楊厚翔，雷國平，徐 秋

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基于監(jiān)測指標復合式控制區(qū)的耕地質量監(jiān)測點布設方法

楊厚翔，雷國平※，徐 秋

（東北大學土地管理研究所，沈陽 110169）

為探尋耕地質量監(jiān)測點布設方法，解決現有監(jiān)測點空間布局不合理、針對性不強，監(jiān)測精準化程度差和監(jiān)測成本過高的問題。該文以耕地地力調查與質量評價成果為數據源，在樣點數據分析基礎上，采用變異系數法、可視離散化法、克里格插值法、疊加法，以及誤差理論和抽樣理論，確定監(jiān)測控制區(qū)層級、層級劃分區(qū)間及與之對應的監(jiān)測點位數量，形成監(jiān)測指標復合式控制區(qū)，布設監(jiān)測點位。以克山縣為例進行技術應用，將11個指標200個監(jiān)測點位進行2 200次測試化驗，110 kg土壤樣本消耗量、44萬元監(jiān)測費用的方案，優(yōu)化至7個指標30個監(jiān)測點位進行81次測試化驗，4.05 kg土壤樣本消耗量、1.62萬元監(jiān)測費用，增強了耕地質量監(jiān)測的針對性，降低了監(jiān)測成本和資源消耗，且研究布設監(jiān)測點位數據對耕地地力調查與質量評價數據具有較好的代表性。該方法切實可行，具有很好的應用價值，可以通過較少的投入，獲取精準、較大的信息量，可為耕地質量監(jiān)測點位優(yōu)化提供方法借鑒。

土地利用；監(jiān)測；耕地質量；土地信息；監(jiān)測布點；復合式控制區(qū)

0 引 言

糧食安全關系國家長治久安[1-2]，耕地是糧食生產的第一資源，其數量、質量同等重要，不可偏廢[3-4]?！?8億畝耕地紅線”等政策的出臺與實施守住了耕地數量[5]，大規(guī)模的的墾殖行為[6]，“高水、高肥”的投入方式[7-8]，雖然使得中國糧食產量12連增[9-10]，但是墾殖的盲目性、利用方式的不合理[5-7]，加之“占補平衡”等政策執(zhí)行問題[11-12]，導致耕地質量持續(xù)下降[13-14]，造成了巨大資源經濟浪費和生態(tài)環(huán)境問題[8-15]，與高效集約、可持續(xù)的發(fā)展方式相悖，威脅中國的糧食安全[16-17]。國土資源部明確要求將耕地質量監(jiān)測作為實現耕地數量和質量管理并重，加強耕地質量建設和管理的重要舉措[18-19]。

耕地質量監(jiān)測點布設是實施監(jiān)測的重要環(huán)節(jié)[18-20]。上世紀80年來以來，全國各級農業(yè)部門分層次建立了一批耕地質量長期定位監(jiān)測點，這些長期定位監(jiān)測點對于摸清中國耕地質量底數和變化趨勢具有重要作用，但是監(jiān)測點位少[21]，無法準確反映各地區(qū)耕地質量，為此農業(yè)部出臺并實施《耕地地力調查與質量評價技術規(guī)程 NY/T 1634-2008》，更為精確的掌握中國各區(qū)域耕地質量總體情況，由于該體系出臺前未有較為全面系統的耕地質量有關成果，因此其點位布設具有合乎邏輯的不合理性，即在不了解耕地質量分布特點和規(guī)律的條件下，加密監(jiān)測點位，提高成果的準確性，但會產生監(jiān)測點位冗余情況，導致監(jiān)測成本高、便捷性差、針對性不強的實際問題。因此，急需探索新的耕地質量監(jiān)測布點方法，使其可以通過較少的投入，獲取精準、較大的信息量。

