一种确定土壤压实程度的评价方法与流程

本发明属于农业土壤耕作
技术领域：
，特别涉及一种确定土壤压实程度的评价方法。
背景技术：
：土壤压实是一种由于内力或外力(载重、振动或压力)相互作用而导致土壤体积密度增加和土壤孔隙度降低的现象。80年代以来，由于土壤侵蚀、大气污染、不合理耕作、放牧、过度开垦等原因，土壤生产力发生严重退化现象，可耕地面积逐年缩小。随着我国人口不断增加，日益增加的粮食需求与耕地减少的矛盾逐渐凸现出来，土壤质量或土壤健康成为农业可持续发展的重要因素。近年来，随着农机购置补贴和土地流转政策的大力实施，我国大中型农业机械保有量不断增加，大中型农机具田间工作时对土壤产生土壤压实。农田土壤压实逐渐成为制约农业可持续发展的重要原因。技术实现要素：本发明的目的是提供一种确定土壤压实程度的评价方法,其特征在于，所述确定土壤压实程度的评价方法包括以下步骤：1)建立综合指标体系：进行土壤压实试验后土壤物理特性指标的方差分析，根据方差分析确定土壤压实评价指标，将确定的评价指标分类组合形成一种层次结构，建立一个评价聚类因子的综合指标体系；2)聚类因子权重确定：通过判断矩阵C确定各评价指标权重，应用层次分析法需要进行判断矩阵一致性检验，若具有满意一致性则不需要调整，否则需要调整判断矩阵最初取值；3)土壤压实的综合评判：基于模糊综合判定的基本原理，综合评价土壤压实情况。所述步骤1)中，所述代表土壤压实相关特征指标来源于行业标准或者相关文献中的研究结果，将所有与土壤压实相关的土壤特性指标形成一种层次结构，该层次结构为一级指标：1)土壤物理特性，2)水分特性，3)土壤力学特性；二级指标对应包括：1)土壤容重、土壤孔隙度；2)土壤水分特征曲线、土壤水分；3)土壤抗压强度、土壤剪切强度。所述步骤2)中，所述聚类因子权重确定，包括以下步骤。(a)建立判断矩阵，采用SaatyTL教授提出的比例标度进行比较同一层的两两指标之间的重要程度，并赋予一定数值进行定量化，构成矩阵形式；如果认为土壤物理特性和土壤水分特性同样重要，则Jd13＝1，Jd31＝1；若认为土壤物理特性比土壤水分特性稍微重要则Jd13＝3，Jdb31＝1/3；其中J为比例标度；d表示层次；d13中的数字1、3表示d层次中的元素；两两判断矩阵中各元素的数值大小通过专家评估所得，其中比例标度如下表1所示：表1比例标度的量化比较判断矩阵：C是指c层次相对于d层次的判断矩阵(b)计算各判断矩阵的最大特征值利用计算判断矩阵最大特征值λ(k)max和它的标准化特征向量W(k)＝(C(k)1,C(k)2,…,C(k)m)，特征向量W(k)满足CW(k)＝λ(k)maxW(k)Bk与Cj指标无关时，C(k)j＝0；单一指标Bk下的下层指标C1，C2，…，Cm的单权重为C(k)1,C(k)2,…,C(k)m(c)致性检验判断矩阵的最大特征值：一致性比例R1为平均随机一致性指标，其大小与矩阵阶数有关，具体如下表所示阶数123456789101112131415R1000.50.91.11.31.41.411.461.51.521.541.561.581.59当CR<0.1时，认为判断矩阵是可以接受的，否则重新调整判断矩阵的元素。所述步骤3)中，构建模糊评判矩阵包括以下步骤：(a)模糊综合判定涉及的3个因素因素集：U＝{u1,u2,...,un}确定决策集：V＝{v1,v2,...,vm}，也称为评价集，例如轻微压实，中等压实，严重压实。