一種確定土壤壓實程度的評價方法與流程

本發明屬于農業土壤耕作
技術領域：
，特別涉及一種確定土壤壓實程度的評價方法。
背景技術：
：土壤壓實是一種由于內力或外力(載重、振動或壓力)相互作用而導致土壤體積密度增加和土壤孔隙度降低的現象。80年代以來，由于土壤侵蝕、大氣污染、不合理耕作、放牧、過度開墾等原因，土壤生產力發生嚴重退化現象，可耕地面積逐年縮小。隨著我國人口不斷增加，日益增加的糧食需求與耕地減少的矛盾逐漸凸現出來，土壤質量或土壤健康成為農業可持續發展的重要因素。近年來，隨著農機購置補貼和土地流轉政策的大力實施，我國大中型農業機械保有量不斷增加，大中型農機具田間工作時對土壤產生土壤壓實。農田土壤壓實逐漸成為制約農業可持續發展的重要原因。技術實現要素：本發明的目的是提供一種確定土壤壓實程度的評價方法,其特征在于，所述確定土壤壓實程度的評價方法包括以下步驟：1)建立綜合指標體系：進行土壤壓實試驗后土壤物理特性指標的方差分析，根據方差分析確定土壤壓實評價指標，將確定的評價指標分類組合形成一種層次結構，建立一個評價聚類因子的綜合指標體系；2)聚類因子權重確定：通過判斷矩陣C確定各評價指標權重，應用層次分析法需要進行判斷矩陣一致性檢驗，若具有滿意一致性則不需要調整，否則需要調整判斷矩陣最初取值；3)土壤壓實的綜合評判：基于模糊綜合判定的基本原理，綜合評價土壤壓實情況。所述步驟1)中，所述代表土壤壓實相關特征指標來源于行業標準或者相關文獻中的研究結果，將所有與土壤壓實相關的土壤特性指標形成一種層次結構，該層次結構為一級指標：1)土壤物理特性，2)水分特性，3)土壤力學特性；二級指標對應包括：1)土壤容重、土壤孔隙度；2)土壤水分特征曲線、土壤水分；3)土壤抗壓強度、土壤剪切強度。所述步驟2)中，所述聚類因子權重確定，包括以下步驟。(a)建立判斷矩陣，采用SaatyTL教授提出的比例標度進行比較同一層的兩兩指標之間的重要程度，并賦予一定數值進行定量化，構成矩陣形式；如果認為土壤物理特性和土壤水分特性同樣重要，則Jd13＝1，Jd31＝1；若認為土壤物理特性比土壤水分特性稍微重要則Jd13＝3，Jdb31＝1/3；其中J為比例標度；d表示層次；d13中的數字1、3表示d層次中的元素；兩兩判斷矩陣中各元素的數值大小通過專家評估所得，其中比例標度如下表1所示：表1比例標度的量化比較判斷矩陣：C是指c層次相對于d層次的判斷矩陣(b)計算各判斷矩陣的最大特征值利用計算判斷矩陣最大特征值λ(k)max和它的標準化特征向量W(k)＝(C(k)1,C(k)2,…,C(k)m)，特征向量W(k)滿足CW(k)＝λ(k)maxW(k)Bk與Cj指標無關時，C(k)j＝0；單一指標Bk下的下層指標C1，C2，…，Cm的單權重為C(k)1,C(k)2,…,C(k)m(c)致性檢驗判斷矩陣的最大特征值：一致性比例R1為平均隨機一致性指標，其大小與矩陣階數有關，具體如下表所示階數123456789101112131415R1000.50.91.11.31.41.411.461.51.521.541.561.581.59當CR<0.1時，認為判斷矩陣是可以接受的，否則重新調整判斷矩陣的元素。所述步驟3)中，構建模糊評判矩陣包括以下步驟：(a)模糊綜合判定涉及的3個因素因素集：U＝{u1,u2,...,un}確定決策集：V＝{v1,v2,...,vm}，也稱為評價集，例如輕微壓實，中等壓實，嚴重壓實。