目前，國內學者圍繞耕地質量監(jiān)測樣點布設開展了較為深入的研究，但總體上還不多。孫亞彬等基于潛力指數組合的方法在研究區(qū)布控監(jiān)測網絡[22]，吳克寧等基于標準樣地國家級匯總成果選取耕地質量動態(tài)監(jiān)測點[20]；張玉臻等基于標準樣地省級匯總成果對布設耕地質量監(jiān)測點[9]；王倩等采用地統計學的變異函數分析耕地質量變異情況，依據變異分析結果布設監(jiān)測點[19]；祝錦霞等引入半方差函數分析耕地質量的變異情況，根據變異特征與規(guī)律布設監(jiān)測樣點[23]。以上研究豐富了監(jiān)測樣點布設方法體系，但是布設邏輯路徑均是通過相對宏觀評價結果的空間分布均質性和異質性確定布樣網格形態(tài)和尺寸，布設監(jiān)測樣點，對所構建的相對微觀指標體系的所有指標進行監(jiān)測，該監(jiān)測點布設邏輯存在的問題在于無法保證所有監(jiān)測指標的均質化和異質化程度與評價結果一致，因此以上研究在樣點布設空間合理性、精確性、針對性和成本控制方面沒有表現出良好的優(yōu)越性。

基于現有研究不足，本文提出了基于監(jiān)測指標復合式控制區(qū)的耕地質量監(jiān)測點布設方法，該方法從耕地質量構成要素出發(fā)，通過分析樣點數據，選取與之相適宜的方法確定各指標有效監(jiān)測層級、層級劃分區(qū)間及監(jiān)測點位數量，并以此為依據進行空間插值，以插值后指標空間分布形態(tài)和尺寸為依據，建立監(jiān)測指標復合式控制區(qū)，綜合布設監(jiān)測點，確定與之對應監(jiān)測指標。該方案可以確保所布設的監(jiān)測點位符合研究區(qū)監(jiān)測指標均質化和異質化程度，具有樣點布設空間合理性，通過較少的點位和與之對應的監(jiān)測指標數量，獲取更多、更精準的信息。

1 研究區(qū)概況和數據來源

1.1 研究區(qū)概況

克山縣位于黑龍江省西部、齊齊哈爾東北部，東至克東縣，南鄰拜泉縣，西與依安縣接壤，北隔訥謨爾河與訥河市境相望，東北同五大連池市毗鄰，地理坐標125°10′57″E～126°8′18″E，47°50′51″N～48°33′47″N；地貌為丘陵漫崗平原，丘陵漫崗地占80%，平原區(qū)占14%，洼地占6%，地勢東北高、西南低，海拔在198.7～381.7 m之間，北部、中部地貌屬丘陵漫崗區(qū)，南部為平原區(qū)，丘陵漫崗區(qū)多為坡崗地，坡度大，耕層薄，表層疏松，溝壑縱橫；土壤以草甸土、黑土為主，土層較厚，耕地肥力較好，從土壤母質上看，克山縣成土母質多屬第四紀黃土狀亞粘土，土壤質地黏重，空隙小，透水能力差，加之不合理的耕作造成耕層薄、障礙層厚，土壤板結，不利于根系發(fā)育和有效養(yǎng)分轉化；轄15個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，122個行政村，土地總土地面積達31.86萬hm2，耕地面積20.13萬hm2。

1.2 數據來源與處理

數據來源為克山縣耕地地力調查與質量評價成果，包括201個點位測試化驗數據。樣本數據處理，主要包括樣本數據檢驗和樣本數據異常值剔除，保證處理后樣本數據達到分析要求。經分析克山縣測試化驗點位數據，有1處為異常值，經剔除，保留200個測試化驗點位。建立指標含量數量分布直觀圖，直觀評判數據連續(xù)性，數據是否符合正態(tài)分布。各指標含量分布情況見圖1。

圖1 指標含量分布直觀圖

通過圖1可以看出，有機質、全氮、速效鉀、有效磷正態(tài)分布曲線擬合度高，含量分布連續(xù)；耕層厚度、障礙層厚度、土壤容重正態(tài)分布曲線擬合不好，含量分布斷續(xù)。

2 研究方法

復合式控制區(qū)是兩個或者兩個以上簡單控制區(qū)組合起來對某一參數進行控制，其具有開環(huán)控制系統的穩(wěn)定性，又具有閉環(huán)系統的精度。研究在數據分析處理基礎上，確定監(jiān)測層級、層級劃分區(qū)間，并依此劃分單指標控制區(qū)，進而形成基于監(jiān)測指標復合式控制區(qū)，通過復合控制區(qū)空間分布形態(tài)及各指標層級監(jiān)測點位數量，布設監(jiān)測點，具體流程見圖2。

