3D Surfer在田间土壤信息可视化表达中的应用

精准农业是当今世界农业发展的新潮流,是未来农业发展的雏形.为了清晰地分析田间土壤的养分空间变异,直观的展示养分的空间分布,为农田实施精准施肥和管理提供依据,利用3D surfer软件中的五种插值算法来实现现对规则网格数据的插值处理.通过体成像功能来制作横向切片,实现对土壤不同深度养分数据的三维可视化.选择绘制了0～200 cm硝态氮的切片图来直观、清晰地反映硝态氮的空间变异性分布.     

农田钾素空间变异插值模型研究--以江西省泰和县苏溪养分监测村为例

对江西省泰和县苏溪养分监测村的120hm^2的农田进行土壤采样，运用逆距离加权插值、田块平均值以及农田土壤养分空间变异插值模型对该区域的土壤样品进行插值分析，研究结果表明农田土壤养分空间变异插值模型较好地反映了土壤养分空间的分布。     

滇池流域集约化农田土壤氮磷养分的空间异质性

[目的]研究滇池流域集约化农田土壤氮磷养分的空间异质性。[方法]通过对滇池流域19个点位不同土壤剖面养分和土壤物理特性的分析,研究了不同质地土壤养分的空间异质性,分析了滇池流域土壤养分含量的水平垂直空间分布、养分运移流失规律和影响因子与养分含量间的相互关系。[结果]滇池流域土壤质地以壤质黏土为主,这决定土壤养分易随地表径流或渗漏流失。其中,NO3--N的流失潜力是渗漏方式;NH4＋-N和Olsen-P的流失潜力是径流和渗漏2种方式。滇池流域土壤NH4＋-N、NO3--N和Olsen-P含量高,耕层（0～20 cm）土壤含量分别为124.11、342.42、109.93 mg/kg,养分含量盈余;总体而言,随着土层深度增加均呈逐渐降低的趋势。0～20cm耕层土壤NH4＋-N含量显著高于深层土壤,而深层土壤显著高于亚表层;NO3--N在0～40 cm土壤剖面中存在2个浓度累积峰,40～60、60～80、80～100 cm土壤剖面NO3--N含量极低,接近痕量;0～40 cm土层土壤Olsen-P含量显著高于40～60、60～80、80～100 cm土层,耕层（0～20 cm）土壤Olsen-P含量高达109.93 mg/kg,已超过土壤磷素淋溶的＂突变点＂,磷素渗漏流失的风险大。滇池流域不同点位各土层间NH4＋-N、NO3--N和Olsen-P含量差异极显著;土壤pH值、容重、孔隙度、含水量和土壤质地等指标在不同点位间没有明显的变化规律。[结论]该研究可为解释滇池流域不同点位氮磷的流失规律提供理论依据。     

基于VTK土壤养分三维可视化研究与实现

土壤养分空间分布的三维可视化对描述土壤中元素的空间分布规律、变量施肥及评价具有重要意义。三维可视化与传统的二维空间变异专题图相比,表示三维数据更自然、更清晰、更直观。利用Python语言引入三维可视化类库VTK,采用三维Kriging插值方法,实现了土壤养分空间分布的三维交互。以榆树市试验田土壤养分三维可视化为例,在肥力评价的基础上,验证了变量施肥的实验结果,比二维空间变异图更加直观,更有说服力。     

太湖水网地区不同种植类型农田氮素渗漏流失研究

为了探索太湖流域水网地区不同种植类型农田土壤中氮素累积量与渗漏水中氮素含量之间的关系,在浙江省嘉兴市选择10个农田点位埋设渗漏计和地下水采集管,采集水、土样品,研究了菜地、果园和水田3种典型种植类型农田氮素渗漏流失情况.结果表明:1)旱作农田渗漏水中的NO3--N含量在汛期明显高于非汛期,菜地在汛期和非汛期时20 cm渗漏水中的NO3--N含量分别为51.70 mg·L-1和12.53 mg·L-1,果园在20 cm渗漏水中的NO3--N含量在8至9月份高达125.51 mg·L-1,水田20 cm渗漏水中的NO3--N含量在汛期和非汛期差别不大,分别为2.17 mg·L-1和1.60 mg·L-1.2)研究区菜地和果园等高施肥量农田土壤中的无机氮含量和渗漏水中的氮素含量均显著高于水田.农田土壤中NO3--N累积量与渗漏水中氮素含量之间具有极显著的正相关关系,表明农田土壤中高水平的NO3--N累积量必然增加氮素渗漏流失的风险.     

