基于GIS的优质小麦变量施肥信息系统研究

变量施肥量的确定在优质小麦生产中起着重要的作用,依据麦田土壤养分的空间变异性与小麦的生长特性因地制宜确定施肥量能为小麦优质生产提供施肥决策支持。该文是在施肥推荐中利用Kriging插值方法对研究区土壤养分空间变异性进行研究,解决以往变量施肥系统对土壤养分的供应量存在疑惑的问题;综合考虑土壤类型、障碍层次等土壤基础信息,将“氮肥后移”技术写入曲劳与斯坦福公式中进行施肥推荐,以实现小麦的优质生产。详细阐述了土壤养分空间变异分析和变量施肥推荐两个关键技术。     

分散经营条件下烤烟精准养分管理研究

【目的】西南烤烟种植区的典型特征是"缓坡条件"和"分散经营",基于自然地块的变量施肥技术体系,研究分散经营条件下烤烟养分分区管理,以探讨分散经营条件下作物精准施肥的经济效益和应用可行性。【方法】分散经营土壤养分管理分区的基本步骤:计算土壤养分插值,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。在云南宜良县,以50×50 m的网格进行土壤取样,应用地统计方法进行土壤养分空间变异分析、Kriging方法进行空间插值、空间叠加分析方法统计地块养分、聚类分析方法建立养分管理分区,大田试验检验养分分区管理方法的应用效果。【结果】研究结果表明,试验地块为中等肥力,土壤养分存在区域分布特征,适合分区养分管理。地统计分析显示,土壤养分变异主要来源于结构因素,可以进行地统计分析和空间插值,满足精准养分分区管理的要求。无机氮的有效变程最小,控制采样密度,缓坡农田和分散经营条件下精准养分管理的网格采样间距在50 m左右。根据空间分析结果,结合施肥指标体系,提出了111块烟田的推荐施肥量,并通过聚类分析的方法将111块农田的肥料养分推荐量分为8个管理区。与对照相比,烤烟精准养分分区管理可以节约氮、磷肥料分别为10.7%、10.3%,氮、磷养分投入分别节约成本43.2yuan/hm2、50.0 yuan/hm2,因增加钾素养分投入增加成本6.9 yuan/hm2,累计节省肥料成本86.3 yuan/hm2。烤烟产量、上等烟比例、均价、产值均有增加,其中,产量增加幅度6.7%~14.5%,平均增产10.6%;上等烟比例增加幅度4.2%~13.0%,平均增加7.3%;均价增加幅度0.13~0.54 yuan/kg,平均增加0.48 yuan/kg;产值增加幅度7.50~18.3%,平均增加14.0%;与常规施肥相比,分散经营条件下烤烟精准养分管理使烤烟增产增收5454.63 yuan/hm2,节本增效5140.9 yuan/hm2。【结论】以地块为操作单元建立养分管理分区的方法不仅能够节省肥料,增加农田收益,还能够有利于分散经营农户组织实施,对精准施肥技术应用具有理论和实践意义。     

成都平原水旱轮作种植下土壤养分特性空间变异研究

肥料是作物的粮食,研究表明,施肥对粮食增产的贡献率可高达50%以上[1]。但是,我国长期存在的盲目的、非精准的不合理施肥,导致肥料当季利用率较低,特别是氮、磷肥。这既增加了种植成本,又造成水体富营养化[2,3]。土壤养分特性的空间变异研究对于实现田间土壤养分精准管理、变量施肥、提高肥料利用率等都具有非常重要的意义。国外对土壤养分特性空间变异的研究始于20世纪70年代,许多土壤学家将GIS和地统计学技术引入土壤学领域研究土壤属性的空间变异规律[4,5],并取得很好的结果。国内自90年代中期以来,许多研究者都对土壤属性特别是土壤养分的空间变异进行了研究[6~8],但主要侧重于对土壤物理性质和土壤盐     