2.1 監(jiān)測層級及層級劃分區(qū)間

監(jiān)測層級及層級劃分區(qū)間設定科學與否尤為重要，直接關系到監(jiān)測結果準確性和有效性，以及快速、便捷、經濟等監(jiān)測性能。研究依據各指標測試化驗樣點數據均質化程度和變異性而定。對于連續(xù)的、符合正態(tài)分布的樣點數據，研究采用變異系數法確定監(jiān)測層級，均值（equal interval）法確定層級劃分區(qū)間；對連續(xù)、不符合正態(tài)分布的樣點數據，需進行正態(tài)化處理，使之符合正態(tài)分布，監(jiān)測層級劃分區(qū)間采用均值（equal interval）法確定；對斷續(xù)的數據采用變異系數法會形成無效監(jiān)測層級，為避免無效監(jiān)測層級的產生，采取可視離散化法分析指標數值分布特征，確定監(jiān)測層級，自定義（manul）方式法確定監(jiān)測層級劃分區(qū)間。

2.1.1 變異系數法

變異系數法為探索區(qū)域化變量的空間異質性提供了新的定量分析方法[6]，變異系數越小，均質化程度越高，監(jiān)測層級越少；變異系數越大，均質化程度越差，監(jiān)測層級越多。變異系數公式如下

圖2 基于監(jiān)測指標復合式控制區(qū)的點位布設流程

2.1.2 可視離散化法

可視離散化法是數據分析中常用的手段，可對數據進行有限區(qū)間劃分，發(fā)現數據分布離散化程度，離散化程度越高監(jiān)測層級越多，離散化程度越低監(jiān)測層級越少。

2.2 監(jiān)測控制區(qū)劃分方法

耕地質量監(jiān)測點分布是稀疏而不均勻的，因此在各個臺站觀測點數據基礎上，推算出空間面上耕地質量監(jiān)測指標的分布，空間插值方法是有力的工具[24]。研究采用Kriging方法對監(jiān)測數據進行空間插值，依據監(jiān)測層級及層級劃分區(qū)間劃分監(jiān)測控制區(qū)。Kriging公式為

式中(x)(1,…,)為個樣本點的觀測值；(0)為待定點值；λ為權重，權重由克里格方程組決定

式中(x, y)為測站樣本點之間的協方差；(x,0)為測站樣本點與插值點之間的協方差；為拉格朗日乘子；插值數據的空間結構特性由半變異函數()描述，其表達式為

式中()為被距離區(qū)段分割的樣本數據對數目，根據試驗變異函數的特性，選取適當的理論變異函數模型，根據試驗半變異函數得到的試驗變異函數圖，從而確定出合理的變異函數理論模型。

2.3 監(jiān)測點位數量確定方法

為了實現以有限的觀測值反應區(qū)域總體情況，并有足夠的可靠性和精度，必須合理確定監(jiān)測點位[25-27]。

2.3.1 連續(xù)樣本數據監(jiān)測點位數量確定方法

若取，由式（7）和（8）可知，點位數為：

由式（10）可知，滿足式（7）的點位數為

在確定監(jiān)測點位數量時，首先用樣本的單次標準差2代替2，由式（9）確定出點位數1，再由自由度1-1和顯著水平在值表查到值，帶入式（12），計算出2，再由2-1查值表，計算出3，反復計算直至求出與所用的值基本相對反復為止。在此基礎上結合各控制區(qū)面積比例，確定監(jiān)測指標各層級監(jiān)測點數量。

2.3.2 斷續(xù)樣本數據監(jiān)測點位數量確定方法

斷續(xù)數據監(jiān)測點位數量依據具體指標監(jiān)測控制區(qū)集中連片程度、分布形態(tài)、控制區(qū)之間空間位置關系，結合各控制區(qū)面積比例，綜合確定監(jiān)測點位數量及各監(jiān)測層級點位數量。

3 實證分析

3.1 監(jiān)測指標的選取

監(jiān)測指標是監(jiān)測點布設的基礎，關系到監(jiān)測點布設科學與否[9]。目前耕地質量監(jiān)測指標體系尚未統一，但主要有2種觀點，一是耕地生產能力觀點，二是土壤肥力觀點。本研究兼顧以上2種觀點，生產能力側重在光、溫、水、土等自然條件下耕地能夠達到最大的產能，土壤肥力側重土壤提供作物生長所需的各種養(yǎng)分的能力。