单因素评价方法：模糊映射f：U→V，即ui→f(ui)＝(ri1,ri2,…,rim)∈F(V)根据模糊映射确定的模糊关系Rf∈F(U×V)Rf(Ui,Vi)＝f(ui)(vi)＝rij，由模糊矩阵R∈Mn×m表示Rf(U,V,R)构成综合评判模型，给定的W∈u1×n(因素权重)综合评价模型B＝W·R综合评价模型B的矩阵即对应每个指标的评价标准；其中，u、r、b为权重因素；综合评价多层次土壤压实将因素U按土壤深度分为几组Ui＝(Ui1,Ui2,…,Uin),U＝{u11,u12,...,u1n,u21,u22,...,u2n,...,up1,up2,...,upn}U＝{u1,u2,...,up}，U为两层因素集，元素ui为一层因素集U的子集。对Ui＝(Ui1,Ui2,…,Uin)中的各个因素进行单因素评价fi·Ui→F(V)ui→f(ui)＝(ri1,ri2,…,rim)∈F(V)，评判矩阵Ri，以(Ui，V，Ri)为原始模型，在Ui中通过AHP法求出诸因素的权重Ai＝(ai1,ai2,…,ain)，求综合评价Bi＝Ai·Ri∈F(V)i＝1,2,3,…,p考虑两层因素U＝{u1,u2,...,up}以Bi作为Ui的单因素判断，建立模糊映射f：U→F(V)，Ui→F(Ui)＝Bi，得2层评价矩阵以(U，V，R)为原始模型，U中通过AHP法求出诸因素的权重A＝(a1,a2,…,ap)求出综合评价：B＝A·R∈F(V)本发明的有益效果，本发明的评价方法具有以下优点：1、通过将大量土壤指标分类分层，作为评价土壤压实指标，构建土壤压实评价模型，为待评价地区准确评价土壤压实状况，整个过程在计算机模拟完成，降低土壤压实评价成本，提高了评价效率；2、本发明可以根据不同地区的实际耕作模式情况，选择合适的土壤压实评价机制。3、层次分析法确定不同层次指标对不同因素的权重是一种科学方法，应用于模糊评价中来评价土壤压实，使评价结果更具有客观性。附图说明图1是土壤压实评价方法流程示意图。图2是聚类因子指标体系图。图3是2级模型转换图。具体实施方式本发明提供一种确定土壤压实程度的评价方法,下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。如图1所示，本发明提供的土壤压实评价方法，包括以下步骤：1)建立综合指标体系：进行土壤压实试验后土壤物理特性指标的方差分析，根据方差分析确定土壤压实评价指标，将确定的评价指标分类组合形成一种层次结构，建立一个评价聚类因子的综合指标体系；2)聚类因子权重确定：通过判断矩阵C确定各评价指标权重，应用层次分析法需要进行判断矩阵一致性检验，若具有满意一致性则不需要调整，否则需要调整判断矩阵最初取值；3)土壤压实的综合评判：基于模糊综合判定的基本原理，综合评价土壤压实情况。本发明方法步骤1)中土壤压实评价指标的选择根据资料文献及相关田间试验数据处理从众土壤指标中选择与土壤压实相关性较大的指标。例如，本实施例从众个指标中选择，土壤物理特性、化学特性、土壤水分特性三个一级指标，在每个一级指标下面又分设二级指标。土壤物理特性下的二级指标：土壤容重、土壤团粒结构、土壤孔隙度、土壤紧实度、土壤机械组成；化学特性下的二级指标：土壤PH值、土壤有机质含量；土壤水分特性下的二级指标：土壤含水量、土壤水分特征曲线、土壤入渗量、土壤持水特性。目标层即为土壤压实评价。本发明方法步骤2)确定评价指标权重的步骤如下：a)构造两两判断矩阵，采用SaatyTL教授提出的1～9比例标度比较某一层的两两指标之间的重要程度，并赋予一定数值进行定量化，构成矩阵形式。比如，如果认为土壤物理特性和土壤水分特性同样重要，则Jd13＝1，Jd31＝1；若认为土壤物理特性比土壤水分特性稍微重要则Jd13＝3，Jdb31＝1/3；其中J为比例标度；d表示层次；d13中的数字1、3表示d层次中的元素；两两判断矩阵中各元素的数值大小通过专家评估所得，其中比例标度如下表所示：最终确定判断矩阵C是指c层次相对于d层次的判断矩阵b)计算权重向量计算步骤如下：①将判断矩阵每一列正规化②每一列正规化后的判断矩阵按行相加③对向量正规化所得到的的W＝(W1，W2，…，Wn)T即为所求特征向量，即为指标权重。