基于最优分割理论的土壤水分有效性评价.pdf

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1、第26卷第3期1062010年3月农业工程学报TransactionsoftheCSAE、，0l-26No．3Mat．2010基于最优分割理论的土壤水分有效性评价邵孝侯1，王宇蝶，毕利东1，戴琳1，袁有波2，苏贤坤2，莫建国3(1．河海大学农业工程学院，南京210098：2．贵州省烟草科学研究所，贵阳550003；3．贵州省山地环境气候研究所，贵阳550002)摘要：为解决应用土壤水分特征曲线评价土壤水分有效性研究中评价能力不足的问题，采用有序样本最优分割理论对土壤水分特征曲线进行最优分割，并引入最优分割聚类中心值作为土壤水分有效性的评价指标，

2、构建土壤水分有效性投影寻踪评价模型。采用该方法对贵州省11个主要烟区33个土壤样本进行评价，并与以土壤物理性质为指标的常规评价方法进行比较。结果表明，所选取的评价指标能客观地反映植烟土壤水分状况，以该指标为依据做出的评价结果更加全面。关键词：土壤水分，聚类分析，烟，有效性，投影寻踪评价模型doi．10．39690．issn．1002—6819．2010．03．018中图分类号：S152．7文献标识码：A文章编号：1002—6819(2010)一03—0106—06邵孝侯，王宇，毕利东，等．基于最优分割理论的土壤水分有效性评价[J]．农业工程学报

3、，2010，26(3)：106—111．ShaoXiaohou，WangYu，BiLidong．Evaluationonsoilwatervalidityusingoptimumpartitioningclusteringmethod[J]．TransactionsoftheCSAE，2010，26(3)：106—1l1-(inChinesewithEnglishabstrac00引言应用土壤水分特征曲线评价土壤水分性能已有研究报道，其研究对象多集中于如何选取合理的指标以全面评价土壤水分性能随土壤吸力变化这一动态过程。有学者提出以土壤水分特征曲

4、线模型参数或某一吸力值下土壤含水量和比水容量为静态指标来评价土壤水分性能【l训，也有提出以某一吸力区间内土壤累积失水百分率作为评价土壤水分性能的指标【l】。以上方法在评价质地差异明显的土壤时具有一定的合理性，但土壤质地相近时的评价结果常与土壤实际状况产生较大偏差[1,5-8]。为寻求合理指标描述土壤水分性能的变化特点，本文根据土壤水分特征曲线突变特征，尝试采用有序样本最优分割聚类法引入评价指标对贵州省植烟土壤水分有效性作出评价。旨在为贵州省烟区土壤水资源开发利用，合理的烤烟灌排措施的制定及提高烤烟生产的经济效益和环境效益提供依据。1材料和方法1

5、．1供试土壤基本性质通过对贵州省主要烟区的实地考察和调研，选择了种植历史长、种植面积较大、产量与品质均达到中等水收稿日期：2008．12．18修订日期：2009-11—30基金项目：国家“863”计划项目(2006AAl02271)；贵州省烟草专卖局重大项目(2007-05)作者简介：邵孝侯(1964一)，男，浙江余姚人，教授，博士生导师，主要从事节水灌溉和农业水土环境研究。南京河海大学农业工程学院，210098。Emaihshaoxiaohou@163．c,om※通信作者：王宇(1983一)，男，黑龙江虎林人，博士，从事节水灌溉和农业水土环境

6、研究。南京河海大学农业工程学院，210098。Emaihwyl417@r面aoo．cAym．en平以上的具有代表性的11个烟区为烟田土壤采样点，结合烤烟3个生育期根系伸展深度分别取0～20、20～40、40～60cm3层土壤为供试土壤，测定了各层土壤的基本物理性质(见表1)。1．2供试土壤水分特征曲线测定用压力膜法测定33个供试土壤样本30～1500kPa脱湿过程的土壤水分特征曲线，并用Gardner幂函数模型进行了拟合⋯们，即O=A．妒(1)式中：卜土壤体积含水率，％；卜土壤基质吸力，kPa：A、卜模型参数(见表2)。从表2可以看出，在30～

7、1500kPa吸力范围内，Gardner模型与实测值的拟合效果较好，决定系数萨均在0．93以上。1．3有序样本最优分割理论对于一组有序样本，在不打乱样本秩序的条件下进行分类，即为有序样本最优分割法或称为Fisher分类方法。当存在最优的某一种分法p·@=2，以)将全部样本分为2类时，有下式成立y瞄·G=2，一)】=脚9{D(1，J一1)+DD，栉))(2)‘≥』)“式中：七一分类数；雄——群本点总数；．卜一分割点样本序号；p·(屯以卜一用于标记将样本容量为rl样本分为k类的方法；缈【p奉(后=2，n)】——该种分法的误差函数；D(1，j-1)—

8、—第1至第『-l号样本分为一类时的类内样本变差；D<，，以)——第，至第n号样本分为一类时的类内样本变差。式(2)的含意为最优分法的误差函数值为各种可