）典型区面源污染SWAT模型模拟通过对有关当地部门和农户的调查，补充整理有关农业生产资料，包括区域农业生产状况、灌排方式、施肥方式以及社会经济条件；收集研究区农业气象方面的资料，为数据分析提供背景气象资料；运用环境遥感技术，解译Landsat TM数据获得研究区土地利用图，分析区域内各种土地利用的空间分布特征，建立模型所需的土地利用数据库；以中科院南京土壤所提供的1:100万土壤类型分布图为基础，结合现场土壤样品试验，建立模型所需土壤数据库；在模型数据库建立之后，运用分布式水文模型SWAT作为面源模拟工具，将土壤属性、土地利用和气象数据输入模型系统，进行参数率定和调整之后，对研究区的面源磷污染负荷进行时空分布模拟；（4）土壤属性与面源污染负荷空间分布响应关系建立由于农业面源污染的主要来源是水田和旱田，将这两种土地利用类型占主要优势的子流域的各土壤属性与模型模拟的面源污染结果相对应，利用主成分分析的方法找出可以能为估算面源磷污染提供最多信息量的几种属性，以此为依据建立土壤属性空间分布与面源污染之间的响应关系；步骤二：待估算区域土壤样品采集与检测同步骤一中的（2）相似，通过历史数据收集和现场实验，得出步骤一（4）中筛选出的土壤属性的空间分布情况；步骤三：农业面源污染负荷估算根据筛选出的土壤属性的空间分布与响应关系估算出研究区域的面源磷污染负荷；步骤一的（4）中筛选出了提供面源污染信息量最多的几种土壤属性，通过步骤二中测得的土壤属性分布规律，估算出该区域面源污染的状况。