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2019年耕地土壤质量调查评价中空间统计方法的应用.pdf

编号：96385

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2019年耕地土壤质量调查评价中空间统计方法的应用.pdf

1、汇报内容汇报内容一一、耕地土壤质量调查评价、耕地土壤质量调查评价二二、三位一体空间统计框架、三位一体空间统计框架三、耕地土壤质量调查优化布样方法三、耕地土壤质量调查优化布样方法五五、耕地土壤耕地、耕地土壤耕地质量统计推断方法质量统计推断方法一、耕地土壤质量调查评价一、耕地土壤质量调查评价2p 耕地质量指能够满足农作物生长和安全生产所需的土壤地力和土壤环境质量。u 耕地地力：指耕地用于农作物栽培使用时，在一定时期内单位面积耕地的物质生产力水平（公斤/公顷）u 耕地环境：指耕地是否被污染物污染以及被污染的程度u 经济效益：指耕地的物质生产量进行市场交换后所产生的收益（元/亩）p 耕地质量主管部门u

2、耕地地力：自然资源部（国土部）、农业农村部（农业部）u 耕地环境：农业农村部（农业部）、生态环保部（环保部）p 土壤是耕地质量的核心一、耕地土壤质量调查评价一、耕地土壤质量调查评价3p 我国耕地质量状况堪忧、基础地力下降，耕地退化面积较大。u 东北黑土区：黑土层变浅流失、耕层变薄、地力退化快、有机肥投入不足、有机质下降。u 华北及黄淮平原潮土区：耕层变浅，地下水超采，部分地区土壤盐渍化严重;淮河北部及黄河南部地区砂姜黑土易旱易涝，地力下降潜在风险大。u 长江中下游平原水稻土区：土壤酸化、潜育化，局部地区土壤重金属污染比较严重u 南方丘陵岗地红黄壤区：稻田土壤酸化、潜育化，部分地区水田冷(地温

3、低)、烂(深泥脚)、毒(硫化氢等有害气体)问题突出，山区耕地土层薄、地块小、砾石含量多，土壤有机质含量低，季节性干旱严重；土壤重金属污染比较严重。u 西北灌溉及黄土型旱作农业区：耕地贫瘠，土壤盐渍化、沙化和地膜残留污染严重，地力退化明显，土壤有机质含量低，保水保肥能力差，干旱缺水。一、耕地土壤质量调查评价（地力）一、耕地土壤质量调查评价（地力）p 自然资源部工作：u建立“定期全面评价、年度更新评价、年度监测评价”的工作制度。1999年一调部署了农用地分等工作，2009年12月24日发布的中国历史上第一份耕地质量等级调查与评定成果中国耕地质量等级调查与评定 2011年底，部署耕地质量等别补充更完

4、善工作。2013年，形成基于二调的耕地质量等别结果自2014年，开展耕地质量等别年度更新评价工作，更新耕地增减变化、耕地质量变化u制定规范：农用地质量分等规程（GB/T 28407-2012）、农用地定级规程（GB/T 28405-2012）、农用地估价规程（GB/T 28406-2012）自然等：光温、气候资源条件和土地条件利用等：自然条件和平均土地利用条件经济等：自然条件、平均土地利用条件、平均土地经济条件一、耕地土壤质量调查评价（地力）一、耕地土壤质量调查评价（地力）p 农业农村部工作：u2002年启动全国耕地地力理调查与评价工作以第二次土壤普查等数据为基础，开展补充调查全国耕

5、地类型区、耕地地力等级划分（NY/T 309-1996)开发全国县域耕地资源管理信息系统，部署在每个县使用（2498个）u2005年起，启动测土配方施肥工作取得了1317万个土壤样品，近亿个土壤测试数据、8万多个田间实验、11万多个田间示范、1120万个农户调查数据建立县域测土配方施肥专家系统，部署到2400多个县使用。测土数据汇总到扬州市土肥站。u2017年起，农业农村部耕地质量监测保护中心开展耕地质量调查监测、评价分析、改良保护和监督监管种植业司农田建设管理司制定耕地质量等级GB/T 33469-2016 一、耕地土壤质量调查评价（环境）一、耕地土壤质量调查评价（环境）p 201

6、6年5月28日,国务院印发土壤污染防治行动计划，部署了土壤污染调查、评估、管理和修复的任务。p 2018年8月31日，十三届全国人大常委会第五次会议全票通过土壤污染防治法（已于2019年1月1日起实施），规定要实行土壤污染风险管控和修复制度，并规定地方各级人民政府对本行政区域的土壤污染防治和安全利用负责。p 管理思路u 预防为主、保护优先、分类管理、风险管控、污染担责、公众参与u 调查（第一次全国土壤污染普查、地球化学调查、耕地重金属调查、环保详查）监测（例行监测）u 农用地土壤环境类别划：严格管控区、安全利用区和优先保护区一、耕地土壤质量调查评价（环境）一、耕地土壤质量调查评价（环境）p 生

7、态环保部工作(国家环境监测总站)u“七五”土壤环境背景值调查u“菜篮子”基地、污水灌溉区土壤环境监测u“十一五”首次全国土壤污染状况调查（2005-2013年）u“十二五”土壤环境例行监测试点u2016年首次例行监测p 农业农村部工作(农业农村部环境保护科研监测所农业农村部农业生态与资源保护总站)u 全国农产品产地土壤重金属污染防治(2012-2018)全国130万个样点，土壤和农作物协同调查一、耕地土壤质量调查评价（环境）一、耕地土壤质量调查评价（环境）p 农用地土壤污染状况详查：生态环保部牵头，农业农村部、自然资源部参加点位超标区点位超标区土壤重点污染源影响区土壤重点污染源影响区土壤污染问

