姜城[1]2000年在《不同经营体制下土壤养分空间变异规律及管理技术的研究》文中认为近年来，土壤养分空间变异及精准农业管理技术研究十分活跃，进展迅速。而我国在这一领域的研究才刚刚起步，土壤养分管理技术与发达国家相比还有很大的差距，对作物的推荐施肥仍是基于15～20ha大小的地块，忽视土壤养分在地块内部的空间变异，这样不但造成了资源的极大浪费，而且也对环境产生了不利的影响。为形成一套有中国特色的精准土壤养分管理技术体系，最大限度地发挥肥料的增产潜力，本文选择了现今中国两种具有代表性的农业生产模式，即农户承包分散经营和较大规模的集体经营，结合“3S”及计算机技术来研究农田土壤养分时空变异规律及精准养分管理技术，取得了如下几个方面的进展：1．农业生产措施对土壤的速效磷和有机质的含量有较大的影响。在16年的时间里， 长阳农场集体经营的72个地块的有机质含量呈增长的趋势，上升最大幅度可达 1.12％，平均为0.14％；土壤速效磷含量在整体上呈下降的趋势，下降的最大幅 度可达68.5mg/kg，平均为10.9mg/kg。72块耕地的土壤养分含量存在着一定程 度的变异，粒径小于0.05mm和小于0.001mm土粒含量的变异也较大，变异程 度几乎与各种土壤速效养分的变异相当。各地块的作物产量也存在着很大的变 异，但产量与用传统随机取样法所采集的土壤样品的各项理化指标的相关性并不 十分显著。对于发展高产、高效、优质的可持续农业来说，研究地块内土壤养分 的空间变异规律是十分必要的。2．应用地理信息系统（GIS）进行分析可以进一步明确地块内的土壤养分状况，反 映土壤养分空间变异规律，并可以为解释土壤养分空间分布特征提供必要手段。 河北邯郸市陈刘营村分散经营条件下的土壤分析结果表明，pH的变异系数最小， 而P、K、B的变异系数则高达30％以上，农户承包经营条件下土壤各种指标的 变异相对于集体返承包条件下来说都有增大的趋势。长阳农场集体经营地块的主 要土壤养分元素的变异程度也较大，变异系数都超过了15％，另外，两个研究地 块的土壤质地也都有一定程度的变异。大多数土壤养分都表现出正偏峰或负偏峰 的分布特征。3．各种土壤速效养分的空间自相关距都比较大，最小在100米左右，最大的高达几 百米，而且土壤养分在地区之间及地块之间的均一程度很不一致。不同地块不同 养分的空间分布受区域性和随机性因素的影响程度不同。分散经营条件下，土壤 养分的空间分布与农民的施肥习惯、作物品种及管理水平有直接关系。在两个地 块所采用的取样间隔没有超过各种养分的空间自相关距，对各种速效养分的评价 是比较可信的。4．集体经营条件下地块内的小麦产量及产量组成，如千粒重、穗粒数及亩穗数都有 一定程度的变异，而且以千粒重的变异系数相对较小。研究地块作物最高与最低 产量之差都超过了4000kg/ha。与土壤养分不同，作物产量、千粒重、穗粒数、 亩穗数等的空间自相关距相对较小，都在80米左右，远低于土壤养分的空间自 相关距。作物产量在不同的地块上所表现的均匀程度有较大差异。大量元素在作 物籽粒中的变异要小于微量元素。作物籽粒养分P、K、Fe、Zn移走量与作物产 量有显著相关关系。小麦产量及产量相关指标与士圾速效养分、有机质及土壤质 地有一定的相关性。可以认为，土壤养分的空间变异是作物产量空间变异的主要 影响因素。5．在本文的田间试验中，推荐处理与传统的不施磷钾处理相比有明显的增产效果， 而且与其它处理相比也具有一定的产量优势。在一个地块里的两个有明显地力差 异的区域对作物产量有明显不同的贡献。在施肥量相同的条件下，土壤速效磷和 速效钾较低的区域与含量较高的区域相比产量有明显的差距。只有在相对增加肥 料的用量的情况下，低养分区才有可能与高养分区的产量相接近，证明根据土壤 养分变异来实施变量施肥是必要的。6．在GIS上通过将农户地块图与土坝速效养分分布图进行叠加，就可以明确每个 农户地块的土壤肥力状况，从而使推荐施肥由传统的 15rpoha地块执行一种推荐 方案发展到对单个农户进行推荐成为可能．棉花的产量结果证明，以农户为基础 进行肥料推荐可以使作物得到相对更加精确合理的养分供应，获得相对较高的产 量，而且农户之间的产量差异远低于统一配方。在集体经营模式下，可以根据土 壤养分的空间变异状况并结合一些明显的地物特征来进行土壤养分管理单元的划 分。7．利用地理信息系统所作的土壤养分分布图对于表现土壤养分变异规律，确定合理 的取样数量具有一定的参考意义。对于某些特殊的区域尤其是在土壤养分变异在 地块内不同区域之间存在着较大差异的情况下，可以根据土壤养分空间变异状况 并结合当地的一些明显的地物特征来划分土壤取样管理区。按土壤养分空间变异 异状况来分配土壤取样数量可以降低取样成本，提高取样效率。各种元素在一定 精度和允许误差条件要求下所需要的取样数量有一定的差异，在实际应用中可
