基于决策树算法的土壤养分管理分区的研究

为了便于精细施肥的实际操作和管理。以吉林省德惠市的图斑数据中的有机质、全氮、速效磷和速效钾含量为对象,采用决策树ID3算法进行农田土壤养分管理分区的研究。结果表明:得到的分区数目为6个,分区内土壤养分含量相近或差异较小,分区间差异显著。说明基于ID3算法的土壤养分管理分区方法可用于指导精细农业中的变量施肥,为土壤养分管理区提供了一种有效的划分方法。     

省域尺度下土壤养分的最佳采样尺度确定

合理的采样尺度,尤其是在大尺度区域,对实时掌控土壤养分的空间分布状况以及精准农业的发展具有重要意义。本文以山西省为例,以368 843个土壤养分采样点数据为原始数据,选择11个格网尺度(0.5km×0.5km、1km×1km、1.5km×1.5km、2km×2km、2.5km×2.5km、3km×3km、3.5km×3.5km、4km×4km、4.5km×4.5km、5km×5km、5.5km×5.5km)对土壤养分点进行样点选择,比较分析不同尺度下土壤有机质、全氮、速效钾、速效磷的基本统计信息、半方差变异函数和普通克里金插值精度,以确定山西省土壤养分的最佳采样尺度。研究表明:在不同尺度下,这4种土壤养分均处于中等变异强度,平均值、中位数、标准差变化不大。土壤有机质和全氮在大尺度下受结构性因素影响变大,速效钾则变化不明显,速效磷空间变异分析结果较差,对该指标进行了剔除。分析不同尺度下插值精度指标,土壤有机质、全氮、速效钾的最佳预测尺度分别为4.5km、3.5km、2.5km尺度。综合各分析结果,最后确定2.5km为山西省土壤养分最佳的采样尺度。对不同地貌原始密度样点和2.5km尺度下样点空间制图,分析不同地貌下土壤养分含量各等级分布面积占总面积的差异,发现两种密度分布状况在不同地貌、不同等级的差异甚小。     

河北省太行山丘陵区农田土壤养分状况研究

以河北省太行山丘陵区农田土壤测土配方施肥中的养分测定数据为素材,依据全国第2次土壤普查养分分级标准,对该区耕地等级进行了划分,结果显示,该区农田土壤全氮和速效磷含量属中等偏上水平,有机质和速效钾含量属中等水平。并将养分测定结果与河北省第2次土壤普查数据进行了对比,结果显示,除土壤速效钾降低了16.43%外,其他3种养分含量均有大幅度提高,土壤有机质、全氮、速效磷含量分别提高了41.83%、42.17%和197.16%。     

嫩江县土壤速效养分差异性分析

利用地统计学和GIS相结合的方法分析了嫩江县土壤速效养分空间异质性。采集土壤表层0~20 cm土样6 900个,采集土地利用类型为耕地,面积约35.6万hm2,进行化验分析和空间分析。结果表明:速效氮、速效磷、速效钾变异系数均在0.1~1.0,为中等变异;土壤速效磷的理论模型均为指数模型;速效氮和速效钾理论模型为球状模型;速效磷、速效钾的C0/(C0+C)分别为49.9%、50.2%,在25%~75%,变量具有中等空间相关性,而速效氮的C0/(C0+C)为79.5%,变量空间相关性较弱,表明土壤养分速效氮受随机性因子影响较大。     

临汾市尧都农业区土壤有机质和大量营养元素空间变异性研究

[目的]揭示临汾市郊农业区耕层土壤有机质及大量营养元素的空间变化规律,为其土壤肥力评价和管理提供指导。[方法]利用大量的土壤养分分析数据,通过实测研究区土壤有机质、全氮、水解氮、有效磷、速效钾和缓效钾6个肥力指标的含量,运用地统计学方法对其进行计算分析。[结果]在尧都区6种土壤肥力指标中,有机质、全氮和水解氮的块金值、基台值的比值分别为0.931、0.839、0.866,表明具有弱的空间相关性;有效磷、速效钾和缓效钾的C0/(C+C0)值分别为0.663、0.666、0.729,表明具有中等程度的空间相关性。研究区养分分布特征为:土壤有机质、全氮和水解氮含量表现为由西向东逐渐降低,有效磷、速效钾含量分布表现为中心高四周低,有效磷中心呈破碎的散块,速效钾则呈以汾河南部为中心的扩散状。[结论]在施肥过程中,农户应充分考虑土壤的本底差异,避免盲目地平均施肥。     