c)判断矩阵一致性判断矩阵的最大特征值：一致性比例当CR<0.1时，认为判断矩阵是可以接受的，否则重新调整判断矩阵的元素。本发明方法步骤3)建立土壤压实模糊评价模型，主要步骤包括：①选取评价集。对土壤压实进行评价就要对各选取评价指标进行定量分析，确定各指标的评价集。本例具体评价集参考下表2，但具体每个评价等级的评分区间则根据当地土壤状况及农机使用状况综合评定。表2各指标的具体评价集轻微中等严重0～10cmI级轻微压实I级中等压实I级严重压实10～20cmII级轻微压实II级中等压实II级严重压实②构造模糊评价矩阵因素集：U＝{u1,u2,...,un}决策集：V＝{v1,v2,...,vm}，也称为评价集，例如轻微压实，中等压实，严重压实。单因素评价方法：模糊映射f：U→V，即ui→f(ui)＝(ri1,ri2,…,rim)∈F(V)根据模糊映射确定的模糊关系Rf∈F(U×V)Rf(Ui,Vi)＝f(ui)(vi)＝rij，由模糊矩阵R∈Mn×m表示Rf③模糊综合评判(b)综合评价多层次土壤压实将因素U按土壤深度分为几组Ui＝(Ui1,Ui2,…,Uin),U＝{u11,u12,...,u1n,u21,u22,...,u2n,...,up1,up2,...,upn}U＝{u1,u2,...,up}，U为两层因素集，元素ui为一层因素集U的子集。对Ui＝(Ui1,Ui2,…,Uin)中的各个因素进行单因素评价fi·Ui→F(V)ui→f(ui)＝(ri1,ri2,…,rim)∈F(V)，评判矩阵Ri，以(Ui，V，Ri)为原始模型，在Ui中通过AHP法求出诸因素的权重Ai＝(ai1,ai2,…,ain)，求综合评价Bi＝Ai·Ri∈F(V)i＝1,2,3,…,p考虑两层因素U＝{u1,u2,...,up}以Bi作为Ui的单因素判断，建立模糊映射f：U→F(V)，Ui→F(Ui)＝Bi，得2层评价矩阵以(U，V，R)为原始模型，U中通过AHP法求出诸因素的权重A＝(a1,a2,…,ap)求出综合评价：B＝A·R∈F(V)；其中，u、r、b为权重因素。图2所示聚类因子指标体系图将同一准则内的指标分类，使不同的类代表土壤压实评价的不同方面，通过指标的筛选分析，根据影响的重要程度将指标排列，以及剔除不合理的指标，既保证了筛选出的指标在所在类别中对评价结果影响最大,又避免了同一类指标的信息重复。图3表示2级模型转换图，其步骤包括将因素U分为几组Ui＝(Ui1,Ui2,…,Uin),U＝{u11,u12,...,u1n,u21,u22,...,u2n,...,up1,up2,...,upn}U＝{u1,u2,...,up}，U为两层因素集，元素ui为一层因素集U的子集。对Ui＝(Ui1,Ui2,…,Uin)中的各个因素进行单因素评价fi·Ui→F(V)ui→f(ui)＝(ri1,ri2,…,rim)∈F(V)，评判矩阵Ri，以(Ui，V，Ri)为原始模型，在Ui中通过AHP法求出诸因素的权重Ai＝(ai1,ai2,…,ain)，求综合评价Bi＝Ai·Ri∈F(V)i＝1,2,3,…,p考虑两层因素U＝{u1,u2,...,up}以Bi作为Ui的单因素判断，建立模糊映射f：U→F(V)，Ui→F(Ui)＝Bi，得2层评价矩阵以(U，V，R)为原始模型，U中通过AHP法求出诸因素的权重A＝(a1,a2,…,ap)求出综合评价：B＝A·R∈F(V)。当前第1页1 2 3