灌水对棉田土壤矿质氮运移的影响

以阿拉尔垦区棉田为试验地点,采用8100、6600、5100、3600m3·hm-24个灌水水平,对5次灌水后100cm土层NO3--N、NH4+-N含量进行了分析.结果表明:在4～9月整个种植周期内,0～60cm土层的养分浓度均呈下降趋势,60～100cm土层养分的浓度则缓慢上升,灌水量越大,深层养分的浓度越高;当土壤NO3--N累积量较大时,不同灌水处理间土壤NO3--N含量的变化非常显著;灌水对土壤铵态氮运移影响远小于对硝态氮的影响.     

基于ArcGIS地统计分析的长沙农田根层土壤有机质分析

基于GIS与地统计学原理,使用Arc GIS地统计分析模块研究了长沙周边地区农田根层土壤有机质含量的空间变异情况。结果表明:参照土壤养分分级标准发现长沙农田地区根层土壤中有机质含量中等;以该研究区域山坡天然土壤为农田土壤对比样,比较各项养分值的高低及相关系数,方法可行,结果也有一定意义;有机质的半变异函数最佳理论模型为球形模型,对半变异函数理论模型及参数进行分析发现有机质空间相关性均较弱,说明其空间变异主要受施肥方式和施肥水平影响;使用普通克里格插值方法,绘制长沙市农田地区根层土壤有机质含量分布图,直观地显示了长沙地区基本农田根层土壤有机质的丰缺状况,可为科学施肥提供理论依据及指导。     

基于GIS的农田土壤养分时空变异性分析

[目的]基于研究区10年前后农田土壤耕层(0～30 cm)有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量数据,研究土壤养分含量的空间分布特征及其时空变化趋势.[方法]对土壤养分基础数据进行统计分析,运用地理信息系统的地统计学和空间分析功能进行趋势分析和模型拟合,通过空间插值得出最佳的土壤养分空间分布图.[结果]试验区10年间土壤碱解氮、速效磷和有机质含量都有不同程度的提高,这跟试验区长期以来的肥料施用和土地科学管理有关;但是土壤碱解氮含量总体偏低,速效磷含量较高并有了一定的积累,有机质含量得到了较大改善,中低含量农田面积仍然占了86.25;.[结论]研究直观地发现土壤养分时空变化趋势,可为今后更有针对性地进行土地合理利用和精准施肥、实现精细农业提供参考.     

有机肥对菜地土壤氮素转化的影响

该文通过培育试验,研究不同种类有机肥及有机肥不同用量对土壤NO3--N的影响,结果表明,不同种类有机肥对菜地土壤氮素转化的影响因有机肥C/N比值不同而异,不同有机肥对土壤NO3--N含量的影响表现为:与CK相比,C/N比值低的有机肥如豆粕可明显提高土壤NO3--N的含量,而C/N比值高的有机肥如菇渣则明显地降低土壤NO3--N的含量.除菇渣处理NH4+-N的含量较低外,施用豆粕、猪粪、牛粪处理的土壤NH4+-N含量与CK无明显差异.     

黄土坡地几种退耕植被土壤硝态氮分布特征与迁移研究

以荒坡地为对照,研究了黄土高原退耕还林中广泛种植刺槐、柠条、苜蓿、杨树、侧柏的土壤中NO3--N的分布特征。结果表明:0～160cm土层中上述不同植被土壤NO3--N的平均含量由高到低依次为柠条>刺槐>苜蓿>侧柏、杨树>荒坡地(P<0.05);人工林地土壤NO3--N含量大于荒坡地,豆科植被大于其他植被;从整个土壤剖面看,这几种植被在0～20cm表层土壤中NO3--N含量均高于其底下各土层,以苜蓿最高,达到6.12mg.kg-1,柠条次之,为5.82mg.kg-1;随着土层深度的增加,在20～60cm柠条、苜蓿和刺槐土壤中NO3--N含量随深度增加逐渐下降,并于60cm以后趋于稳定,杨树、侧柏与荒坡地NO3--N含量随土层的加深变化不大;各植被在140cm以下土层中均存在NO3--N富集现象;不同坡位的NO3--N均呈现坡顶>坡中>坡底的趋势,阴坡土壤的NO3--N含量显著高于阳坡(P<0.05)。     