奉新毛竹林土壤养分空间变异性研究

利用地统计学的半方差函数,定量研究了奉新县平衡施肥毛竹林的土壤养分空间变异特征。结果表明,毛竹林土壤养分存在半方差结构,多数为球状模型。奉新毛竹林土壤的变程为32～398.m,取样距离15～20.m,能满足毛竹林土壤空间变异评价的要求。N、P、K等养分的空间相关性小,人为经营、施肥等措施对土壤速效N、P、K的影响大于Ca、B、Fe、Mg等养分。奉新毛竹林土壤养分的分数维值排列顺序为:Cu>Mn>全P>Zn>P>N>Fe>K>Mg>S>OM>Ca>B>全K>全N。施肥时间长对于养分的空间分布均匀性有调和、促进作用。毛竹林土壤养分结构性变异大于随机变异,土壤内在属性(土壤矿物和地形)比人为因素(栽培管理水平和施肥措施)的影响大。     

基于空间分析的河南省小麦施肥问题诊断与地理优化

基于河南小麦主产区82个县2 277个样点的"不施肥、习惯施肥、推荐施肥"对照试验数据,在绘制小麦产量图、施肥量图、土壤养分图、肥料农学效率图基础上,采用地图对比法揭示了该区域氮磷钾分配的主要问题;采用随机森林法分析了土壤养分、施肥量、地理要素(气候和土壤类型)对小麦产量变异的影响力;综合对照试验数据和多源文献,确定该区适宜的小麦氮磷钾施用范围,并按"以产定肥"、"因土施肥"原则进行施肥量地理优化。结果表明:该区农民习惯施氮、磷量普遍偏大,钾用量局部不足;推荐方案中氮、磷用量未明显降低,而钾普遍增加。两类施肥方式的共同问题是氮磷钾用量与小麦产量、土壤养分的空间匹配性欠佳。小麦产量变异的主导因素是土壤和气候资源的地理差异,施肥的影响次之,土壤养分的影响最低;小麦增产量变异同时受地理因素和施肥因素的影响,而与土壤养分丰缺无关;施肥水平高是土壤养分丰缺与小麦产量关系较弱的主要原因。根据小麦产量和土壤养分丰缺,确定氮磷钾优化施用量变化范围分别为120～210 kg·hm–2、45～105 kg·hm–2和45～120 kg·hm–2;按区域总量计,氮磷钾优化施用量较地方专家推荐量分别节约14.2%、40.0%和39.5%,较农民习惯用量分别节约20.9%、41.1%和17.5%。     

黄土区村级农田土壤养分空间变异特征研究

本研究选择黄土高原地区陕西省新集村为研究对象。在219hm2耕地上用网格法采集364个表层(0~20 cm)土壤,研究了该村土壤pH,有机质和速效养分(N,P,K,Ca,Mg,S)空间变异性。结果表明:该村98.9%耕地缺N,缺K,缺P比例占11.5%和4.4%。地统计学分析结果表明:土壤有机质、有效N、P、K、Mg、Ca、S具有中等的空间相关性,空间变异程度依次为:OM>P>Ca>K>Mg>N>S,土壤pH的空间相关性很弱。有机质、有效N、S最大相关距离大,达到1853m,pH值最小,为148m,K、Ca、P、Mg最大相关距离分别为717m、720m、1032m和1344m。施肥是导致该村土壤养分空间变异性的主要原因。基于土壤养分状况和空间分布特征,目前仅需要考虑对该村土壤K,P进行分区管理。     

农田土壤养分变异与大豆分区施肥技术研究

采用全球卫星定位系统（GPS）和地理信息系统（GIS）技术,对沈阳军区通北一场土壤进行了空间变异特征和分区施肥研究。结果表明,黑龙江省北部大豆主产区黑土养分含量比较丰富,氮、磷、钾含量较高,硼和锌含量较低。土壤中有机质、N、P、K、S、B、Zn等元素含量的空间分布具有明显的变异性。土壤养分偏斜程度与土壤养分变异系数之间存在较密切的线性相关关系,相关系数R=0.57。大豆分区平衡施肥取得了显著效果,较习惯施肥平均增产243 kg/hm^2,增产12.1%,增收696元/hm^2。     