浙江宁海农用地土壤有机质和土壤养分空间变异分析

研究农用地土壤有机质和养分的空间变异,为农田管理和测土施肥提供依据,减少农民不必要的成本投入,有利于生态环境保护。以浙江省宁海县为例,采用地理信息系统（GIS）空间分析、地统计学和Kriging插值方法对耕层土壤的有机质、全氮、速效磷和速效钾等4种养分要素的空间变异特征及其影响因素进行了分析。结果表明：土壤有机质、全氮和速效钾变异函数曲线的理论模型符合指数模型,速效磷经对数转换后符合球状模型。土壤有机质、全氮、速效磷的块金值/基台值分别为50.5%,59.7%,50.5%,都具有中等的空间相关性,速效钾的块金值/基台值为77.3%,空间相关性较弱。利用Kriging插值方法,考虑趋势性各向异性,获得了各土壤养分质量分数的空间分布图,分析了空间分布规律,并对高程和土地利用类型对土壤养分空间分布影响进行了分析。研究区土壤养分的空间分布是自然和人为利用因素共同作用的结果。图4表4参7     

柴达木盆地枸杞种植区土壤养分空间变异特征

【目的】本文分析了当前生产条件下青海省柴达木盆地枸杞种植区土壤养分的空间变异特征,为枸杞产业进一步增产增效提供依据。【方法】研究柴达木盆地4个枸杞主产区的291个土壤耕层土样数据,通过GIS和地统计学相结合的方法分析主要养分指标的变异系数、基底效应和空间分布的影响因素。【结果】土壤养分的变异系数变异范围在4.3%~118.9%。速效磷和碱解氮的变异系数较大,分别为118.9%和118.4%;pH值变异系数最低,仅为4.3%;有机质和速效钾的变异系数分别为67.4%和65.2%。地统计学分析表明柴达木盆地枸杞种植区土壤速效钾、pH值和有机质具有强烈的空间相关性,其基底效应[C0/(C+C0)]分别为8.4%、10.8%和16.6%;土壤速效磷空间相关性较弱,其基底效应[C0/(C+C0)]为84.3%;土壤碱解氮具有中等程度的空间相关性,其基底效应[C0/(C+C0)]为49.0%。【结论】有机质、pH值和速效钾的空间分布主要与土壤类型的空间分布和盆地地形有关;速效磷和碱解氮的空间分布主要受到枸杞种植区施肥活动的影响。     

云南典型果蔬种植区土壤养分分布特征及影响因子分析

为了解云南典型果蔬种植区土壤养分状况，为果蔬种植区土壤施肥管控及促进农业生态环境保护提供一定的科学依据，使用地统计学方法对云南省大理州宾川县主要葡萄园以及祥云县主要蔬菜地土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾等土壤养分的分布及影响因子进行分析与探究。结果表明，2个研究区土壤养分均为中等变异，葡萄园变异系数由大到小为速效钾(57.52%)、有机质(49.82%)、速效磷(46.08%)、碱解氮(39.03%),蔬菜地变异系数由大到小为速效磷(38.3%)、速效钾(38.15%)、碱解氮(21.8%)、有机质(19.6%),其中蔬菜地有机质变异系数最低。根据单样本K-S检验，得出2个研究区4种土壤养分双侧渐进显著性值大于0.05,均服从正态分布；根据反距离权重方法插值绘制的土壤质量综合评价图分析，葡萄园SQI在0.36～0.96之间，蔬菜地SQI在0.74～1.00之间，2个研究区均存在土壤养分过剩现象；冗余分析(RDA)方法表明，2个研究区4种土壤养分含量与海拔、土壤pH值相关性均较强，但相关程度存在差异；运用相关分析确定土壤养分含量之间的相关关系，2个研究区4种养分含量之间均呈显著正相关，...     

武平烟区植烟土壤养分状况评价

对武平烟区采集的108个代表性土壤养分含量进行分析,结果表明,武平烟区土壤pH值为4.5~8.5,基本适宜烟叶生长发育;有机质、碱解氮含量偏高;速效磷含量除4.6%的土壤10 mg·kg-1,属极度缺磷外,大部分土壤磷含量丰富;土壤速效钾含量中等,平均值为254.06 mg·kg-1,80%的土壤含量150 mg·kg-1;土壤钙镁含量丰缺不一,水溶性氯含量总体适宜。建议武平植烟区对偏酸土壤进行适当改良,控制氮、磷肥投入,在统一施肥管理的基础上推广分区平衡施肥技术。     