留膜留茬免耕栽培条件下旱作玉米生长季土壤氮素供应动态特征

为了明确留膜留茬免耕栽培模式对旱地玉米生长季土壤氮素供应动态的影响。试验设2个处理：全膜双垄沟播栽培（CK）、留膜留茬免耕栽培（T），分析了玉米生长季土壤全氮、硝态氮（NO-3-N）、碱解氮、铵态氮（NH+4-N）在0~100 cm土层分布的差异。结果表明：NO-3-N和NH+4-N含量变化主要集中在0~20 cm土层，整体上从表层到底层依次降低。玉米整个生育期0~20 cm土层，T处理的NO-3-N和NH+4-N含量显著低于CK，0~10 cm土层降幅分别为24.7%~59.9%和4.4%~46.8%，10~20 cm土层降幅分别为20.5%~58.0%和8.7%~31.7%；玉米进入拔节期后，20~100 cm土层T处理的NO-3-N和NH+4-N含量出现明显的累积效应。栽培方式改变了全氮及碱解氮含量的垂直分布特征，不同栽培方式各生育时期全氮及碱解氮含量整体上随土层深度增加呈下降趋势，以表层0~20 cm含量最高。在0~20 cm土层，T处理的碱解氮含量在玉米进入抽雄期后显著低于CK，0~10 cm降幅在0.3%~26.0%，10~20 cm降幅在17.7%~23.8%。因此，玉米整个生育期0~20 cm土层留膜留茬免耕栽培的NO-3-N和NH+4-N供应量显著低于全膜双垄沟播栽培，引起玉米拔节后碱解氮含量供应不足，是留膜留茬免耕栽培玉米生育后期出现早衰的原因之一。     

不同种植年限蔬菜大棚土壤盐分累积及硝态氮迁移规律

通过对关中地区泾阳等地32个蔬菜大棚土壤分析,表明:该区大棚土壤盐分表聚和酸化现象明显。耕层(0~20cm)平均全盐量为3.2g/kg,20~40cm土层平均也达2.8g/kg,40~60cm和60~80cm土层在2.0g/kg左右;耕层土壤PH值比对照下降0.61,60~80cm土层比对照下降了0.27;耕层硝态氮含量平均高达63.3mg/kg,是对照的5.5倍,硝态氮深层下迁趋势明显,可达80cm以下,仅60~80cm土层的平均含量为27.3mg/kg;耕层平均有机质含量仅为16.0g/kg。随棚龄延长盐渍化和酸化程度加重,硝酸盐下迁损失愈多。其主要原因是偏施化肥,不重视有机肥,常年连作,不合理灌溉等。建议采取增施有机肥、限制化肥用量、改进施肥技术、科学灌排、轮作倒茬等措施。     

膜下滴灌和地下滴灌棉田土壤NH4+-N空间分布特征研究

以田间试验为基础,从时间、垂直和水平空间分布的角度对膜下滴灌、地下滴灌棉田土壤铵态氮含量进行了分析.结果表明,两种不同节水灌溉方式下,棉田土壤铵态氮含量随生育期的变化特征、垂直分布特征和水平分布特征均有异同点.0～5 cm土层铵态氮含量最高,35～55 cm含量普遍较低.水平方向土壤铵态氮随滴灌水扩散,分布在离滴灌带40 cm左右.     

河北平原区农田硝态氮分布规律研究

通过在冉庄实验站进行耕作与非耕作对比田间试验,获得河北平原区土壤中硝态氮的空间分布规律。结果表明:土壤中硝态氮主要来自施肥,硝态氮的分布受降水、灌溉影响很大,氮肥深层淋溶现象明显。玉米生育期土壤中硝态氮含量随深度变化较大,呈现双峰现象。根层土壤(0～100cm)硝态氮含量随深度增加,在80～100cm呈现第1个峰值,在200cm左右出现第2个峰值,且较前1个峰值更大。第1个峰值主要是玉米苗期施肥所致,第2峰值是小麦生育期施肥随雨季降水下移所至。350cm土层以下土壤含氮量随深度减少并稳定在20mg/kg左右。不同耕作条件下土壤硝态氮的分布情况差别明显,耕作区的土壤中硝态氮的含量远高于非耕作区,并且在深层土壤中仍有分布。为此,提高氮肥利用效率并减少氮素对水体的污染需从施肥灌溉管理方面采取措施。     