土壤养分状况系统研究法在土壤肥力研究及测土施肥中的应用

土壤养分状况系统研究法应用美国国际农化中心的ASI联合浸提液(0.25mol/L NaHCO3-0.01mol/L EDTA-0.01mol/L NH4F)测定土壤中11种大、中、微量元素含量,结合土壤对营养元素的吸附研究和盆栽试验,判断土壤中存在的和潜在的养分限制因子,用以指导田间试验和施肥推荐。在全围17个省(市、自治区)范围内选取了140个土壤样品,应用该方法对土壤养分状况进行了研究。盆栽试验结果表明,土壤中氮、磷、钾、锌、硫、铜、硼、锰、钼、镁、钙和铁成为限制因子的土壤分别为137、126、84、68、45、37、36、34、28、25、20和17个。应用Cate和Nelson的方法估计出11种元素(钼除外)测定值在盆栽条件下的临界值。 应用在原取土地块安排的田间试验的资料估计出大田条件下应用ASI联合浸提液测定的土壤磷、钾含量的临界值分别为15mg/L和90mg/L。应用河北省玉田县试验和示范资料建立的计算机测土施肥模型综合考虑了土壤中各种营养元素的综合平衡和土壤对磷、钾的吸附固定能力。     

云南玉溪植烟土壤速效养分空间变异特征及应用

为探讨烟田土壤养分空间变异特征及利用空间变异进行分区管理的技术路线,以全国烤烟种植典型产区云南省玉溪市烟田土壤为例,形成土壤养分空间变异分析—空间分布—肥料养分推荐—分区配方的技术思路。基于烟区土壤养分数据,应用地理信息系统(GIS),采用地统计学方法研究烟区耕作层(0~20 cm)土壤碱解氮、有效磷和速效钾的变异特征和空间分布。以乡镇作为管理单元,依据烟田土壤肥力评价及养分管理指标体系,计算出乡镇烤烟养分管理的氮、磷、钾肥料推荐量。采用聚类分析方法,结合烤烟养分管理"核心是氮、品质元素是钾"的特点,提出玉溪烤烟养分管理5个管理分区、5个基肥配方、2个追肥配方。研究表明:玉溪烟田土壤速效养分为中等强度空间变异,拟合模型为指数模型,变异来源于结构性因素和施肥等人为因素;土壤有效磷的变异最大,高于速效钾和碱解氮,与氮肥和钾肥用量相对稳定,而磷肥相对随机等农艺措施相关;超过67%的土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量处于高和极高水平,肥料氮、磷、钾推荐量低于云南省烤烟养分管理平均水平11%左右;提出5个烤烟养分管理分区及相应的基肥和追肥配方,以满足"大配方、小调整"原则,实现分类指导和分区管理。     

漫岗丘陵区黑土村级农田土壤养分空间变异研究

基于地理信息系统(GIS)和地统计学方法,对黑龙江省漫岗丘陵区的拜泉县富业村农田黑土耕层采集的180个样本的有机质、碱解氮、速效磷和速效钾四种养分要素的空间变异规律进行了分析和探讨。研究表明,有机质变异函数曲线的理论模型符合高斯模型,碱解氮、速效磷和速效钾的理论模型表现为指数模型。碱解氮、速效磷和速效钾属于中度空间相关,受结构性因子和随机因子的影响,但程度有所差异。有机质属于高度空间相关,其变化主要受结构性因子的影响。碱解氮的相关距离最大为4405 m,有机质的相关距离最小为234 m,速效磷和速效钾的相关距离分别为543 m和1128 m。施肥是导致该村土壤养分空间变异性的主要原因。基于土壤养分状况和空间分布特征,目前需要考虑对该村土壤氮、磷、钾进行分区管理。利用地统计学分析的方法,对合理利用土地、综合治理水土流失的以及指导当地合理施肥等都有重要的意义。     

黄土丘陵区退耕地土壤养分变异特征

在延安、安塞和吴旗选择典型黄土丘陵不同植被类型区的不同年限退耕地为试点,通过S型方法采集土样,应用土壤养分系统研究法进行了养分分析,并应用传统统计学对土壤养分变异进行了研究。结果表明,不同植被类型区土壤养分性质均存在着空间变异。受传统农业影响的有机质、全N、有效N和速效K的变异较大;而全P和速效P的变异相对较小。不同退耕年限的土壤养分含量及其变异系数存在着明显差别。退耕初期,受耕作和施肥影响,土壤养分含量较高,植被特征指数呈显著上升趋势且变异性较大;随着耕作施肥活动的停止和植被恢复对土壤养分的消耗,使土壤养分含量有一个降低的过程,土壤养分的变异也较大;而随着植被恢复和群落演替的继续,植被枯落物逐步增多,土壤也逐步发育,植被指数与土壤养分均呈增长趋势,并在退耕地20年左右时达到稳定状态,但土壤的发育往往滞后于植被特征的变化。     

