1、土壤養(yǎng)分的空間分布信息是對土壤資源進(jìn)行研究的基礎(chǔ)信息，把握研究區(qū)內(nèi)土壤養(yǎng)分在地形上的變異特征對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境模擬具有至關(guān)重要的作用。在成土母質(zhì)同源，氣候條件、耕作方式、管理措施相同的條件下，地形是影響土壤養(yǎng)分空間分異的主要因素，對于地形復(fù)雜的丘陵區(qū)域，土壤樣本的獲取需要耗費(fèi)大量成本，合理布設(shè)采樣點(diǎn)以確保土壤養(yǎng)分空間信息完整表達(dá)顯得尤為重要。有效合理的土壤采樣點(diǎn)布局不僅能夠充分反映土壤養(yǎng)分的空間信息，還能大大降低成本。
　　本文以重

2、慶市江津區(qū)永興鎮(zhèn)典型丘陵區(qū)（2km2）為研究區(qū)域，運(yùn)用空間分析理論方法研究探討土壤 pH值、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量的空間變異規(guī)律及其與地形的關(guān)系，利用模擬退火方法確定最優(yōu)采樣密度和最佳取樣單元，并在GIS技術(shù)的支撐下，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法結(jié)合地形因子進(jìn)行預(yù)測性土壤養(yǎng)分制圖。主要研究結(jié)果為：
　?。?）土壤養(yǎng)分之間關(guān)系密切。土壤pH與有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷之間呈顯著負(fù)相關(guān)，土壤有機(jī)質(zhì)與堿解氮、速效鉀之間呈顯著正相關(guān)，土壤有效

3、磷與速效鉀之間呈顯著正相關(guān)。
　　土壤養(yǎng)分存在空間自相關(guān)性。土壤堿解氮和有機(jī)質(zhì)含量具有強(qiáng)烈的空間自相關(guān)性；土壤pH值、土壤有效磷和速效鉀含量具有中等程度的自相關(guān)性。
　　土壤養(yǎng)分與地形因子存在顯著相關(guān)性。土壤 pH值與地形濕度指數(shù)（TWI）呈顯著負(fù)相關(guān)，與水平曲率（HORIZC）和坡度（Slope）呈顯著正相關(guān)，即隨著土壤中水分含量的增加，土壤酸堿度降低；土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮含量與高程（Elevation）、水平曲率（HORI

4、ZC）、坡度（Slope）和相對位置指數(shù)（RPI）呈顯著負(fù)相關(guān)，與地形濕度指數(shù)、坡長（SlpLen）和比匯水面積（SCA）呈顯著正相關(guān)；土壤速效鉀含量與地形濕度指數(shù)和坡長呈顯著正相關(guān)，與其他地形因子的相關(guān)性較弱；即地形越緩，土壤中有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀的含量越高；土壤有效磷含量與地形因子的相關(guān)性較弱。
　?。?）利用模擬退火算法結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對訓(xùn)練集中原始200個(gè)土壤樣點(diǎn)的空間分布進(jìn)行了系統(tǒng)優(yōu)化，對五項(xiàng)土壤養(yǎng)分指標(biāo)都給出了最佳空

5、間布局組合；同時(shí)，針對每一個(gè)樣點(diǎn)組合給出了與其對應(yīng)的預(yù)測誤差（均方誤差）。誤差結(jié)果表明：土壤pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀分別最少可用5、6、7、6、5個(gè)優(yōu)化后的樣點(diǎn)代替原始樣點(diǎn)，且誤差不高于原始200個(gè)樣點(diǎn)的均方誤差。優(yōu)化后的土壤pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷以及速效鉀的最優(yōu)樣點(diǎn)個(gè)數(shù)分別為68、118、87、86、60。
　?。?）以地形因子輔助變量，分別構(gòu)建原始樣點(diǎn)和最佳布局條件下的土壤養(yǎng)分BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，結(jié)果表明：

6、樣點(diǎn)減少后的預(yù)測模型對土壤養(yǎng)分的解釋能力上升，預(yù)測精度增加，模型復(fù)雜度降低。土壤pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀的模型擬合度分別提高了16.88％、14.85%、5.29%、104.26%、59.94%；RMSE分別降低了36.20%、41.69%、19.54%、2.67%、0.1%；MAE分別降低了39.49%、53.49%、0.26%、3.52%、10.41%。
　?。?）為了改善傳統(tǒng)采樣方案土壤樣點(diǎn)設(shè)置不合理的情況，對研

7、究區(qū)分坡位確定取樣單元。根據(jù)研究區(qū)地形特征，將地形部位劃分為上坡位、下坡位、溝谷，并根據(jù)優(yōu)化后的樣點(diǎn)分布情況確定各個(gè)土壤養(yǎng)分在不同坡位上的取樣單元，結(jié)果表明：各個(gè)土壤養(yǎng)分在坡地（上坡位、下坡位）地形上的取樣單元較為接近，溝谷處的取樣單元較大；坡地（上坡位、下坡位）地形上的取樣單元小于溝谷處的取樣單元。綜合各個(gè)土壤養(yǎng)分在不同坡位上的取樣單元和野外采樣的實(shí)際情況，可將各個(gè)坡位上的土壤養(yǎng)分取樣單元平均值作為本研究區(qū)的實(shí)際取樣單元：上坡位的取樣