單因素評價方法：模糊映射f：U→V，即ui→f(ui)＝(ri1,ri2,…,rim)∈F(V)根據模糊映射確定的模糊關系Rf∈F(U×V)Rf(Ui,Vi)＝f(ui)(vi)＝rij，由模糊矩陣R∈Mn×m表示Rf(U,V,R)構成綜合評判模型，給定的W∈u1×n(因素權重)綜合評價模型B＝W·R綜合評價模型B的矩陣即對應每個指標的評價標準；其中，u、r、b為權重因素；綜合評價多層次土壤壓實將因素U按土壤深度分為幾組Ui＝(Ui1,Ui2,…,Uin),U＝{u11,u12,...,u1n,u21,u22,...,u2n,...,up1,up2,...,upn}U＝{u1,u2,...,up}，U為兩層因素集，元素ui為一層因素集U的子集。對Ui＝(Ui1,Ui2,…,Uin)中的各個因素進行單因素評價fi·Ui→F(V)ui→f(ui)＝(ri1,ri2,…,rim)∈F(V)，評判矩陣Ri，以(Ui，V，Ri)為原始模型，在Ui中通過AHP法求出諸因素的權重Ai＝(ai1,ai2,…,ain)，求綜合評價Bi＝Ai·Ri∈F(V)i＝1,2,3,…,p考慮兩層因素U＝{u1,u2,...,up}以Bi作為Ui的單因素判斷，建立模糊映射f：U→F(V)，Ui→F(Ui)＝Bi，得2層評價矩陣以(U，V，R)為原始模型，U中通過AHP法求出諸因素的權重A＝(a1,a2,…,ap)求出綜合評價：B＝A·R∈F(V)本發明的有益效果，本發明的評價方法具有以下優點：1、通過將大量土壤指標分類分層，作為評價土壤壓實指標，構建土壤壓實評價模型，為待評價地區準確評價土壤壓實狀況，整個過程在計算機模擬完成，降低土壤壓實評價成本，提高了評價效率；2、本發明可以根據不同地區的實際耕作模式情況，選擇合適的土壤壓實評價機制。3、層次分析法確定不同層次指標對不同因素的權重是一種科學方法，應用于模糊評價中來評價土壤壓實，使評價結果更具有客觀性。附圖說明圖1是土壤壓實評價方法流程示意圖。圖2是聚類因子指標體系圖。圖3是2級模型轉換圖。具體實施方式本發明提供一種確定土壤壓實程度的評價方法,下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。如圖1所示，本發明提供的土壤壓實評價方法，包括以下步驟：1)建立綜合指標體系：進行土壤壓實試驗后土壤物理特性指標的方差分析，根據方差分析確定土壤壓實評價指標，將確定的評價指標分類組合形成一種層次結構，建立一個評價聚類因子的綜合指標體系；2)聚類因子權重確定：通過判斷矩陣C確定各評價指標權重，應用層次分析法需要進行判斷矩陣一致性檢驗，若具有滿意一致性則不需要調整，否則需要調整判斷矩陣最初取值；3)土壤壓實的綜合評判：基于模糊綜合判定的基本原理，綜合評價土壤壓實情況。本發明方法步驟1)中土壤壓實評價指標的選擇根據資料文獻及相關田間試驗數據處理從眾土壤指標中選擇與土壤壓實相關性較大的指標。例如，本實施例從眾個指標中選擇，土壤物理特性、化學特性、土壤水分特性三個一級指標，在每個一級指標下面又分設二級指標。土壤物理特性下的二級指標：土壤容重、土壤團粒結構、土壤孔隙度、土壤緊實度、土壤機械組成；化學特性下的二級指標：土壤PH值、土壤有機質含量；土壤水分特性下的二級指標：土壤含水量、土壤水分特征曲線、土壤入滲量、土壤持水特性。目標層即為土壤壓實評價。本發明方法步驟2)確定評價指標權重的步驟如下：a)構造兩兩判斷矩陣，采用SaatyTL教授提出的1～9比例標度比較某一層的兩兩指標之間的重要程度，并賦予一定數值進行定量化，構成矩陣形式。比如，如果認為土壤物理特性和土壤水分特性同樣重要，則Jd13＝1，Jd31＝1；若認為土壤物理特性比土壤水分特性稍微重要則Jd13＝3，Jdb31＝1/3；其中J為比例標度；d表示層次；d13中的數字1、3表示d層次中的元素；兩兩判斷矩陣中各元素的數值大小通過專家評估所得，其中比例標度如下表所示：最終確定判斷矩陣C是指c層次相對于d層次的判斷矩陣b)計算權重向量計算步驟如下：①將判斷矩陣每一列正規化②每一列正規化后的判斷矩陣按行相加③對向量正規化所得到的的W＝(W1，W2，…，Wn)T即為所求特征向量，即為指標權重。