尕海湿地泥炭土土壤理化性质

泥炭是一种宝贵的自然资源,同时也是重要的生态资源,尕海湿地的泥炭土在涵养水源、储存碳汇方面有着举足轻重的作用。研究采用野外调查与室内分析相结合的方法,对尕海湿地泥炭土土壤的理化性质进行测定。结果表明:尕海湿地泥炭土的平均含水量为122.29%,说明尕海湿地具有较强的蓄水功能;土壤容重平均值为0.478 6g/kg,土壤总孔隙度平均值为78.186%。随着土层加深,土壤容重呈现出增大趋势,而总孔隙度呈现出降低趋势。(2)尕海湿地泥炭土的有机质、全氮、全磷、全钾平均含量依次为302.04,10.37,0.81,13.93g/kg,空间变异程度均属中等水平。随着土层加深,土壤有机质、全氮、全磷平均含量均呈现出下降的趋势,而土壤全钾平均含量呈现出先降低后升高的趋势,说明不同深度土壤中生物量的积累对土壤养分含量有重要影响。     

稻田土壤养分空间变异与合理取样数研究

以嘉善县陶庄农场内一块0.52hm2的水稻田为研究区,采用地统计方法和常规统计方法进行土壤pH及养分(全氮、全碳、速效钾、速效磷、速效镁、速效锰、速效铜、速效锌)的空间变异及其合理取样数目研究。结果表明,各土壤养分在田间尺度均存在一定的空间变异,全氮、全碳、速效钾、速效磷等主要养分的空间格局呈南北向条带状,与农户经营田块的方向基本一致;不同农户耕种、管理下的4田块的土壤养分差异显著;反映土壤肥力的土壤全碳、全氮等养分的合理取样数目在95%的置信度和5%的相对误差条件下为45～个,基本上每个农户经营田块为1个,即可反映土壤养分的真实情况。因此,试验区以N素管理为主的精确田间管理的土壤采样可以采用以农户经营地块为单位的混合样采样方式,以减少土壤采样量和分析成本。     

放牧对荒漠草原土壤养分及微生物量的影响

[目的]探讨不同放牧强度对荒漠草原植被多样性、土壤理化性状、土壤养分及土壤微生物量的影响。[方法]以围封禁牧草地为对照,采用野外调查和室内分析的方法,对不同放牧强度下的草地土壤及植被展开调查。[结果]随放牧强度的增加,荒漠草原植被盖度、物种多样性、地上生物量、土壤养分和微生物量显著降低,土壤容重和pH值呈增加趋势,土壤电导率呈先增加后降低趋势,地下生物量则没有明显变化趋势;在植被作用下土壤养分和微生物量垂直方向表现递减规律并且在表层富集,"表聚性"较为明显;在放牧干扰下土壤全磷变异系数最高;放牧并没有改变荒漠草原土壤养分和微生物量的垂直分布特征;相关分析表明,放牧干扰下土壤微生物量与土壤养分之间具有较强的相关性,二者与土壤含水量也有较强的相关性。[结论]放牧强度对土壤全磷的空间变异影响较大,并且土壤微生物量对于放牧干扰的敏感性高于土壤养分全量;土壤养分和微生物量等地下生态系统各指标之间具有统一性。     

针对农户地块的施肥决策支持系统的设计与实现

针对中国耕地管理单元散乱、施肥盲目性大的现状,以地块为施肥单元的决策支持系统可以为农户提供更精确的按需定位的施肥指导。以海伦市光荣村为例,以遥感数据、田间采样数据、农户调查数据为数据源, 利用GIS和地统计学的研究方法建立基于农户地块的施肥决策方案管理单元图, 根据长期定位实验数据和养分平衡原理设计施肥模型;在Super Map Object平台上研制开发了光荣村施肥决策支持系统,实现了针对农户承包地块的可视化的施肥指导平台。利用该平台帮助农民按需施肥,从而减少施肥盲目性,促进黑土区土壤生态修复,保护生态环境。     