黄立梅[2]2010年在《农田养分空间变异特征及精准/分区管理技术研究》文中研究指明土壤养分供应与作物养分需求在空间上的不协调是限制作物高产和养分高效利用的关键因素之一,但目前结合不同网格取样尺度、土壤养分、作物产量和养分吸收,探讨农田养分空间变异特征及精准/分区平衡施肥技术的报道甚少。本文应用GPS、GIS等有关信息技术和地统计学方法,研究了规模经营的黑龙江江川农场水稻、分散经营的河北衡水冬小麦-夏玉米和分散经营的吉林陶家春玉米三个试区三种网格(50 m×50 m、100 m×100 m和150 m×150 m)取样尺度下农田土壤养分空间变异特征及其与作物产量的空间关系和精准/分区平衡施肥技术的应用效应,为发展适合我国国情的农田土壤养分精准/分区管理技术提供理论基础,主要研究结果如下:1.农田土壤养分空间变异特征采用传统统计和地统计相结合的方法,对江川农场水稻试区、衡水冬小麦-夏玉米试区和陶家春玉米试区农田土壤养分空间变异特征进行了研究。规模经营的江川农场水稻试区土壤养分主要限制因子是N、P、K和Zn;三种网格(50 m×50 m、100 m×100 m和150 m×150 m)取样尺度下试区9个水稻田块间土壤主要养分含量差异总体上均显著,但同一田块三种网格取样尺度下土壤主要养分含量差异总体上均不显著;三种网格取样尺度的同一土壤速效养分在空间分布上具有较明显的空间相似性。表明按150 m×150 m网格进行土壤取样,能对规模经营稻田不同田块土壤主要养分状况进行正确评价;对规模经营的江川农场试区稻田可按田块(6.3-12.9 hm2/田块)为管理单元进行土壤养分分区管理。分散经营的衡水冬小麦-夏玉米试区土壤养分管理的重点是N、P和K,对土壤Zn也要引起一定重视。在50 m×50 m、100 m×100 m和150 m×150 m三种网格取样尺度下,试区同一土壤养分含量概况基本无差异,同一土壤养分在空间分布上具有较明显的空间相似性。显示按150 m×150 m网格进行土壤取样,能对分散经营冬小麦-夏玉米试区农田土壤主要养分状况进行比较正确的评价,大大降低成本和工作量。分散经营的陶家春玉米试区土壤养分主要限制因子为N、P、K和Zn;试区同一生产小组三种网格(50 m×50 m、100 m×100 m和150 m×150 m)取样尺度间土壤主要养分含量差异总体上不显著;生产小组间50 m×50 m和100 m×100 m两种取样尺度的土壤速效P和Zn含量差异显著;三种网格取样尺度的同一土壤速效养分在空间分布上具有较明显的空间相似性。表明按150 m×150 m网格进行土壤取样,能对试区不同生产小组土壤OM和速效K状况进行正确评价,而对土壤速效P状况的评价被低估,对土壤速效Zn状况的评价被高估;对分散经营的陶家试区土壤OM和速效K可按生产小组(18.1-34.8 hm2/生产小组)为管理单元、土壤速效P和Zn可将生产小组分成2个区域进行土壤养分分区管理。在“十二”期间及以后,在东北平原、华北平原等粮食主产区发展适度规模经营前景广阔。上述结果显示,对分散经营的吉林陶家和河北衡水试区进行适度规模经营养分管理基本可行(对土壤主要养分可将生产小组分成1-2个区域,适度规模经营面积一般100亩以上),也易于指导平衡施肥和有利于提高生产效益。2.土壤养分空间变异性与作物产量的关系在上述三个试区按100 m×100 m网格测定作物籽粒和秸秆产量,并采集籽粒和秸秆样品,初步探讨了作物产量空间变异特征及其与养分吸收和土壤养分的空间关系。结果表明,不同经营体制和生产条件下作物籽粒产量和养分吸收总量的空间变异均较大,变异系数分别在9.7%- 15.8%和8.2%-21.1%之间。作物籽粒产量空间变异与作物整个生育期N、P2O5和K2O吸收总量空间变异之间密切相关,相关系数分别在0.76-0.87、0.68-0.90和0.35-0.65之间。土壤速效养分是作物吸收养分的最主要来源之一,水稻、冬小麦、夏玉米和春玉米整个生育期间氮和磷吸收总量空间变异与种植前土壤OM或相应土壤速效氮或磷的空间变异之间呈显著或一定的正相关,而冬小麦钾吸收量与种植前土壤速效钾含量之间呈极显著的正相关。土壤养分供应状况是作物产量潜力发挥最为重要的因素之一,作物籽粒产量的空间变异与土壤OM和速效养分的空间变异之间有显著的或一定的相关性。江川农场试区水稻籽粒产量与土壤OM和速效N含量之间呈显著或极显著的正相关;河北衡水试区冬小麦籽粒产量与土壤OM含量之间呈极显著的正相关,与土壤速效磷与锌含量之间均呈一定的正相关,而夏玉米籽粒产量与土壤NH4+-N含量之间呈极显著的正相关;吉林陶家试区春玉米籽粒产量与土壤OM、NO3--N和速效Zn含量之间呈显著或极显著的正相关。3.作物适宜氮磷用量及精准/分区平衡施肥技术针对衡水和陶家两试区氮磷不合理施用、肥料利用率低等问题,对两试区中等土壤肥力区域氮和磷的适宜用量进行了探讨。结果表明,在河北衡水试区中等土壤肥力区域,冬小麦适宜N和P2O5用量范围分别为220-260和90-110 kg/hm2,夏玉米适宜N和P2O5用量范围分别为220-280和95-115 kg/hm2;在吉林陶家试区中等肥力区域,春玉米适宜N和P2O5用量范围分别为170-190和60-75 kg/hm2。在明确上述试区土壤养分空间变异特征、养分合理施用技术等的基础上,应用土壤养分信息化管理和高产高效推荐平衡施肥咨询服务系统,提出了作物高产高效精准/分区平衡施肥技术。田间校验试验表明,精准/分区平衡施肥技术能显著提高作物产量、经济效益和氮肥利用率。与习惯施肥相比,江川农场试区水稻分区平衡施肥技术增产4.3%-11.2%,增收778.70-1532.00元/hm2,提高氮肥利用率12.6-14.0个百分点;河北衡水试区冬小麦分区平衡施肥技术增产6.7%,增收992.5元/hm2,提高氮肥利用率15.2个百分点;夏玉米分区平衡施肥技术增产5.3%-9.0%,增收454.19-464.92元/hm2,提高氮肥利用率8.4-10.7个百分点;吉林陶家春玉米分区平衡施肥技术增产7.3%-8.9%,增收1280.94-1647.78元/hm2。