3.1.1 生產能力指標選取

生產能力指標研究以業(yè)界較為認可的農用地分等規(guī)程為依據，結合地方實際進行優(yōu)化，并將長期穩(wěn)定不變的指標作為背景指標登記在冊，若人為因素導致背景指標發(fā)生變化，視具體情況進行增設，包括氣候因素、地質因素、地形地貌因素和部分穩(wěn)定的土壤條件?？松娇h屬于山地丘陵（崗地）坡耕地類型，依據農用地分等山地丘陵（崗地）坡耕地推薦監(jiān)測指標為基礎，在綜合性、主導性、區(qū)域性、最小數據集等原則指導下，剔除自然狀態(tài)難以改變部分土壤指標，即：剔除地形坡度、地表巖石露頭度2個指標。由于地形地貌原因，且經實地調研，克山縣存在水土流失問題，因此保留耕作層厚度、土壤有機質指標，存在犁底層后耕層薄情況，且正在有序開展土壤改良等耕地質量提升措施，因此保留障礙層厚度和土壤容重指標，區(qū)域無土壤酸堿化趨勢，灌溉條件較好，即剔除土壤pH值、灌溉保證率指標。

3.1.2 土壤肥力指標選取

土壤養(yǎng)分影響因素很多，但與植物生長關系最大的是碳、氮、磷、鉀[25]，主要包括有機質、全氮、堿解氮、全鉀、速效鉀、全磷和有效磷。參照農業(yè)行業(yè)標準南方地區(qū)耕地土壤肥力診斷與評價（NY/T 1749-2009）最小通用數據集以及現有文獻，確定參評指標，包括有機質、全氮、有效磷和速效鉀[27]?，F有文獻表明氮元素是蛋白質、核酸、葉綠素、酶和一些激素重要構成元素，直接影響作物的品質和產量，主要包括全氮和堿解氮，全氮含量代表著土壤氮素的總貯量和供氮潛力，堿解氮反映土壤近期內氮素供應情況[28-29]，但堿解氮易受土壤水熱條件和生物活動影響而發(fā)生變化[30]；磷元素是植物細胞核重要組成成分，對植物細胞分裂、器官組織分化發(fā)育和植物體內生理代謝均具有重要作用，主要包括全磷和有效磷，全磷含量只表明土壤磷元素的儲備，并不能作為土壤磷素供應的指標，植物直接或間接吸收利用的是有效磷部分[29]；鉀元素可促進碳水化合物的轉變、蛋白質的合成和細胞的分裂，減少蒸騰作用，調節(jié)植物組織中的水分平衡，增強植物的抗性，主要包括全鉀和速效鉀，全鉀反映土壤鉀元素的總儲量，但因其90%～98%為無效態(tài)鉀[29]。

綜上，研究選取土壤有機質、全氮、有效磷、速效鉀、耕作層厚度、障礙層厚度、土壤容重作為耕地質量監(jiān)測指標。

3.2 監(jiān)測控制區(qū)劃分及監(jiān)測點位布設

3.2.1 確定控制層級及劃分區(qū)間

1）連續(xù)樣本數據監(jiān)測層級及劃分區(qū)間

通過數據處理與分析結果可知，土壤有機質、全氮、有效磷和速效鉀4個指標樣本數據連續(xù)且符合正態(tài)分布，3.1.1部分方法，以5%的變異系數為跨度劃分監(jiān)測控制層級，采用均值（equal interval）方式確定監(jiān)測層級劃分區(qū)間，具體見表1。

表1 連續(xù)樣本數據監(jiān)測層級及劃分區(qū)間

由表1可以看出變異系數越大，監(jiān)測控制區(qū)層級越多，其中有效磷變異系數最大，為29.31%，監(jiān)測控制區(qū)劃分為6級；速效鉀變異系數為17.72，劃分為4級；全氮變異系數為14.29%，劃分為3級；土壤有機質變異系數為14.13%，劃分為3級。

