基于GIS和多种土壤属性的烟田养分分区管理研究

以平顶山典型烟区烟田土壤为研究对象,用111个样点耕层土壤（0 ~ 20 cm）的pH、有机质、总N、碱解N、速效P、速效K、活性有机质、阳离子交换量等数据对烟田进行管理分区研究。利用主成分分析从繁杂的数据中提取3个主成分,利用MZA软件进行模糊聚类分析从而实现分区,采用FPI和NCE来确定最佳分区数。结果表明研究区的最佳分区数为3,模糊指数为1.5。各分区内土壤养分的变异系数都较整个研究区有所降低,而分区间土壤养分差异显著。研究区的平均混乱度指数为0.37,不同模糊类别交叠程度较小,地理空间上土壤的隶属关系相对明确。通过模糊聚类分析法可以较好地进行管理分区的划分,分区结果可以作为变量施肥的单独作业单元进行肥料管理。     

基于粒子群优化算法的土壤养分管理分区

土壤养分管理分区的划分为变量施肥技术提供依据,是精准农业实施变量施肥管理的重要环节。在对7种土壤养分的空间变异特征和变异结构进行分析的基础上,以其中6种养分作为变量进行土壤养分管理分区的研究,最后用基于粒子群优化属性均值聚类来划分管理分区,并引入3种指标确定合理的分区数目。通过计算得出,试验区的合理分区数目为2个,对各管理分区实际采样点的土壤养分数据进行单因素方差分析,除速效磷外各土壤养分均在99%的置信水平上具有极显著差异,其中分区2土壤肥力水平较高,分区1较低。基于粒子群优化属性均值聚类算法可以很好地划分土壤养分管理分区,分区结果能够为精准农业变量施肥提供决策依据。     

小尺度下滴灌棉田养分管理分区研究

以小尺度下滴灌棉田为研究对象,采集研究区87个耕层土壤(0～30 cm)样品,土壤有机质、全氮、速效磷和总盐含量为变量进行土壤养分精确管理分区研究。结果表明,运用模糊c-均值聚类法进行分区,并采用c-φ多次组合法来确定适宜的模糊控制参数,得出研究区最佳分区数为4,模糊指数为1.7,平均混乱度指数为0.29,土壤属性数据的模糊分类输出结果不确定性较小,地理空间上土壤的隶属关系相对明确。在研究区内,模糊分类的输出结果符合管理分区的定义,各管理分区均可以作为变量施肥的单独作业单元进行耕作管理。     

基于烤烟品质确定烟田的养分管理分区

探明影响烤烟品质的关键土壤养分因子,为划分不同管理分区进行精准管理提供科学依据。在平顶山地区以20 m间隔的网格法取耕层（020 cm）土样111个,测定了8种土壤养分含量;进行逐步回归分析和模糊聚类分析。结果表明,研究区内有机质、总氮、碱解氮和速效磷含量偏低,速效钾含量偏高,且各种养分的差异性均较大;所有养分均可用球状模型进行较好拟合。逐步回归显示,土壤有机质、速效磷、速效钾和阳离子交换量对烟叶品质有较大的影响;应用模糊聚类分析将研究区域划分为4个管理区,验证表明分区结果是可行的。说明土壤有机质、速效钾、速效磷和阳离子交换量是制约烟叶品质的关键土壤养分因子;利用这4种因子可以科学合理地将研究区域划分为4个分区进行烟田养分的精准管理。     

基于多源数据的盐碱地精确农作管理分区研究

为了便于对盐碱地实施变量管理和精确农作，以海涂围垦区盐碱土为研究对象，以NDVI数据、盐分数据以及作物产量数据作为分区变量，对一面积为15 hm²的盐碱地农田进行了基于多个数据源的精确农作管理分区研究。利用模糊c均值聚类方法进行分类分区，引入了模糊聚类指数(FPI)和归一化分类熵(NCE)作为最佳分区数目的判断标准，通过单项方差分析对分区结果进行比较和评价。研究发现，对本研究区，最佳的分区数目为三个。不同管理分区之间土壤化学性质(EC1:5,有机质，速效磷，速效钾，全氮，碱解氮以及阳离子交换量)的均值都存在着统计意义上的显著差异性，其中子区3具有最高的肥力水平和作物生产能力而子区1最低。利用所选取的三个变量，模糊c均值聚类算法可以较好地进行精确农作管理分区划分。分区结果不但可以指导采样, 而且可以作为变量管理的决策单元用于田间变量管理作业中,为精确农业变量投入的实施提供有效手段和决策依据。     

基于归一化植被指数获取环境因子权重的土壤管理分区方法

在基于加权环境变量进行土壤管理分区时,常利用作物产量与环境变量之间的关系来获取环境变量的影响权重。然而,当作物产量难以获取或作物产量与环境变量之间不能建立关系模型时,这种基于作物产量获取环境变量影响权重的方法将不再适用。针对此问题,该研究基于归一化植被指数（normalized difference vegetation index,NDVI）可以反映土壤条件而土壤条件又受环境变量影响,提出一种利用NDVI获取环境变量影响权重的方法,并将其应用于橡胶园土壤管理分区。结果表明,利用该方法可以筛选出与NDVI关系紧密的15个关键环境变量,并且可以获取这些环境变量的权重,其中,前5个环境变量（坡向正弦和余弦,地形位置指数,地形湿度指数,剖面曲率）的权重几乎占到15个环境变量权重之和的一半。利用加权后的环境变量可将研究区橡胶园划分为6个分区。这些分区可以很好地区分不同土壤养分（土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾）的丰缺水平。同时,不同分区间环境变量的差异也达到了显著水平（P<0.05）。可见,该研究提出的利用NDVI获取环境变量影响权重的方法是可靠的。研究可为土壤管理分区提供可靠的思路。     