基于GIS与地统计的庄浪县土壤养分空间变异研究

为了充分了解甘肃省庄浪县土壤表层pH值、全氮、速效钾、有效磷和有机质5种养分要素的空间变异规律,利用GIS与地统计的方法,对庄浪县的832个土壤样点数据进行描述性统计分析和克里格插值分析。结果表明,庄浪县土壤pH值、有机质、全氮、有效磷和速效钾5种养分的均值分别为8.58、14.13 g/kg、0.81 g/kg、24.20 mg/kg和180.55 mg/kg;土壤pH值、有机质、全氮、有效磷和速效钾的变异系数分别为1.40%、17.60%、20.60%、49.34%和27.40%,其中有机质、全氮、有效磷、速效钾为中等变异性,而土壤pH值为弱变异性。根据全国第二次土壤普查养分分级标准可知,庄浪县土壤有机质和全氮含量处于相对缺乏的水平,有效磷和速效钾含量处于丰富水平,土壤pH值属于碱性。各土壤养分含量均存在较低水平的区域,在土壤管理与施肥过程中应注意合理调控。     

基于GIS和FCM的宁乡植烟土壤养分管理分区

采用GPS、地统计学和模糊c均值聚类相结合的方法,对湖南省宁乡植烟土壤主要养分的空间变异特征和管理分区进行研究。结果表明,宁乡植烟土壤主要养分指标均为中等程度变异,有机质、有效磷和速效钾3项指标的块金效应在25%~75%之间,表明研究区域该3项养分指标是由结构性因素和随机因素共同作用的结果;碱解氮的块金效应75%,表明研究区土壤碱解氮主要由随机性因素决定。土壤有机质为高水平,碱解氮和速效钾均为中等水平,有效磷为极高水平,研究区大部分区域有机质、碱解氮、有效磷为中等至极高,但约有40%的面积土壤速效钾缺乏。宁乡烟区可划分为3个养分管理分区,分区间有机质、全氮、碱解氮和速效钾含量差异极显著。     

淮南潘三采煤塌陷区土壤的养分分布特征

为给塌陷区土壤的管理和利用提供依据,也为实现塌陷区土壤可持续发展奠定基础,以淮南潘三矿采煤塌陷区为例,采用地理信息系统(GIS)空间分析地统计模块,对潘三塌陷区土壤的有机质、速效钾、全磷和全氮4种养分进行了空间变异特征分析。结果表明:研究区土壤样本呈正态分布,有机质、速效钾、全磷和全氮的平均含量分别为0.959 3g/kg、87.40mg/kg、326.11mg/kg和1 177.74mg/kg,变异系数分别为39.69%、28.73%、16.99%和17.47%,属中等变异程度。研究区土壤养分含量分布表现出沿塌陷水域周边向外围逐渐递减的变化趋势,这是受采煤活动和人为利用因素共同作用的结果。     

微尺度下植烟土壤养分的空间变异及分布特征

为促进烟田土壤养分的精细管理和合理施肥,以武隆烟区为例,采用GIS和地统计学相结合的方法,对其植烟土壤的养分空间变异进行分析。结果表明：除速效磷外,其他土壤肥力要素在整个研究区内均表现出中等变异水平。土壤有机质和速效氮、磷、钾的空间变异函数分别为球状、指数、指数、球状模型,其中,土壤碱解氮和速效钾具有较强空间相关性,而土壤有机质和速效磷具有中等的空间相关性。用普通克里格法对研究区土壤速效养分进行克里格插值的结果表明,速效磷在研究区内普遍缺乏,土壤有机质、碱解氮和速效钾含量中等偏高,且在研究区内表现出明显差异性。     

毕节植烟区土壤pH的分布特征及其与主要养分的相关性

为毕节植烟区土壤管理措施的制定及生产应用提供科学依据,利用2018年贵州省毕节植烟区的土壤调查采样数据,采用相关分析和灰色关联度方法,研究毕节植烟区土壤pH的分布特征及其与土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾等主要养分的相关性。结果表明：毕节植烟区土壤pH均值为6.34,总体呈弱酸性,处于较适宜(pH 5.0～7.0)烟草生长水平的比例为53.19%,pH＜5.0和pH＞7.0比例分别为13.3%和33.5%;各类型土壤中,潮土pH最大,为6.62,而粗骨土的pH最小,为6.02,依次为潮土＞石灰土＞紫色土＞黄壤＞黄棕壤＞粗骨土;植烟土壤pH与土壤有机质含量呈极显著正相关,与碱解氮和速效磷含量呈极显著负相关;土壤pH与主要养分的关联度依次为速效钾＞有机质＞速效磷＞碱解氮,速效钾含量对pH变化最敏感。不同等级pH土壤的有机质、碱解氮和速效钾含量均较高,可为烟草生长提供良好的养分供给,有利于优质烟草的生产。     

