试验统计方法在农业环境监测和评价中的应用研究——以江苏省稻米镉检测多级抽样和湖泊渔业水质监测数据分析为例

摘要

农业是我国国民经济中最重要的基础产业。发达的农业是一个国家现代化的标志。然而，在社会和经济发展的过程中，出现诸多农业环境问题，如土壤重金属污染，水资源污染等，制约了我国农业的可持续发展。
　　农业环境监测是我国农业环境保护的一项基础性工作，是农业环境管理体系的重要组成部分。在实际监测工作中，往往采用抽样调查获得有代表性的样本。在具体的统计工作实践中，采用什么样的调查方法、调查多少样本单位、花费多少试验费用、试验精确度如何以及试验数据如何分析，这些一直是人们所关心的问题。本研究以江苏省稻米重金属镉检测多级抽样最优试验方案的确定作为案例一，以江苏省主要湖泊渔业水质监测数据的统计分析作为案例二，探讨试验统计方法在农业环境监测和评价中的应用。首先，就试验统计方法中的抽样策略问题，探讨了江苏省稻米重金属镉检测多级抽样的最佳试验方案。其次，在江苏省主要湖泊渔业水质监测方面，初次采用系统分组资料方差分析方法分析2001-2011年10年间江苏省5个主要湖泊的渔业水质多年多点的监测数据，并应用多指标综合评价法(TOPSIS)对5个湖泊水质进行综合比较。在此基础上，采用物元分析法对太湖、滆湖、洪泽湖、高宝邵伯湖和骆马湖分别进行了渔业水质监测站位的优化布设研究。最后，根据以往江苏省主要湖泊渔业水质监测数据构建了一套湖泊水质综合评价系统。主要研究结果如下:
　　(1)为了探讨江苏省稻米重金属镉检测多级抽样最佳试验方案，本文以一个三级抽样检测结果为例，经方差分析F佥验，发现地市间和样点村间差异均极显著，各级误差方差以地市间最大。在此基础上，探讨了在一定精确度保证下的最优配置抽样方案。结果表明，为了提高调查的精确度，在经费许可的条件下可采用随机抽取6个地市，每个地市随机抽取20个样点村或农技推广站，每个样点村随机重复2次的抽样方案;若资金较为紧张，在保证当前精确度的基础上，亦可以采用随机抽取6个地市，每个地市随机抽取10个样点村或农技推广站，每个样点村随机重复2次的抽样方案。该结果为进行类似的抽样调查提供了重要参考。
　　(2)本文对2001-2011年（不含2004年）10年间江苏省5个主要湖泊的渔业水质监测数据，首次采用系统分组资料方差分析方法和多指标综合评价法(TOPSIS)，进行了监测指标的统计学分析比较与综合评价。结果表明:除铜含量外，5个湖泊间的水温、透明度和溶解氧等14个指标均存在极显著差异;湖泊内站位间的透明度、总氮和总磷差异极显著;站位内年份间的pH、化学需氧量、石油类、总磷、铅、镉和汞差异显著或极显著;渔业水质最好的是高宝邵伯湖，骆马湖水质与之相当，其后依次是洪泽湖、太湖和滆湖，5个湖泊的水质由南向北越来越好，这与江苏南北工业经济发达程度呈高度的关联性。该数据的统计分析，突破了以往针对此类数据无法进行统计推断的局限，可为类似数据的统计分析提供重要借鉴。
　　(3)物元分析法是处理不相容问题的一种有效方法。本文基于2001-2011年（不含2004年）江苏省主要湖泊10年的水质（溶解氧、高锰酸盐指数、总氮、氨氮和总磷）长期定位监测数据，采用物元分析法进行渔业水质监测站位的优化布设研究。结果表明:物元分析法可将洪泽湖的21个监测站位、滆湖的13个监测站位、高宝邵伯湖的18个监测站位、骆马湖的14个监测站位和太湖的35个监测站位，依次优化为15个、10个、14个、11个，和27个。这为提高监测工作的效率提供了理论上的依据，具有较为重要的实践指导意义。
　　(4)在以往的江苏省主要湖泊渔业水质监测数据的基础上构建了一套湖泊水质综合评价系统。该系统可以实现江苏省5大湖泊渔业水质监测数据的批量导入、数据显示以及监测站位的增减等功能，是一套适用于湖泊渔业水质分析的专用计算机软件。