2）斷續(xù)樣本數據控制層級及劃分區(qū)間

通過數據處理與分析耕層厚度、土壤容重和障礙層厚度3個指標樣本數據斷續(xù)分布，因此采用可視離散化法，剔除監(jiān)測指標含量空白區(qū)產生的無效區(qū)間，將指標含量集中分布區(qū)作為監(jiān)測控制區(qū)，由于點位數據經插值后為連續(xù)值，故取中間值作為層級劃分區(qū)間端點值。進而確定控制層級及層級劃分區(qū)間，具體見表2。

表2 斷續(xù)樣本數據監(jiān)測層級及劃分區(qū)間

由表2可以看出耕層厚度監(jiān)測層級為5級，障礙層厚度和土壤容重監(jiān)測層級為4級。

3.2.2 基于監(jiān)測指標復合式控制區(qū)劃分

監(jiān)測控制區(qū)是在給定時空尺度下，監(jiān)測指標在同一監(jiān)測控制區(qū)內具有一致性的均質區(qū)域，不同監(jiān)測控制區(qū)之間具有明顯區(qū)別。研究基于ARCGIS平臺的空間插值功能，依據所確定的控制層級及層級區(qū)間，劃分各指標監(jiān)測控制區(qū)，形成基于監(jiān)測指標復合式控制區(qū)，劃分結果見圖3。

由圖3可知，各指標在空間表現為一定的均質性和異質性，且具有一定分布規(guī)律。有機質含量由東南向西北逐漸增加；全氮含量由南向中上部遞增，由中上向北部遞減；有效磷、速效鉀含量高點值在縣西北部，并以此為中心向四周遞減；障礙層厚度由西南向東北逐漸變??；耕層厚度高點值分布在縣北部、中下部，低點值分布在縣南和中上部；土壤容重指標值總體呈現由東北向西南逐漸減少。

圖3 基于監(jiān)測指標的復合式控制區(qū)

3.2.3 確定監(jiān)測控制區(qū)點位數量

連續(xù)樣本數據監(jiān)測點位數量3.3.1部分研究方法，經測算有機質監(jiān)測點位為9個，全氮為10個，有效磷17個，速效鉀為14個。其中有機質3級控制區(qū)面積分別為615.22、953.75、929.82 km2，各層級理論監(jiān)測點位數量為2.22、3.44、3.35，經取舍分別為2、4、3；全氮3級控制區(qū)面積分別為676.98、916.25、905.55 km2，理論監(jiān)測點數量為2.71、3.67、3.62，經取舍分別為3、4、3；有效磷6級控制區(qū)面積分別為276.22、627.76、853.74、611.47、99.52、30.06 km2，各層級理論監(jiān)測點位數量為1.88、4.27、5.81、4.16、0.68、0.20，經取舍分別為2、4、5、4、1、1；速效鉀4級控制區(qū)面積分別為304.58、792.94、1 154.85、246.43 km2，各層級理論監(jiān)測點位數量為1.71、4.44、6.47、1.38，經取舍分別為2、4、7、1。斷續(xù)樣本數據監(jiān)測點位數量采用3.3.2部分方法，經測算分析耕層厚度5級控制區(qū)監(jiān)測點數量分別為2、3、1、3、2，障礙層厚度4級控制點數量分別為4、2、3、2，土壤容重4級控制點數量分別為3、1、4、1，具體見表3。

由表3可以看出連續(xù)樣本數據中有效磷監(jiān)測點位數最多為17個，其次依次為速效鉀為14個，全氮為10個，有機質9個；結合表1可以看出，對于連續(xù)樣本數據變異系數越大，監(jiān)測點位數量越多。斷續(xù)樣本數據耕層厚度和障礙層厚度均為11個，土壤容重為9個，結合表2、圖3可以看出，監(jiān)測層級越多、空間均質化程度越大，監(jiān)測點位越多。

表3 監(jiān)測指標控制區(qū)層級監(jiān)測點位數量

3.2.4 監(jiān)測點位布設、代表性檢驗與對比分析

1）監(jiān)測點位布設

基于ARCGIS平臺，通過Arctoolbox工具箱的Analysis Tools模塊的Identity功能逐一疊加監(jiān)測指標監(jiān)測控制區(qū)與耕地圖層，遵循代表性、最小數據集等原則，依據各監(jiān)測指標控制區(qū)空間形態(tài)、層級點位數量布設監(jiān)測點位，具體見圖4、表4。