广东南雄不同香型烟区土壤养分特征比较研究

【目的】对南雄市不同香型烟区土壤养分特征进行研究,以期为南雄市烟草种植区的科学施肥和 产量品质的提升提供依据。【方法】通过对南雄市 2015、2016 年测土配方施肥项目获取的土壤养分数据进行抽 样分析,运用层次分析法研究不同类型烟区的土壤养分丰缺状况及特征。【结果】不同烟区的 pH、有机质和碱 解氮差异显著,而土壤有效磷和速效钾差异不显著,有机质含量平原黄烟区高于半山清香型和平原浓香型烟区, 碱解氮含量平原黄烟区低于半山清香型和平原浓香型烟区,不同类型烟区的土壤有效磷和土壤速效钾含量差异 不大;平原浓香型烟区样点中 94% 有机质含量和 76% 碱解氮含量处于适宜水平,半山清香型烟区样点中 96% 有机质含量和 68% 碱解氮含量处于适宜水平,平原黄烟区样点中 72% 有机质含量和 28% 碱解氮含量处于适宜 水平,而不同烟区的有效磷和速效钾含量低于临界水平比例较大;平原浓香型和半山清香型烟区的土壤养分状 况属于缺乏状态,平原黄烟区的土壤养分状况在适宜水平。【结论】南雄市不同类型烟区土壤养分状况存在一 定的差异性,不同类型烟区要注重科学精确施肥,并在此基础上合理进行生态适宜区划分。     

基于无人机多光谱影像的春玉米田管理分区研究

为了提高大尺度农田管理的针对性，探寻低成本高效的分区方法，以黑龙江省典型黑土区30.8 hm²春玉米田为对象进行分区研究。基于吐丝期无人机多光谱影像，使用多尺度分割与模糊聚类相结合的方法进行分区，同时基于播种前的土壤养分（土壤有机质、速效氮磷钾）、土壤体积含水率、电导率、pH进行模糊聚类分区并作为对照，对分区间春玉米产量和土壤养分进行方差分析，并对分区内变异系数进行比较以评价分区效果。结果表明，基于无人机影像得到4个较优管理分区为M1、M2、M3、M4，各分区产量分别为7 597.53、8 236.35、8 686.98、9 119.93 kg·hm^-2，各分区间产量差异显著，其中M1、M2、M3间土壤养分差异显著（P<0.05），分区内作物产量和土壤养分的变异系数降低；基于土壤数据确定4个分区，即S1、S2、S3、S4，春玉米产量分别为7 754.81、8 173.44、8 860.05、9 153.23 kg·hm^-2，分区间土壤养分、土壤水分差异显著（P<0.05），分区内部土壤均一性提高。综合来看，2种方法的划分结果在空间分布上具有一定的相似性，同级分区的空间重合度分别为40.00%、46.51%、57.45%、59.38%，整体重合度为51.32%。当缺乏土壤数据时，无人机多光谱影像可为农田管理分区提供参考依据。     

天山南坡农区土壤养分空间分布特征

【目的】研究天山南坡农区土壤养分空间分布状况,分析土壤养分与地形因子间的相关关系。【方法】 共采集研究区487个样品,土壤指标有pH、有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾。采用GIS和地统计学相结合的方法,研究区土壤养分的空间分布特征,并分析土壤养分含量与地形因子之间的相关性。【结果】 土壤pH值的变异性最低,而有效磷和速效钾的变异系数最大,其他的变异系数较接近;全氮和有机质的相关性最强,碱解氮与其他土壤养分均达到极显著相关性,全氮和速效钾的相关性最弱;有机质和全氮含量偏低,碱解氮含量极低,而有效磷含量中等偏高,速效钾含量中等偏低;有机质、全氮和碱解氮的块金效应分别为44.99%、44.47%和49.83%,而有效磷和速效钾的块金效应分别为12.39%和15.16%;有机质的变程最大为0.936 km,其次是全氮、碱解氮,变程分别为0.873和0.582 km,有效磷和速效钾的变程分别为0.051和0.042 km。【结论】 天山南坡农区土壤养分属于中等程度变异,区域内土壤养分存在的空间丰缺差异明显;有机质、全氮和碱解氮表现为中等空间相关性而有效磷和速效钾表现为强烈的空间相关性;地形因子对土壤养分含量的影响也较大。需有针对性地对天山南坡农区进行施肥指导和管理,合理增施氮肥和有机肥,适当施用磷肥和钾肥。     