陈彦[3]2008年在《绿洲农田土壤养分时空变异及精确分区管理研究》文中提出土壤特性不仅具有明显的空间变异,而且这种变异在时间上也表现出一定的变化。但我国传统农业生产通常以田块作为均质耕种单元,在同一地区所有的农田上,单位面积上的物质投入量基本相同。这种耕作模式使得施肥缺乏针对性,容易导致区域内养分供给不平衡、肥料利用率低。正确、全面地认识田间土壤特性的时空变异状况,确定合理的土壤养分管理单元,并据此相应调整物质的投入量,是实现农田土壤精准管理的基础,也是土壤资源可持续利用的前提。精准农业就是按照田间每一管理分区的具体条件,采用不同的土壤管理办法,相应调整物质的施入量,避免对整个田块实行完全统一的管理方式。目前国内土壤养分研究者多依据内地农田实际情况,在较小尺度范围(条田)内展开土壤养分分区管理研究。新疆生产建设兵团农业生产具有农田面积大,机械化程度高、组织管理统一、各团场内自然气候条件基本一致等特点,团场辖下的连队间又具有农田土壤养分分布的差异性。在新疆兵团大型农场展开农田土壤养分分区管理研究可为探索适合新疆特色的精准农业管理模式提供参考,也为较大区域农田进行土壤养分分区管理、推荐施肥提供必要的科学依据。本研究综合运用地理信息系统空间分析技术、地统计学和模糊c-均值聚类算法(FCM),在对新疆农七师125团农田土壤养分时空变异特征进行研究的基础上,评价适合兵团农业生产经营模式的土壤养分分区管理的可行性,分别从农田土壤养分时空变异分析、不同尺度农田土壤养分空间变异特征及基于FCM的农田精确管理分区划分三方面进行研究:(1)农田土壤养分时空变异特征研究运用GIS与地统计分析相结合的方法,对1996年与2005年两个时期农田土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾的时空变化特征进行研究。2005年土壤有机质含量较1996年有所增加;全氮含量总体有略微下降;速效磷含量略有下降,含量偏低;速效钾含量虽有下降但总体含量依然较丰富。经过长期较一致的种植及耕作管理,土壤养分及有机会自含量已逐渐趋向均一,变异系数呈下降趋势。空间结构上,2005年土壤有机质和速效磷的空间相关性比1996年有所下降,土壤全氮和速效钾的空间相关性则有所增大。变程的变化显示土壤有机质的空间相关距离有略微提高,其空间分布特征的变化相对较小;全氮、速效磷和速效钾的空间相关距离有明显减小,空间分布特征的变化较大。时间变化上,土壤有机质时间稳定性最低,全氮、速效磷次之,速效钾稳定性最好。4种土壤养分要素的时间稳定性分布趋势总体上均呈现出由北向南逐渐稳定的特点。大规模机械化作业、施肥技术的改进等人为活动是研究区养分分布格局及含量发生变化的主要原因。针对研究区土壤养分时空变异特征,提出“稳氮、增磷、酌情补钾”的施肥建议。尽管研究区各养分的时空变异程度各不相同,但其空间变异结构随时间均保持了相对稳定,具备了进行农田精确分区管理的要求。(2)不同尺度下农田土壤养分空间变异特征研究利用GIS和地统计学方法在大(团场)、中(连队)、小(条田)三个尺度下对土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾含量的空间变异性进行对比研究,并对兵团农田土壤管理分区基本管理单元的适宜尺度确定进行探讨。三种尺度下土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾的变异系数表现为中等空间变异性,大尺度下变异系数较大,中小尺度下土壤养分的变异系数较小且较为接近。从空间变异结构特性比较分析来看,三种尺度下土壤有机质、全氮和速效磷表现为中等空间相关性,大中尺度土壤速效钾表现为强烈空间相关性,小尺度速效钾则表现为纯块金效应。随采样尺度增加,土壤养分的变异和空间相关性均呈增加的趋势。小尺度土壤养分由随机因素(施肥、作物、管理水平等人为因素)引起的空间变异性占较大比重;而大尺度下土壤养分的空间分布主要受结构性因素(土壤母质、地形、气候等非人为因素)影响。从kriging插值结果看,大尺度土壤养分空间分布图会忽视较小尺度下的养分空间分布特征;在小尺度土壤养分空间分布图上,大尺度的变异也往往由于比较微弱而被忽视;中尺度土壤养分则能较准确地反映出大尺度与小尺度的空间分布信息,由取样尺度不同所造成的结构性或随机性变异对中尺度的空间自相关范围影响均不强烈。结论:在对农田养分进行管理分区研究时,以中尺度作为基本分区管理的基本单元进行土壤养分分区管理较为合适。(3)基于FCM算法的农田精确管理分区研究在充分了解研究区土壤养分时空变异特征及确定研究区农田管理分区适宜尺度的基础上,应用模糊c-均值聚类算法对农七师125团农田进行精确田间管理分区的划分研究。该研究以影响棉花产量的土壤属性限制因子为数据源,以棉田产量数据为外部变量,综合运用FPI、c-φ多次组合法和基于外部变量的多元回归方法来确定适宜的分区数及模糊指数,同时利用混乱度指数(CI)表征样点模糊隶属关系的不确定性复杂程度。结果表明,研究区可划分为4个管理分区,各管理分区土壤属性的变异系数均较分区前全研究区有所减小,分区间各土壤属性差异显著,同时全研究区的混乱度指数较低,不同模糊类别交叠程度小,地理空间上土壤的隶属关系相对明确。说明在研究区内模糊分类的输出结果符合管理分区的定义,分区结果可以作为平衡施肥的单独决策单元。在分区平衡施肥效果试验中,推荐施肥处理的产量与传统对照施肥处理相比有一定的增产效果,养分含量较低的分区增产效果较为明显;并且推荐施肥处理的施肥量及施肥成本均有显著下降。利用分区平衡施肥法对土壤养分进行评价和推荐施肥基本上可以达到施肥的针对性,做到因土施肥、精确管理,提高肥料利用率,增加经济效益和环境效益。