海涂围垦区土壤质量综合评价的指标体系研究

以苏北海涂围垦区为研究区域,选取与作物生长密切相关的理化性质为指标,采用模糊数学方法对土壤质量状况进行了定量评价,获取了区域土壤质量状况分布图,并对不同指标体系下的评价结果进行了比较分析.结果表明:研究区土壤质量状况总体较差,有机质是重要的土壤质量评价因子,土壤盐分与地下水矿化度是土壤质量的主要限制因子;不同评价方案获得的土壤质量状况具有空间相似性,西部棉花种植区土壤质量状况总体优于东部的水稻种植区;体积质量对土壤质量评价差异影响较小,速效养分对土壤质量评价影响较大,基于速效养分的土壤质量评价精度高于全量养分;在其他因素获取困难的情况下,采用土壤有机质、速效养分和盐分或仅采用土壤有机质和盐分作为评价指标亦能较好地反映土壤质量状况.该研究可为海涂围垦区土壤质量快速评价指标体系的构建、中低产地的科学改良和管理提供一定理论依据.     

Sampling procedure simulating on‐the‐go sensing for soil nutrients

The emergence of a new sensor technology based on the use of ion‐selective membranes provides an increasing number of opportunities for on‐the‐go field measurements of soil nutrients and soil pH. In the future, on‐the‐go sensing should provide a cost‐effective monitoring of heterogeneous soils with high sampling resolution. It is suitable for site‐specific management because it can be focused on the spatial representativity of observation. This study evaluates the on‐the‐go‐sensing sampling design by comparing it with a standard approach to soil sampling for soil pH and the base nutrients P, K, and Mg under local field conditions in Germany. Soil samples were taken in two test sites at a resolution and in a manner as if they were sampled with an on‐the‐go sensing system and were compared with soil samples taken at a coarser resolution and with standard methods. In general, a higher variability was observed among the on‐the‐go samples due to their smaller sample support. The finer sampling resolution of the on‐the‐go design improved field‐scale semivariogram‐analysis results, identifying the spatial structures for soil pH, P, and Mg clearly. In addition, kriged maps of these soil parameters had predominantly higher estimation accuracies. However, the on‐the‐go samples were strongly influenced by the small‐scale variability of K in one of the test sites. This variability increased the kriging standard deviation for K by 50% compared with standard sampling design. Despite of this problem, the on‐the‐go‐sensing sampling design revealed field‐scale spatial variability for base nutrient status more accurately. Except for K, the mean absolute error of fertilizer‐application maps was reduced when using the on‐the‐go sample design in comparison with the standard sample design (Ca: 210/268 kg ha^–1, P: 2.85/6.75 kg ha^–1, K: 13.7/6.0 kg ha^–1, Mg 5.7/6.8 kg ha^–1). This will reduce over‐ and underfertilization using variable‐rate fertilizer‐application systems. In the future, it will be of interest if real on‐the‐go soil‐sensor measurements exhibit the same variability behavior addressed here or if results will differ substantially.     

曲靖市坡耕地土壤养分的空间变异性及其与利用方式的关系

以云南省曲靖市麒麟区越州镇面积为1 km2的典型性坡耕地为研究区,应用常规统计学方法和地统计学方法,对土壤的全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾、pH和有机质的空间变异规律进行分析,探讨了土地利用方式与土壤养分变异的关系。结果表明:研究区土壤养分空间变异程度以pH值最小,速效磷最大。速效养分、有机质和pH受人为活动影响明显,它们的空间自相关性中等或较弱。有机质、全磷、全钾、碱解氮、速效磷和速效钾等主要养分呈现出西北-东南方向逐渐增高的空间格局,与海拔和地形走势有明显相关性。不同坡位(坡位高低)间的土壤养分差异显著,有机质、全磷、全钾、碱解氮、速效磷和速效钾等养分指标呈现随坡位下降而升高的趋势。土地利用方式对土壤养分含量空间变异性也有明显的影响,施肥强度大的水田土壤养分含量最高,其次为施肥中等的旱地,土壤养分最低的是施肥量小或不施肥的果林和桉树林。