c)判斷矩陣一致性判斷矩陣的最大特征值：一致性比例當CR<0.1時，認為判斷矩陣是可以接受的，否則重新調整判斷矩陣的元素。本發明方法步驟3)建立土壤壓實模糊評價模型，主要步驟包括：①選取評價集。對土壤壓實進行評價就要對各選取評價指標進行定量分析，確定各指標的評價集。本例具體評價集參考下表2，但具體每個評價等級的評分區間則根據當地土壤狀況及農機使用狀況綜合評定。表2各指標的具體評價集輕微中等嚴重0～10cmI級輕微壓實I級中等壓實I級嚴重壓實10～20cmII級輕微壓實II級中等壓實II級嚴重壓實②構造模糊評價矩陣因素集：U＝{u1,u2,...,un}決策集：V＝{v1,v2,...,vm}，也稱為評價集，例如輕微壓實，中等壓實，嚴重壓實。單因素評價方法：模糊映射f：U→V，即ui→f(ui)＝(ri1,ri2,…,rim)∈F(V)根據模糊映射確定的模糊關系Rf∈F(U×V)Rf(Ui,Vi)＝f(ui)(vi)＝rij，由模糊矩陣R∈Mn×m表示Rf③模糊綜合評判(b)綜合評價多層次土壤壓實將因素U按土壤深度分為幾組Ui＝(Ui1,Ui2,…,Uin),U＝{u11,u12,...,u1n,u21,u22,...,u2n,...,up1,up2,...,upn}U＝{u1,u2,...,up}，U為兩層因素集，元素ui為一層因素集U的子集。對Ui＝(Ui1,Ui2,…,Uin)中的各個因素進行單因素評價fi·Ui→F(V)ui→f(ui)＝(ri1,ri2,…,rim)∈F(V)，評判矩陣Ri，以(Ui，V，Ri)為原始模型，在Ui中通過AHP法求出諸因素的權重Ai＝(ai1,ai2,…,ain)，求綜合評價Bi＝Ai·Ri∈F(V)i＝1,2,3,…,p考慮兩層因素U＝{u1,u2,...,up}以Bi作為Ui的單因素判斷，建立模糊映射f：U→F(V)，Ui→F(Ui)＝Bi，得2層評價矩陣以(U，V，R)為原始模型，U中通過AHP法求出諸因素的權重A＝(a1,a2,…,ap)求出綜合評價：B＝A·R∈F(V)；其中，u、r、b為權重因素。圖2所示聚類因子指標體系圖將同一準則內的指標分類，使不同的類代表土壤壓實評價的不同方面，通過指標的篩選分析，根據影響的重要程度將指標排列，以及剔除不合理的指標，既保證了篩選出的指標在所在類別中對評價結果影響最大,又避免了同一類指標的信息重復。圖3表示2級模型轉換圖，其步驟包括將因素U分為幾組Ui＝(Ui1,Ui2,…,Uin),U＝{u11,u12,...,u1n,u21,u22,...,u2n,...,up1,up2,...,upn}U＝{u1,u2,...,up}，U為兩層因素集，元素ui為一層因素集U的子集。對Ui＝(Ui1,Ui2,…,Uin)中的各個因素進行單因素評價fi·Ui→F(V)ui→f(ui)＝(ri1,ri2,…,rim)∈F(V)，評判矩陣Ri，以(Ui，V，Ri)為原始模型，在Ui中通過AHP法求出諸因素的權重Ai＝(ai1,ai2,…,ain)，求綜合評價Bi＝Ai·Ri∈F(V)i＝1,2,3,…,p考慮兩層因素U＝{u1,u2,...,up}以Bi作為Ui的單因素判斷，建立模糊映射f：U→F(V)，Ui→F(Ui)＝Bi，得2層評價矩陣以(U，V，R)為原始模型，U中通過AHP法求出諸因素的權重A＝(a1,a2,…,ap)求出綜合評價：B＝A·R∈F(V)。當前第1頁1 2 3