吕玉龙[4]2007年在《毛竹笋竹林土壤营养空间变异与分区式施肥推荐》文中研究说明毛竹(Phyllostachys pubescens)是我国分布面积最大,范围最广,开发利用程度最高,对竹产区地方经济、竹农收入影响最为深远的集经济、生态、社会效益于一体的竹种。随着集约化经营程度的提高,毛竹林肥培管理的技术逐渐突显其重要作用,科学合理的平衡施肥是毛竹林取得高产高效与可持续发展的最终目标。本文采用参与式研究方法,提出了毛竹林培育的技术需求,并结合土壤测试与大田试验建立了毛竹林分区推荐施肥技术路线。取得的主要研究结论如下:1、通过参与式研究法发现,目前在我国竹子主产区竹农对竹林高产高效培育的技术需求很强烈,且以肥培管理为主的培育技术需求性最大。但在肥培管理技术中还存在着肥料类型单一、用量不合理,经验定肥的现象。2、通过土壤测试分析,发现毛竹林土壤营养存在着明显的空间变异现象;结合对竹农的肥培管理制度的调查,这种变异主要是和竹农的施肥制度有关。随着施肥差异的增大,这种变异在不同地块和空间中更加明显;但若施肥制度相似则经过长期的管理,竹林的营养空间分布状况会趋向一致性。3、对毛竹林开展分区施肥推荐可以依据二级制来进行推荐施肥,即在较大的空间内由于存在着土壤类型间的差异,可先进行按土类的一级分区制;而对于相同土壤类型下,可按照竹农的肥培制度的差异性进行二级分区;通过对分区内土壤测试后再进行施肥推荐。4、遂昌毛竹林分区施肥推荐试验结果显示,分区施肥推荐相对于常规的测土施肥方法,其操作方法更简单,且推荐施肥量由于考虑了土壤营养的空间变异性,更客观的反映了土壤营养的空间分布状况,不仅增产效果十分明显,而且有利于平衡和改善林地土壤养分状况。
王永旭[5]2014年在《新疆岳普湖县土壤属性空间变异特征及其影响因素分析》文中研究说明土壤是人类赖以生存和发展的最根本的物质基础，分析土壤属性空间变异特征可以有效地揭示土壤各属性在空间上的分布情况，为土壤改良与高效利用提供一定的理论依据。由于不同地域内的气候条件，地形地貌，成土母质以及耕种方式存在差异性，导致不同地域内的土壤属性空间分布各不相同。目前，对于新疆盐渍化土壤的空间变异研究尚不完善，需要人们投入更多的精力来进行分析。本论文以南疆岳普湖县典型盐渍化耕地作为研究区域，旨在揭示现阶段主要土壤属性的分布规律，明晰其空间变异特征及影响因素。研究团队于2009，2010，2011年在南疆岳普湖县地区开展了大规模、高密度的野外试验，共采集分析0-20cm土壤样品3575个，同时获取了各采样点经纬度、海拔高度、地貌类型、坡向、坡度、土壤类型、灌溉方式、土地利用方式等相关信息。实验室统一测定的指标有土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、土壤pH值、水溶性总盐有效铁、有效锰、有效铜、有效锌等。利用GIS技术结合地统计学对上述几种土壤属性进行了研究，主要研究结果有：（1）在研究区土壤中，有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、有效铁、有效锰、有效铜、有效锌、pH值及总盐的平均值分别为13.58g/kg、56.25mg/kg、14.11mg/kg、157.29mg/kg、11.02mg/kg、5.32mg/kg、2.12mg/kg、0.68mg/kg、8.36、5.21g/kg；有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、有效铁、有效锰、有效铜、有效锌变异系数在20.47%～67.65%之间，也属于中等程度变异，pH值变异系数为2.7%，呈弱变异性，水溶性盐分变异系数为101.3%，呈强变异性。（2）依据第二次土壤普查中土壤各属性含量分级标准分析，有机质含量等级以“平”为主，绝大部分有机质等级处于4级，占全部采样点的91.97%；碱解氮含量等级处于4级～5级，以“缺”为主；有效磷含量等级处于3级～4级，以“平”为主；速效钾含量等级处于2级～3级，以“丰”和“平”为主；土壤中有效铁、有效铜含量等级为“丰”；有效锰、有效锌含量等级为“缺”；pH值普遍呈弱碱性；土壤总盐含量处于中低盐度，表明研究区耕地普遍属于轻度盐渍化。全县耕地综合养分含量较低，普遍存在盐碱化特征，耕地开发潜力较大。（3）对全国第二次土壤普查中岳普湖县地区的土壤养分数据与本研究数据进行对比，结果表明在2011年时全县有机质、碱解氮、速效磷含量水平比1981年时均有所提高，但养分含量总体仍然处于较低水平。全县耕地总体表现出典型干旱区土壤养分匮乏、潜在肥力不足的特征。（4）以上几种土壤属性的空间分布规律形成的原因是自然因素和人为因素综合作用的结果，其中有机质、碱解氮、速效钾、有效铁、有效锰、有效铜的分布规律主要与土壤母质、气候条件等结构性因素的影响有关；而有效磷的分布规律主要受到施肥及耕作方式的影响；有效锌与pH值未表现出明显的变化特征；土壤总盐分布规律受气候与灌溉方式综合作用影响明显。