2）監(jiān)測點代表性檢驗

借助SPSS統計軟件，以耕地地力調查與質量評價數據為檢驗對比對象，對所布設監(jiān)測點位數據進行代表性檢驗，其中均值標準誤反應數據離散程度，中值、偏度系數、峰度系數反應數據分布情況，全距、最小值、最大值反應數據范圍和跨度，結果如表5所示。

圖4 耕地質量監(jiān)測點分布

由表5可以看出耕地地力調查與質量評價數據和監(jiān)測指標樣點數據有機質、全氮、有效磷、速效鉀、耕層厚度、障礙層厚度、土壤容重指標含量的最大值、最小值、全距較一致，表明數據范圍和跨度較一致；均值標準誤差別不大，表明數據離散程度較一致；中值、偏度系數、峰度系數差別不明顯，表明數據分布情況較一致，因此監(jiān)測指標樣點對耕地地力調查與評價數據代表性較好，以該體系作為克山縣耕地質量監(jiān)測點位比較合理。

表4 監(jiān)測指標點位分布

表5 監(jiān)測點代表性檢驗

3）優(yōu)化前后方案對比

研究從監(jiān)測指標數量、點位數量、測試化驗次數、費用和土壤消耗量5個方面對優(yōu)化前后的監(jiān)測方案進行對比，具體見表6。

表6 優(yōu)化前后方案比較

注：經咨詢監(jiān)測費用按照200元/指標/次計算，測試化驗土壤消耗量以50 g/次/指標計算。

Note:The cost of consultation monitoring was calculated at 200 yuan/index/ number, and the soil consumption was calculated at 50g/time/index

由表6可以看出，基于監(jiān)測指標復合式控制區(qū)的監(jiān)測點位布設方案實現了對有機質、障礙層厚度、耕層厚度、全氮、有效磷、速效鉀、土壤容重、地形坡度、地表巖石露頭度、土壤pH值、灌溉保證率11個監(jiān)測指標、200個點位、2 200次測試化驗，需消耗110 kg土壤樣本量，44萬元監(jiān)測費用的耕地質量監(jiān)測方案，優(yōu)化至需對有機質、障礙層厚度、耕層厚度、全氮有效磷、速效鉀、土壤容重7個指標、30個點位、81 次測試化驗、4.05 kg土壤樣本消耗量、1.62萬元監(jiān)測費用。

4 結 論

研究提出了基于監(jiān)測指標復合式控制區(qū)的耕地質量監(jiān)測點布設方法，與其他方法比較，該方法充分考慮到監(jiān)測點位相對于監(jiān)測指標的下位關系，以具體指標作為邏輯起點，形成基于監(jiān)測指標復合式控制區(qū)，實現所布設的監(jiān)測點位與監(jiān)測指標的均質化和異質化程度相符，從而保證所布設監(jiān)測點位空間布局合理，避免監(jiān)測點位、監(jiān)測點位對應監(jiān)測指標冗余的弊端。

本文以克山縣為例對基于監(jiān)測指標復合式控制區(qū)的監(jiān)測點位布設方法進行應用，將全縣原需對有機質、障礙層厚度、耕層厚度、全氮、有效磷、速效鉀、土壤容重、地形坡度、地表巖石露頭度、土壤pH值、灌溉保證率11個監(jiān)測指標、200個點位、2 200次測試化驗，需消耗110 kg土壤樣本量，44萬元監(jiān)測費用的耕地質量監(jiān)測方案，優(yōu)化至需對有機質、障礙層厚度、耕層厚度、全氮、有效磷、速效鉀、土壤容重7個指標、30個點位、81次測試化驗、4.05 kg土壤樣本消耗量、1.62萬元監(jiān)測費用，且研究布設監(jiān)測點位數據對耕地地力調查與質量評價數據具有較好的代表性，優(yōu)化后方案在監(jiān)測針對性、便捷性和監(jiān)測成本表現出明顯的優(yōu)越性，有效的提高了耕地質量監(jiān)測效率。