目录

摘要

研究背景、意义和主要内容

第1章 文献综述

1．1 农业环境监测和评价中常用试验统计方法及其主要功用

1．1．1 农业环境监测的重要性

1．1．2 描述性统计及其主要功用

1．1．3 统计推断及其主要功用

1．1．4 方差分析及其主要功用

1．1．5 相关与回归分析及其主要功用

1．1．6 多元统计分析及其主要功用

1．1．7 地统计学及其主要功用

1．1．8 贝叶斯统计及其主要功用

1．2 农业环境监测中的抽样调查

1．2．1 抽样调查的定义

1．2．2 抽样调查与其它调查方法的比较

1．2．3 国际抽样调查发展简史

1．2．4 我国抽样调查的研究与推广

1．2．5 抽样调查的广泛应用

1．2．6 抽样方法及R语言实现

1．2．7 抽样调查在农业环境监测与评价中的应用

1．3 农业环境监测中湖泊水质监测站位优化方法

1．3．1 物元分析法

1．3．2 动态贴近度法

1．3．3 最优分割法

1．3．4 均值偏差法

1．3．5 模糊聚类法

1．3．6 密切值法

1．4 农业环境监测中湖泊水质评价方法

1．4．1 单因子评价法

1．4．2 霍顿(Horton)水质指数法

1．4．3 布朗(Brown)水质指数法

1．4．4 内梅罗水污染指数法

1．4．5 层次分析法

1．4．6 人工神经网络评价法

1，4．7 主成分分析法

1．4．8 灰色评价法

1．4．9 模糊评价法

1．4．10 物元分析法

1．4．11 地理信息系统的应用

参考文献

第2章 江苏省稻米重金属镉检测多级抽样最优试验方案的探讨

2．0 前言

2．1 材料与方法

2．1．1 样品的采集与处理

2．1．2 样品的检测方法

2．1．3 统计分析

2．2 结果与分析

2．2．1 江苏省稻米重金属镉检测多级抽样试验的方差分析

2．2．2 考虑样本容量和精确度时抽样方案的探讨

2．2．3 考虑成本和精确度时抽样方案的探讨

2．3 小结与讨论

参考文献

第3章 基于长期定位监测数据的江苏主要湖泊渔业水质的比较分析与综合评价

3．0 前言

3．1 材料与方法

3．1．1 数据来源

3．1．2 监测指标及测定方法

3．1．3 统计分析方法

3．2 结果与分析

3．3 小结与讨论

参考文献

第4章 江苏省主要湖泊渔业水质监测站位优化布设研究

4．0 前言

4．1 数据来源与分析方法

4．1．1 理想点和期望点的拟定

4．1．2 关联函数的计算

4．2 结果与分析

4．2．1 洪泽湖渔业水质监测站位优化

4．2．2 漏湖渔业水质监测站位优化

4．2．3 高宝邵伯湖渔业水质监测站位优化

4．2．4 骆马湖渔业水质监测站i位优化

4．2．5 太湖渔业水质监测站位优化

4．3 小结与讨论

参考文献

第5章 江苏省主要湖泊水质综合评价系统

5．0 软件简介

5．1 运行环境与软件安装

5．2 软件登录

5．3 功能导航

5．3．1 站点管理(L)

5．3．2 用户管理(U)

5．3．3 角色及权限管理(R)

5．3．4 系统运行日志(O)

5．3．5 Excel数据导入

5．3．6 检测数据统计分析(C)

5．3．7 数据显示设置(S)

5．3．8 显示区域(A)

存在问题与下一步研究设想

附录

致谢

攻读博士学位期间发表的研究论文

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