于婧[6]2007年在《基于GIS和地统计学方法的土壤养分空间变异及应用研究》文中研究说明土壤特性的空间变异性普遍存在。但我国传统农业生产通常以地块作为均质耕种单元，依照农户生产习惯或大范围的农业技术推荐组织施肥和生产。这种耕作模式一方面使得施肥缺乏针对性，容易导致区域内养分供给不平衡、肥料利用率低，另一方面易于引起地下水环境的污染。正确、全面的认识田间土壤特性的空间变异状况，了解作物生长与土壤性质的适宜和耦合机制，确定合理的土壤养分管理单元，是实现“因地制宜”、“因时制宜”、“因物制宜”的土壤管理的基础，也是土壤资源可持续利用的前提。本文采用野外调查、室内分析，结合数理统计学、地统计学及生态学等多种方法，借助3S和计算机等技术，以江汉平原后湖农场流塘分场为样区，系统分析了区域土壤养分的空间变异规律、尺度效应及驱动力，构建了多采样尺度的套合模型，对于深入揭示变量的空间变异规律，简化和优化采样方案，推进空间变异领域的研究具有重要的理论意义；同时，探讨了基于作物品质挖潜、最大资源优势、最大经济收益等多目标的土壤养分管理方案，获得了一些有意义的成果。为我国精准农业的实施提供理论指导和决策依据。主要研究结果如下：1土壤养分空间分布特征应用嵌套采样法获取400m，100m和50m三个采样尺度的土壤样本，测定土壤pH值、CEC、有机质、全氮、有效氮、有效磷、有效钾、有效铁、有效铜、有效锌和有效硼含量，采用经典统计学方法分析了土壤养分的概率统计特征，结果表明：样区土壤氮、磷、钾元素含量处于中等水平，有机质含量偏低，土壤保肥能力较弱，有效铜、有效铁含量较高，明显缺乏有效硼和有效锌。比较分析采用不同数据集时样点的空间插值精度，认为应用全样点数据集插值效果最好，精度最高；应用地统计学方法，探讨了各变量的空间结构特征，并对全样点进行插值，获取土壤各性状的空间分布规律。研究表明，土壤各变量均存在半方差结构，以球状模拟模型拟合效果最好，但不同土壤变量的空间变异特征不同。土壤物理性状以及有机质、全氮、有效氮等受水热条件影响较大，整个区域上变异较稳定，呈条带状分布；有效钾、有效磷等受随机性因素影响稍大，空间渐变规律较差；微量元素由随机因素引起的空间变异所占比例最大(有效铁除外)。2土壤养分空间结构的尺度效应与多尺度套合以土壤全氮为例，应用地统计学方法探讨了土壤要素在不同采样尺度上的结构特征和分布规律，土壤全氮在不同采样尺度上都存在空间变异性，由于影响因素的差异，其特征函数不同，尺度效应明显。借助单因变量多因素方差分析法探讨了不同采样尺度上土壤全氮空间变异规律产生的驱动因素。在400m采样尺度上，以耕地利用类型对全氮的空间分布影响最大；100m采样尺度上，土壤类型、地势高低对氮素分布的影响较大，农户行为在特定的区域内能够表现出显著影响，而耕地的利用类型对其影响不显著；50m采样尺度上，土壤类型对氮素的分布仍具有显著影响，农户管理行为在全样区内均有显著的影响。在地学多尺度结构嵌套理论的基础上，定量探讨了多种套合方法在土壤养分空间变异表达中的应用，结果表明以全样点的普通克立格法为基础获取大尺度的空间结构，并应用中小尺度模型对其进行校正所得模型拟合精度最高。3土壤养分对棉花品质潜力发挥的影响采用主成分分析法对棉花品质5项指标进行了综合表达，认为棉花品质可由光洁度因子、纺纱支数因子和透气性因子三个主成分来代表。棉花品质的光洁度因子主要反映了棉纤维的整齐度与比强度，与全氮(有机质)和pH值有关；棉花品质的纺纱支数因子主要反映了纤维的长度和伸长率，该部分品质性状主要与棉花的种质遗传性有关，受土壤养分作用较小，以伸长率表现最为突出，有效铁含量对于发挥种质的潜力有显著影响；棉花品质的透气性因子与土壤有效铁(有效锌)含量有极显著相关关系，说明改善土壤的微量元素供应状况对于提高棉纱的透气性有重要的意义。4样区耕地土壤适宜性评价应用生态位适宜度理论，以50m×50m栅格作为评价单元，获取耕地对不同作物的适宜性及区域土壤限制因子。结果表明，研究区生境条件整体较好，各单元对作物的适宜性以1、2级为主；样区西南部对各作物的土壤适宜性均较高，与其土体结构好、有机质和有效养分含量高有关；样区东南部和西北部边界区域对各作物的适宜性均较差，与其CEC和有机质含量低，保肥供肥能力弱有关；从样区整体上看，有效硼、有效锌含量低，已成为限制农业生产潜力发挥的重要因素。以各作物生态位适宜度值为基础，根据最大最优及高适宜性耕地同级比较的原则，分别确定最大资源优势和最高经济收益方案下各评价单元的最优轮作模式。结果表明，同季作物以水稻、小麦的生态位适宜度较高；最大资源优势方案下，水稻-小麦轮作方式的推荐范围最广，其次为水稻-油菜、棉花-小麦和棉花-油菜；最大经济收益方案与农业生产实践布局有高度的吻合性，棉花-小麦的推荐范围最广，依次为水稻-小麦、棉花-油菜和水稻-油菜。5土壤养分的管理分区对土壤要素各变量进行主成分分析，提取了两个综合性指标。第一主成分反映土壤的保肥能力和氮、钾素含量，第二主成分反映土壤微量元素以及有效磷的含量状况。应用频率直方图法，确定各主成分分级；将主成分分级图与pH分区管理图叠加获取基于土壤养分现状的管理分区图，样区可划为14个管理分区，平均每个分区面积约38.28hm~2，最大分区为A_2-B_1-P_2管理区，占样区总面积的约30％。叠加土壤(土属)图、地势图和最大经济收益方案下的推荐轮作方案图，获取具有时间稳定性的土壤养分管理分区图，样区可分为42个管理小区，小区平均面积约12.76hm~2，最大分区为A_2-B_1-12b-P_2-E_2-R_1管理区，约占样区总面积的16％。