克山縣未有長期監(jiān)測點位，因此研究僅依據各監(jiān)測指標空間分布特性布設監(jiān)測點位，并未考慮時間維度指標變化情況。后續(xù)應對其開展長期監(jiān)測，并根據監(jiān)測指標在時間序列上的變異情況，進一步優(yōu)化監(jiān)測點位。

對于異常值該文選擇剔除，但是考慮到異常值可能為真實值的原因，下一步應增加異常監(jiān)測信息，進一步深入研究耕地質量監(jiān)測體系。同時，為保證監(jiān)測成果的精確性，建議將一次監(jiān)測方式變革為三次監(jiān)測取均值。此外，對于未有耕地質量相關成果的地區(qū)，該技術方法并不適用。

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Farmland quality monitoring point layout method based on compound control zone of monitoring index

Yang Houxiang, Lei Guoping※, Xu Qiu

(110169,)

The purpose of this research was to explore the layout method of the quality monitoring points of cultivated land, and to solve the unreasonable problem of monitoring point space layout. In this paper, the data source of the research was from the results of farmland productivity survey and quality evaluation. The SPSS software was used to establish a histogram of the number of indicators, and whether the data were continuous and were in a normal distribution was intuitively evaluated. The continuous sample data were used to determine the level and hierarchy of the monitored control area by the variation coefficient method, and according to the error theory, combined with the area control principle, the total number of monitoring points was determined and allocated into different zones according to the monitoring control zone area. For discontinuous data, if it was determined that the variation coefficient method in the monitoring control area would result in an invalid monitoring control zone level, in order to avoid this situation, visual discretization method was used to determine the level of monitoring control. The area of concentration of the target concentration was used as the monitoring control area; the data of the monitoring points after interpolation were continuous, therefore, the intermediate value was used as the endpoint value of the interval of monitoring control zone. The compound control area based on the monitoring index was divided by the space interpolation method of Kriging. The locations of the quality monitoring points of cultivated land were based on the spatial form of the control area of the compound monitoring index. The sampling theory was used to carry out a representative analysis of the monitoring points. 1) The research puts forward farmland quality monitoring point layout method based on compound control zone of monitoring index. Compared with other methods, the method takes full account of the lower relationship of the monitoring points; with specific indicators as a logical starting point, a composite control area was formed based on monitoring indicators; the degrees of homogenization and heterogeneity of the monitoring points were consistent with the monitoring indicators, which ensured that the space layout of the monitoring points was reasonable and avoided the disadvantage of redundancy for the monitoring point positions and the corresponding monitoring indices at monitoring point positions. 2) This paper takes Keshan County as an example to apply the method of monitoring point. The original program needs 11 monitoring indicators including organic matter, barrier layer thickness, plough thickness, total nitrogen, available phosphorus, available potassium, soil bulk density, slope, surface rock outcrop, soil pH value, and irrigation guarantee rate, as well as a total of 200 monitoring points and 2 200 tests, in which 110 kg soil sample and the cost of 440 000 yuan will be consumed. But after the optimization with this method, only 7 monitoring indicators are needed, including organic matter, total nitrogen, available phosphorus, available potassium, plough thickness, barrier thickness, and soil bulk density, and during the investigation process, 30 monitoring points and 81 tests are involved, along with only 4.05 kg soil sample and 16 200 yuan which will be consumed. And the monitoring point data in the layout have a good representation for the data of farmland productivity survey and quality evaluation of cultivated land. The optimized plan shows obvious advantages in monitoring pertinence, convenience and monitoring cost, and effectively improves the quality monitoring efficiency of cultivated land. This method is feasible and has good application value. It can obtain precise and a large amount of information by means of less input, which can be used for the reference for the optimization of land quality monitoring points.

land use; monitoring; land quality; land information; monitoring point layout; compound control area

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.19.036

F301.21

A

1002-6819(2017)-19-0278-09

2017-06-23

2017-09-12

國家自然科學基金項目（41671520）；黑龍江省國土資源科研項目（201411）；黑龍江省國土資源科研項目（201414）

楊厚翔，黑龍江哈爾濱人，博士研究生，主要研究方向為土地利用與規(guī)劃。Email:634548011@qq.com

※通信作者：雷國平，黑龍江青岡人，教授，博士生導師，主要研究方向為土地利用規(guī)劃與土地管理。Email:guopinglei@126.com