8、题突出区域土壤污染问题突出区域农用地详查范围农用地详查范围点位超标区重点污染源影响区问题突出区域一、耕地土壤质量调查评价（环境）一、耕地土壤质量调查评价（环境）p 土壤环境例行监测u 生态环保部：四万个点：背景点、基础点和监控点三类背景点（2481个）：基础点（20006个）：监控点（16393 个）：u 农业农村部：四万个点:基于农产品质量安全，布设农产品产地风险点位，开展农产品产地土壤与农产品协同监测工作。与生态环保部互补重复，统一规范、统一标准和统一信息发布，融入国家土壤环境监测网。一、耕地土壤质量调查评价一、耕地土壤质量调查评价p 耕地土壤质量调查评价流程10统计推断统计推断分析计算采

9、样采样等级划分插值制图均值估计质量评价质量评价（标准规程标准化+权重）二、三位一体空间统计框架二、三位一体空间统计框架1111p 空间统计空间统计:u 定义：对具有空间分布特征数据的统计分析理论和方法u 理论基础：统计学地理学三大定律地理学第一定律：空间相关性定律（Tobler,1970;Goodchild，2004）地理学第二定律：空间异质性定律（Harvey；Goodchild，2004）地理学第三定律：地理环境相似性定律（Zhu et al.,2018）u 解决问题：模式、趋势、相关、因果优化、估计、预测u 空间抽样与统计推断是核心二、三位一体空间统计框架二、三位一体空间统计框架121

10、2Neyman,1934Bowley,1906Design-basedFisher,1922Kiaer,1895Model-basedMatheron,1963Krige,1951Brus(p,t)(1998)发展历史p 抽样与统计推断抽样与统计推断:u 基于设计的（Design-based）：概率抽样+基于入样概率的推断u 基于模型的（Model-based）：目的性抽样+基于模型的推断u 问题：问题：“空间抽样，由于空间相关性的存在，达到同样估计精度，所需的样本量较小”。概率抽样用于地理空间推断问题时，需要加一个修正系数。空间相关性是不是总体的性质？随机抽样获得样本，能不能用Kriging

11、进行插值？二、三位一体空间统计框架二、三位一体空间统计框架(,)三位一体三位一体信息流p 三位一体三位一体空间统计框架：空间统计框架：u 抽样估计的精度由总体性质、抽样方法和统计推断方法共同决定，不同的组合有不同效率，需要选择较优的组合p 耕地土壤调查评价业务对总体统估计目标：均值估计、插值制图和等级划分p 采样方案的优劣取决于采样目的，不同采样目的需要具有针对性的方法等级划分等级划分插值制图插值制图均值估计均值估计耕地耕地土壤调查土壤调查和监测常见目标和监测常见目标目目标：标：采样要求：采样要求：估计值接近真实均值估计值接近真实均值样本代表性高样本代表性高每个点位的含量估计值准确每个点位的含

12、量估计值准确特征空间特征空间+地理空间均匀地理空间均匀等级边界的位置准确等级边界的位置准确等级边界模糊地带多布样等级边界模糊地带多布样三、耕地土壤质量调查优化布样方法三、耕地土壤质量调查优化布样方法三、耕地土壤质量调查优化布样方法三、耕地土壤质量调查优化布样方法插值15p 没有任何先验知识：u空间均匀采样格网布样 MMSDu嵌套采样p 已知空间变异函数：u误差函数平均克里金插值误差最大克里金插值误差p 具有辅助变量：u分层采样u特征空间采样三、耕地土壤质量调查优化布样方法三、耕地土壤质量调查优化布样方法插值u 多维特征空间分布(拉丁超立方体采样，Minasny and McBratney

13、2006)构建理想分布：特征空间均匀覆盖基于实际分布与理想分布之差构建目标函数多用于总体估计、回归u 多维特征空间+地理空间分布（scLHS）特征空间代表性分布地理空间均匀覆盖三、耕地土壤质量调查优化布样方法三、耕地土壤质量调查优化布样方法插值u 地理与特征空间均衡采样优化方法（scLHS）:针对空间变异较大的农业资源和环境变量，利用辅助信息，优化地理和特征空间分布，改善插值制图精度。corcorsscacacocoOwOwOwOwO+=优化目标函数：Prepare dataAccept S2:set S=S2,O=OnewOnewOGenerate initial sample:Set

14、 S=S1;compute overall objectivity ODisturb S to produce new sample S2;compute overall objectivity OnewMetro=Exp(O-Onew/T)Generating a random number rand(0,1)rand9,:A:BA9B+7 7 9:.D,:BADBA+7 7 9DEFG9,DDBAA9B 2799,4A9B2 7 DEFGD,4DBA+var 4误差函数Gao et.al.,Spatial interpolation of marine environment data u

15、sing P-MSN，IJGIS，2019五、耕地质量统计推断方法五、耕地质量统计推断方法均值估计u 有偏样本无偏估计方法:通过双重自组织分区，对有偏样本进行纠偏，得到全局均值无偏估计(a)(b)SampleSize305SampleSize142SampleSize119SampleSize108SampleSize89SampleSize72SampleSize305SampleSize142SampleSize119SampleSize108SampleSize89SampleSize72Pan et.al.,Global mean estimation using aself-organizing dual-zoning method for preferential sampling,Environmental Monitoring and Assessment,2015,187(3):121-131谢谢，请批评指正！谢谢，请批评指正！

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