张云贵[7]2014年在《基于土壤养分空间变异的烤烟变量施肥研究》文中研究说明精准施肥是精准农业的标志性技术。本文以烤烟精准施肥作为研究内容,对不同地形条件下烤烟精准养分管理中的土壤取样、施肥指标体系、分散经营条件下养分分区管理与适度规模经营的精准养分管理、变量施肥机设计等关键技术环节进行了研究,为精准农业技术应用提供科学依据。主要结论如下：精准施肥是精准农业的标志性技术。本文以烤烟精准施肥作为研究内容,对不同地形条件下烤烟精准养分管理中的土壤取样、施肥指标体系、分散经营条件下养分分区管理与适度规模经营的精准养分管理、变量施肥机设计等关键技术环节进行了研究,为精准农业技术应用提供科学依据。主要结论如下：1.土壤养分和pH值的块金效应为强到中等,变异来源主要为结构变异,满足地统计和插值分析的基本条件,适合精准养分管理。4种地形的有效变程平均值顺序为pH值>有机质>碱解氮>有效磷>速效钾,该规律和烤烟磷、钾养分过量投入相符合。同一土壤测试指标在不同地形条件数据分布和最优拟合模型不完全相同,同一指标同一地点2010、2013年的数据分布和最优拟合模型也不完全相同,模型的时空稳定性差,时空改变都需要规模采样,限制了其在指导施肥中的应用能力。2.用于养分管理的植烟土壤取样,基于Cochran公式,置信水平设定为90%,允许误差设定为15%时,可以满足施肥推荐的要求,此时,缓坡地、坝子地和平原的土壤样品代表面积分别为0.73hm2、1.01～1.56hm2、1.92hm2。用于精准养分管理的植烟土壤网格取样,根据半方差分析,缓坡地、坝子地和平原烟田的网格取样最大间距分布为58.2m、134.4～177.5m、234.0m。3.田间试验表明：黄壤烤烟养分吸收的主要问题是旺长期前磷钾养分吸收(4%、4%)偏低、成熟期氮素吸收(35.5%)偏高、导致干物质积累偏晚,百公斤商品烟叶的N、P2O5、K2O需求分别为4.51kg、0.29kg、5.31kg。水稻土烤烟氮磷钾养分吸收主要集中在40～80d；旺长期前磷钾养分吸收(6.1%、3.7%)偏低是养分吸收的主要问题,百公斤商品烟叶的N、P2O5、K20需求分别为4.25kg、0.41kg、6.29kg。农户调查表明：习惯施肥的主要问题是氮、磷、钾肥料投入高于烤烟需求量,而有机肥投入不足,N、P2O5、K2O盈余分别为35.7kg/hm2、103.5kg/hm2、169.5kg/hm2,碳亏缺438.0kg/hm2。4.根据贵州省黔北田间试验、农户调查、植烟土壤养分含量的频率分布、养分分级文献建立贵州黔北烟草施肥指标体系。把遵义市植烟土壤养分应用于黔北施肥指标体系,计算遵义市烟草平均养分推荐为：基肥N、P2O5、K2O推荐量分别为64.58kg/hm2、75.1kg/hm2、157.65kg/hm2;追肥N、P2O5、K2O推荐量分别为27.68kg/hm2、Okg/hm2、55.35kg/hm2。提出基肥配方为“10-11-24”,追肥配方保留原有农户习惯施肥的追肥配方“15-0-30”。5.提出无变量机具支持情况下分散经营土壤养分管理分区的基本步骤。即：土壤养分插值、以地块为单元统计土壤养分、依据施肥模型针对地块进行肥料养分推荐、聚类分析地块肥料养分形成针对地块的养分管理分区。规模经营且变量施肥机支持的情况下,以“大配方、小调整”模式进行烤烟养分管理。在一个区域内,使用相同的肥料配方,以氮素养分推荐量调整肥料用量；土壤养分插值用来计算养分推荐量,直接使用变量施肥机执行施肥处方,区别于人工施肥情况下简化操作单元而建立的养分管理分区。6.基于以上研究设计一款基于施肥处方地图的变量施肥机,主要包括处方生成模块和处方执行模块。处方生成模块根据土壤测试数据、边界地图、施肥模型自动计算养分推荐量,生成空间地理数字处方;处方执行模块核心硬件包括集GPS数据采集、科学计算、变量施肥控制的控制器终端,由排肥涡杆、外壳、驱动电机等部件组成的排肥器；处方执行模块软件负责驱动GPS、电机、速度传感器、并监听各部件状态,根据施肥机位置信息执行施肥处方。7.分散经营条件下的精准养分管理可以节约氮、磷肥料分别为10.7%、10.3%,增产增收5454.63元/hm2,扣除因增加钾肥0.5%和土壤测试成本,精准养分管理节本增效5140.9元/hm2。规模经营条件下应用变量施肥机的精准养分管理较农户习惯施肥可节省肥料4.6%,缩小因农田养分变异导致的作物长势差异,使株高的变异系数下降29.6%,提高作物产量和改善农产品品质(中等烟率增加13.05%),节本增效4310.65元/hm2,具有较好的经济和社会效益。创新点1.设计研制国内首款具有自主知识产权的烟草变量施肥机,针对土壤养分空间变异,在不同管理单元实现变量施肥,在同一管理单元施肥均匀,农田应用表明：该施肥机能够节省肥料、提高作物整齐度、增加产量、改善品质、增加农田收益,具有较好的经济和社会效益。2.通过研究烤烟养分吸收规律、养分推荐分级指标、土壤养分空间分布、农田养分分区管理,建立了以数据采集为基础、以决策平台为中心、以变量施肥机械为手段的精准施肥技术体系和管理平台。