石灰用量对水稻油菜轮作区土壤酸度、土壤养分及作物生长的影响

【目的】我国南方稻油轮作区土壤酸化趋势日趋严重,降低了作物产量。研究酸性土壤施用石灰对土壤养分及作物生长的影响,明确土壤速效养分、产量与作物养分吸收量对土壤pH的响应关系,为水田两熟区酸化土壤改良提供理论依据。【方法】2015—2018年在江西进贤县选择pH 4.5的水稻土,以熟石灰作为酸性土壤改良剂,开展田间定位试验。通过实验室模拟,计算出获得不同土壤pH情况下的熟石灰用量,试验设6个土壤pH梯度,分别为4.5、5.0、5.6、6.3、6.8、7.3,2015年匀地一年,为保证各处理土壤pH与匀地一年后实测pH基本一致,以一年为周期用熟石灰进行定量调整。【结果】（1）随着石灰用量和土壤pH的增加,土壤速效氮含量呈先增加后降低的趋势、交换性钙、交换性镁含量显著增加,土壤速效钾、有效磷含量显著降低;（2）随着石灰用量和土壤pH的增加,作物产量呈先增加后降低的趋势。土壤pH 6.4时（相当于6 145 kg·hm ^-2熟石灰用量）油菜产量达到最高,较土壤pH 4.5处理增加了202.2%;土壤pH 6.8时（相当于7 474 kg·hm ^-2熟石灰用量）,水稻产量达到最高,较土壤pH 4.5处理增加了61.2%。油菜、水稻产量降低50%时的酸害阈值分别为4.7、4.2;（3）土壤pH显著影响作物养分吸收量。随着熟石灰用量的增加,油菜氮磷钾吸收量呈先增加后降低的趋势。2016—2018年油菜氮磷钾吸收量与不施石灰处理相比,施石灰处理平均增幅分别为59.5%—181.4%、36.2%—188.8%、65.7%—198.9%;水稻氮磷钾吸收量呈先增加后降低的趋势,在pH 6.8左右水稻氮磷钾吸收量最大。2016—2018年水稻氮磷钾吸收量与不施石灰处理相比,施石灰处理平均增幅分别为11.1%—88.6%、13.5%—68.5%、9.7%—66.1%。【结论】施用熟石灰的情况下,随着土壤pH升高,土壤速效氮、交换性钙镁等含量增加,提高了产量,促进了作物对氮磷钾养分的吸收。在本试验条件下,稻油轮作区酸性土壤（pH 4.5）施用熟石灰的最佳用量为6 500 kg·hm ^-2左右,改良土壤的目标为pH 6.5左右,可获得我国南方稻油轮作区的作物稳定高产。     

浏阳植烟区土壤主要养分的空间分布及管理分区

为实现浏阳植烟区烤烟养分精准管理,采用地统计学和模糊c均值聚类相结合的方法,研究浏阳植烟区土壤主要养分的空间分布和精准分区。结果表明:浏阳植烟区土壤主要养分指标均为中等程度变异,各项指标均表现为中等的空间相关性,其空间变异同时受结构性因素和随机性因素的影响。其中,土壤pH、有机质、碱解氮和速效钾含量的均值分别为5.69、29.30g/kg、145.11mg/kg和206.33mg/kg,属中等水平;约有20%的面积土壤速效钾缺乏。全氮和有效磷含量均值分别为1.74g/kg和42.37mg/kg,分别属高和极高水平。浏阳植烟区可划分为高氮高磷低钾,高氮高磷钾素中等,适氮高磷钾素中等3个养分管理分区,3个分区间有机质、全氮(g/kg)、碱解氮和速效钾含量差异显著或极显著。     

基于协同克里格的耕层土壤速效钾空间异质性研究

基于万年县配方施肥项目野外采集的耕层(0~20 cm)土壤数据,运用常规性统计和地统计学方法定量刻画土壤速效钾的空间异质性。结果表明,研究区土壤速效钾值域为33.46~164.84 mg·kg^-1,均值为82.04 mg·kg^-1,属于4级(第二次土壤普查土壤养分分级标准),变异系数为30.49%,呈中等程度变异。成土母质、土壤类型(亚类和土属)、高程、pH和阳离子交换量(CEC)对研究区耕层土壤速效钾空间变异影响极显著(P<0.01)。交叉验证的结果表明,加入辅助变量的协同克里格法较普通克里格法可以提高模拟精度,辅助变量个数越多,模拟精度越高,空间异质性描述越详细。通过插值得出土壤速效钾的空间分布图,可为当地土壤钾素管理和精准农业提供科学依据。