灌水器流量对涌泉根灌湿润体肥液入渗影响研究

为了提高涌泉根灌灌溉模式下的水肥利用效率，在西北农林科技大学米脂试验站原状土上进行了涌泉根灌湿润体肥液入渗试验，研究不同灌水器流量对湿润体特征值的变化特性及水氮运移规律的影响。结果表明：灌水器流量对涌泉根灌肥液入渗湿润体内含水率以及氮素分布均有不同程度的影响，入渗能力、湿润锋运移距离均随灌水器流量的增大而增大，并分别得到灌水器流量与涌泉根灌累计入渗量以及湿润锋运移距离的数学模型。肥液入渗条件下形成的湿润体形状近似为椭球体，湿润体内土壤含水率表现为表层低（18.55%）、中间高（20.39%）、底层低（14.46%）的趋势，在实际生产过程中，应当以分布1 d时湿润体特征值作为灌水技术指导依据。相同土层深度处NO-3-N和NH+4-N含量均随灌水器流量的增大而增大，再分布时间越长，土壤中NO-3-N含量总体呈增加趋势，表层土壤NO-3-N含量最大，深度越深NO-3-N含量越低；土壤中NH+4-N含量总体呈减少趋势，而深层土壤NH+4-N含量减少更明显。水分运动对NO-3-N含量的分布及运移较显著，水分运动对NH+4-N含量的分布及运移不显著。上述结果为涌泉根灌水肥高效利用提供了技术参考。     

宁夏黄灌区灌淤土硝态氮运移规律研究

为研究硝态氮在宁夏黄灌区灌於土中的基本运移规律,采用水平土柱进行硝态氮水平运移规律研究,并采用自制垂直土柱完成了硝态氮垂直运移规律研究.硝态氮水平运移规律研究表明:硝态氮运移与水分湿润峰迁移具有很好的一致性,随着硝态氮运移距离的增加,硝态氮浓度升高,并在湿润峰处累积;硝态氮浓度随含水量的增加而减少,并呈幂函数关系;硝态...     

控制灌水对华北高产区土壤硝态氮累积的影响

在长期水分试验的基础上,研究了不同灌溉处理下小麦—玉米两季作物收获后的土壤含水量和剖面硝态氮的累积分布。结果表明:不同的灌溉量对小麦季0~200cm土层含水量产生明显影响,而玉米季和深层土壤含水量没有显著差异。相同的肥料施入水平下,不同灌溉量会造成土壤NO3--N的累积差异,硝态氮的累积量随着灌溉降水量的增加呈下降趋势。灌溉量的多少决定了土壤剖面硝态氮的分布,高灌水量使得各土层硝态氮的含量均低于15mg/kg,且在土壤剖面中的分布没有明显差异;中等程度灌溉水平下,260cm以下土壤硝态氮含量最高;低的灌溉量使得土壤硝态氮大量累积在0~260cm土层。     

不同滴灌年限小麦土壤速效养分空间变异特征

【目的】研究小麦不同滴灌年限土壤速效养分积累的变化规律,了解其空间分布特征。为科学管理滴灌小麦土壤调查和施肥技术体系提供理论和数据参考。【方法】以1、3、5、7 a滴灌小麦农田土壤为研究对象,分析不同滴灌年限小尺度土壤盐分空间的分布特征。采集土壤剖面(0~60 cm)样品,结合连续性定位监测、描述性统计和地统计分析,研究不同滴灌年限土壤速效养分时空变异规律。【结果】不同滴灌年限速效养分的最大值在0~20 cm土层,最小值在40~60 cm土层;不同土壤层的速效养分含量呈弱变异和中等变异。半方差函数表明,滴灌1、3、5、7 a土壤速效养分含量符合球状模型和高斯模型,呈明显空间自相关和中等空间相关性,块金系数在15.28%~65.15%。【结论】不同滴灌年限土壤速效养分随年限的增加呈现下降趋势,其空间分布主要受人为因素和随机因素的共同影响。     

设施黄瓜膜下滴灌土壤中无机阴离子的运移和分布规律

试验在黄瓜定植后的不同时期分别从水平方向和垂直方向取土样并测定土壤中的无机阴离子含量,研究膜下滴灌方式下无机阴离子NO3-、SO42-和Cl-在土壤中的运移和分布规律。结果表明:在追肥时期,土壤中NO3-、SO42-和Cl-呈上升趋势,定植后40天测得土壤各层阴离子含量为整个生长期最高。定植40天以后不再向土壤中追施肥料,不同土层中的阴离子含量呈下降趋势。垂直方向,NO3-较快,最终3个土层中的NO3-含量基本相同;SO42-和Cl-开始下降幅度大,后变得缓慢。水平方向,距离滴头较远(10~15cm)土层中的阴离子含量较高。