许红卫[8]2004年在《田间土壤养分与作物产量的时空变异及其相关性研究》文中研究指明田间土壤养分和作物产量不仅具有明显的空间变异，而且这种变异在时间上也表现出一定的变化。而长期以来，农业生产一直以田块为基础，在同一地区所有的农田上、或者一片较大的农场，单位面积基本上都使用了等量的种子和肥料、除草剂、生长剂等。这样做，除了由于用量盲目、往往供过于求而造成浪费外，还导致了土壤和地下水的污染。实际上，在同一块农田里，有许多因素影响着作物的生长和产量，存在着明显的时空差异性，更不用说不同地块之间存在巨大的差异。这样的结果一方面造成生产成本加大，另一方面造成环境的负面效应，是造成农业生产效益低下与环境恶化的重要原因。目前受到广泛关注的精确农业就是针对田间不同的局部地块的土壤、地理等条件，通过适当的方法在适当的位置投入适量的物质(如种子、农药、化肥等)而实施的一种田间管理方式，其中，变量施肥是精确农业的一项重要技术。而了解田间土壤养分和作物产量的时空变异，是实施田间变量施肥，进行精确施肥管理的基础。因此，对土壤特性及作物产量的时空变异研究，是近期国内外学者共同关注的热点。 尽管目前国内外对土壤养分的变异已有了比较深入的研究，但大多集中在对土壤养分的空间变异上，对其时间变异的研究甚少，而且目前的研究主要集中在旱地的土壤养分变异上，对水稻田的土壤养分的变异研究较少。对作物产量变异的研究大都局限于了解、分析产量变异的状况，而对其产生原因研究甚少；对土壤、作物营养、作物产量变异的一体化研究，未见报道。实际上，作物的产量是由多种变异因素综合作用的结果，土壤肥力的变异是作物产量变异的主要原因，通过对各种与产量有关的因素进行分析往往可以预测产量的变化，反过来，通过中文摘要对产量变异的分析也可以了解土壤养分等因素的变异程度，有助于精确田间管理方案的制定。本研究以英国北爱尔兰牧草地和我国南方典型农田(水稻田)为研究区，研究十壤养分和作物产量的时空变异，并进行牧草地土壤养分、牧草养分、牧草产量的相关性、一体化研究;在此基础上，提出研究区实施精确养分分区管理和田间施肥的初步方案;同时探索适合我国农业分散经营管理的国情的土壤养分采样方式和养分管理模式。 对牧草地土壤养分、牧草N素吸收量(又称牧草N素产量或移走量)、牧草产量的相关性、一体化研究结果表明，牧草地土壤养分存在一定的空间变异与时间变异，且各养分的变异程度不尽相同。十壤全N、全C等全量元素的空间变异比较小，时间稳定性好，而有效K、有效P这些有效养分的空间与时间的变异都较大:同时，土壤有效养分与牧草产量有较好的相关性，其时空变异更能影响牧草的产量，因此，田间土壤养分的精确管理应以土壤有效养分为主。牧草干物质产量、牧草氮素吸收量在田块间存在较大的空间变异，而且这种变异在不同的生长季各不相同，因此，不同生长季需要采用不同的管理方式，有必要进行变量施肥。其中，第一季的空间变异最小且在时间上基本稳定，因此，可以根据结合产量空间趋势和时间稳定性的分级管理图对该牧草地进行精确管理。对土壤养分、牧草产量、牧草N素吸收量的一体化研究还表明，牧草干物质量、牧草氮素吸收量与十壤养分的时空变异互为影响，可以说，土壤、作物管理等条件的差异导致了作物产量的不同，而这种不同反过来又加剧了十壤原有养分的变异程度。试验田牧草干物质量、牧草氮素吸收量以及各土壤养分的时空变异，都与试验区地形有很人的关系，地势较高区域与较低区域的变异情况有较大的差别。因此，本研究根据地形将试验区分成3个小区，拟采用不同的管理方案进行精确管理，具体的施肥等管理方案还需进一步研究，但在上述研究的基础上，提出了试验田施肥建议:特别是对试验田N肥的施用，根据牧草产量的时空变异性及土壤一牧草N素平衡，提出了分区管理的建议方案。 水稻田土壤的特性与牧草地(早地)土壤有很大的不同，其土壤养分的空间变异特点也不同。本文对水稻田试验区土壤养分的空间变异的研究表明:水稻田土壤养分在田间尺度内也存在一定的空间变异，各主要养分的空间格局与自然田中文摘要块的方向基本一致，并明显受到农户耕种习惯、施肥习惯的影响。但这种变异是否对水稻的生长及其产量造成影响，还需要进行土壤、产量等空间变异的一体化研究。通过对试验区各土壤养分的合理采样数研究，以及不同农户耕种、管理下各田块土壤养分的差异显著性研究，可以肯定，农户不同的经营方式与施肥习惯等人为因素对水稻田田间土壤养分的变异起主导作用。因此，对试验区这样的我国南方平原水网地区的小规模分散经营体制下的精确田间管理，提出以农户经营地块为单位，并采用以农户为单元的混合样采样方式，既能了解田块土壤养分的基本状况，又有可能大大减少土壤采样量和分析成本。 土壤采样的方式、采样密度，影响到对土壤养分空间变异程度的了解，从而直接影响变量施肥的实施效果。目前最常用的格网采样法，可以获取传统的整个田块混合采样所不能发现的变异信息，对于指导变量施肥意义重大，但这种方法?
黄绍文[9]2001年在《土壤养分空间变异与分区管理技术研究》文中研究指明管理好土壤养分，用好肥料，尤其是化肥，是关系到我国农业可持续发展的重大技术问题。然而，目前我国土壤养分管理研究工作尚不深入，应用有关信息技术（GPS和GIS）与更能反映田间实际状况的地统计学方法研究较大区域范围内土壤养分空间变异与管理技术仍处于起步阶段，尤其是把土壤养分空间变异与推荐施肥结合起来的研究罕见报道，以致于我国测土推荐平衡施肥技术仍未真正实现。本研究应用现代先进技术与方法，在黄淮海平原选择河北省玉田县和山东省陵县两个试区（玉田县试区包括全县和虹桥镇两个研究区域，陵县试区指国家“九五”攻关的陵县改碱实验区区域），研究土壤养分的空间变异特征，探讨土壤养分分区管理的可行性，为发展适合我国小规模分散经营体制下的作物高产优质分区平衡施肥技术提供理论基础。主要研究结果如下： 1．土壤养分状况初步评价 应用土壤养分综合系统评价法测定了取自玉田县和陵县试区耕层土壤样品的速效养分含量，采用传统统计方法讨论了玉田县试区不同种植方式对土壤养分速效含量的影响，评价了玉田县和陵县两试区粮田土壤养分状况。结果表明，不同种植方式对土壤养分速效含量具有明显的影响，果、菜地土壤主要养分N、P、K、Mn、Fe等尤其是P、K和Mn的速效含量明显高于粮地，因而种植方式和土壤肥料有关的管理历史是对土壤养分进行宏观分区管理的一个重要依据。 不同试区粮田土壤主要养分限制因子明显不同，玉田县试区是N、P、K、Mn和Zn，而陵县试区是N、K和Zn。两试区尤其是玉田县试区粮田土壤主要养分速效含量的分布有一定的规律性，玉田县试区土壤OM（有机质）、N、P、K、Mn和Zn的测试结果集中分布在相邻2～3个养分含量等级范围内，陵县试区土壤OM、N、P和Zn的测试结果主要分布在1个或相邻2个养分含量等级范围内，而土壤K的测试结果分布范围比较分散，因此，对玉田县试区粮田土壤N、P、K、Mn和Zn与陵县试区粮田土壤N、P和Zn进行分区管理存在着可能性。 2．土壤养分的空间变异性 应用地统计学的半方差分析方法对玉田县和陵县两试区土壤养分速效含量的空间变异结构进行了分析和探讨。结果表明，玉田县试区两研究区域土壤主要养分N、P、K、Mn和Zn速效含量的空间变异性存在着良好的半方差结构，其含量的最大相关距离均较大，其中玉田县全县粮田区域在25.3～105.1km之间，虹桥镇区域在4.3～5.7km之间，因而两研究区域土壤主要养分速效含量均在较大范围内存在着空间相关性，具有较强的渐变性分布规律，这一基本趋势对土壤养分分区管理是有利的。两研究区域的这5种土壤主要养分速效含量的空间变异性程度有基本相同的趋势，土壤N由随机因素（施肥、作物、管理水平等人为因素）引起的空间变异性占较大比重，其空间相关程度具有中等的空间相关性；而土壤P、K、Mn和Zn的空间变异主要来自区域因素（土壤母质、地形、气候等非人为因素），其空间相关程度具有强烈的空间相关性。 陵县试区土壤OM、N、Mn和Zn速效含量的空间变异性存在着半方差结构，其含量均在一定范围内存在着空间相关性，具有较强或一定的渐变性分布规律。而本研究条件（取样尺度）下各点之间土壤P和K含量均不存在空间相关性。显示对该试区进行土壤养分分区管理相对要难一些。 3．土壤养分的空间格局 应用地统计学的Kropng插值法和土壤养分综合系统评价法的养分含量分级标准，对土壤养分速效含量的空间分布特征进行了研究。结果表明，玉田县试区两个研究区域的粮田上壤OM、P、K、Mn和 Zn含量均呈现较明显的空间分布格局，对其虹桥镇粮田可分别分成2、3、2、2和2个养分分区，玉田县全县粮田可依次分成2、3、3、3和2个养分分区，因而对土壤主要养分N（一般在推荐氮肥用量时，主要考虑OM的含量）、P、K。Mn和 Zn进行乡（镇）级和县级分区管理均可行。在GIS支持下，玉田县全县粮田土壤OM含量为较低和中等级别的面积分别占粮田总面积的 38．3％和 61．4％，土壤卜含量属极缺和一般缺乏级别的分别占 ZI刀％和 42二％，土壤 K含量为较低和一般缺乏级别的分别占 37刀％和 59．8％，土壤Mn含量属极缺和一般缺乏级别的分别占 20．8％和60．8％，土壤 Zn含量为极缺和一般缺乏级别的分别占 26．9％和 65．6％。 陵县试区土壤 OM、P和 Zn等含量呈现较明显的空间分布格局，对其可分别分成 3、3和1个养分分区，而土壤K的空间分布较分散，与目前农户小地块钾肥用量差异大等有关，对其进行养分分区要复杂一些。上壤K空间分布规律性差的原因有待于进一步探讨。 4．土壤养分空间变异的影响因素 对种植方式、肥料使用、士壤类型、土壤颗粒组成与土壤养分之间关系进行了初步分析。结果显示，土壤养分尤其是P、K等的空间变异与不同种植方式下的肥料使用情况密切相关，果、菜地肥料N、PZO。和 K。O用量明显高于粮地，其中巳O。和 K。O用量与上壤P和K速效含量之间的关系能很好地用曲线或直线方程拟合：在小麦－玉
姜城, 金继运[10]2000年在《我国精准农业土壤养分管理技术的发展与对策》文中研究指明空间变异是土壤的自然属性。土壤空间变异的程度决定于土壤形成过程以及它在空间和时间上的平衡。土壤母质、灌溉、气候及生物活动(包括人类)上的差异往往会造成土壤性质在很小范围内的变异。传统的农业生产常把一个地块当成均质、统一的单元来处理,即使地块内的土壤类型、地形特征以及前期的管理方式存在着显著的差异,但在生产上的投入却是一成不变的,这样就致使地块的某些区域施肥不足或过高,不但造成了肥料的浪费,也对生态环境构成了威胁,导致生产效率和经济效益的低下。随着可持续农
参考文献：
[1]. 不同经营体制下土壤养分空间变异规律及管理技术的研究[D]. 姜城. 中国农业科学院. 2000
[2]. 农田养分空间变异特征及精准/分区管理技术研究[D]. 黄立梅. 中国农业科学院. 2010
[3]. 绿洲农田土壤养分时空变异及精确分区管理研究[D]. 陈彦. 石河子大学. 2008
[4]. 毛竹笋竹林土壤营养空间变异与分区式施肥推荐[D]. 吕玉龙. 浙江林学院. 2007
[5]. 新疆岳普湖县土壤属性空间变异特征及其影响因素分析[D]. 王永旭. 新疆农业大学. 2014
[6]. 基于GIS和地统计学方法的土壤养分空间变异及应用研究[D]. 于婧. 华中农业大学. 2007
[7]. 基于土壤养分空间变异的烤烟变量施肥研究[D]. 张云贵. 中国农业科学院. 2014
[8]. 田间土壤养分与作物产量的时空变异及其相关性研究[D]. 许红卫. 浙江大学. 2004
[9]. 土壤养分空间变异与分区管理技术研究[D]. 黄绍文. 中国农业科学院. 2001
[10]. 我国精准农业土壤养分管理技术的发展与对策[C]. 姜城, 金继运. 青年学者论土壤与植物营养科学——第七届全国青年土壤暨第二届全国青年植物营养科学工作者学术讨论会论文集. 2000
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