基于多源数据和模糊k-均值方法的农田土壤管理分区研究

以近地传感器(EM38)快速获取的土壤表观电导率数据(ECa)、高分遥感影像提取的归一化植被指数(NDVI)和雷达影像提取的后向散射系数为数据源,以滨海滩涂区为研究对象,利用聚类法进行农田土壤管理分区研究.在对不同的数据源进行空间变异分析的基础上,结合滨海滩涂区土壤盐分的空间变异规律,利用非监督分法一模糊k-均值聚类方法进行特征相似性归类,划分不同的管理分区.结果表明,最佳的分区数目为3个.根据每一分区的特点,可以采取相应的管理措施进行土壤改良和农田精确管理.分区结果不但可以指导采样,而且可用于实施变量投入和精确施肥推荐,为样区大面积农田土壤管理提供科学的决策依据.     

改进的蚁群聚类在精准灌溉管理分区中的应用

为了便于精准灌溉的田间实际操作和管理,采用改进的蚁群聚类算法进行灌溉管理分区研究。蚁群算法的离散性和并行性特点对于数据的特征聚类非常适用,然而当数据量较大时,蚁群聚类在系统循环过程中,对数据的搜索时间较长,计算量大,因此将初始聚类中心作为蚂蚁的初始食物源加以引导,减少蚂蚁行走的盲目性,以达到降低计算量、加快聚类的目的。该文以土壤物理特性作为数据源,在运用主成分分析消除初始指标相关性的基础上,采用改进的蚁群聚类对研究区进行精准灌溉管理分区的划分。将改进的蚁群聚类分区结果与传统的K-均值聚类进行比较,前者分区结果表现出土壤物理特性区内均一性更强、区间差异性更加显著的特点。改进的蚁群聚类分区结果表明,研究区可划分成2个灌溉管理分区,I区土壤的田间持水率、饱和含水率和凋萎含水率均较II区大,表明在相同的气候条件下,I区的土壤耐旱能力较II区强,分区结果可以为精准灌溉的分区管理提供参考依据和数据支持。     

基于土壤表观电导率的变量灌溉管理分区方法

科学划分田块管理小区是实现变量灌溉的前提,确定可快速、准确表征土壤空间变异性的指标是其中的关键环节。该研究利用Veris EC 3100大地电导率勘测仪对3块试验地的土壤表观电导率（ECa）进行了调查,获取了0～30 cm（ECash）与0～90 cm（ECadp）2种不同土层深度的数据,分析了ECa空间分布特征,并测定了土壤质地颗粒组成。研究结果表明,1～3号试验地ECa平均值变化范围分别为13.20～29.25、2.34～5.79、2.69～6.86 mS/m,对应的变异系数均值为25.60%、67.64%与64.20%。ECa与砂粒含量呈线性负相关,与粉粒、黏粒含量呈正相关。相比于ECash,ECadp与砂粒、粉粒与黏粒含量具有更强的线性关系,其R2分别可达0.83、0.90与0.86,可间接表征土壤质地分布情况。因此,可基于ECadp空间分布结果划分变量灌溉小区。在综合考虑ECadp的空间变异系数、分布特征以及喷灌系统变量灌溉控制能力的基础上,对试验地进行了变量灌溉管理小区的划分。基于Java语言开发了一款变量灌溉管理分区软件,可实现基于ECa的灌溉管理小区自动划分与实时管理。该研究为变量灌溉管理小区提供了快速、可靠、简单的划分方法。     

基于空间连续性聚类算法的精准农业管理分区研究

该研究在K均值算法KM的基础上,根据空间单元位置的相互依赖关系,提出了一种新的空间连续性聚类算法SCKM。以北京精准农业示范基地获取的OMIS图像为数据源,选用K均值算法、等间隔法、分位数法、自然断点法等传统分区方法和SCKM算法,对肥水需求关键时期的小麦的长势差异进行了管理分区提取研究,并引入了权重方差和聚集度两种分区效果评价指标,对分区结果进行了比较和评价。结果表明：SCKM算法与传统分区方法分区结果相比,区内方差差异不显著;而空间聚集度远好于后者,利用SCKM法分区能够有效地去除大量的孤立单元或碎片。     

精准农业土壤采样栅格划分方法的研究

针对精准农业技术应用的日益普及,通过对一个地块土壤养分进行详细栅格采样分析,利用计算机插值的方法对土壤中各种营养元素和微量元素进行了分析。在采样栅格大小不同的条件下,随机选择5个采样点进行插值,分析了5个采样点在不同栅格采样条件下的插值结果。通过插值计算得到土壤中的全氮、速效氮和速效磷随着采样栅格的加大,插值点处的插值误差呈现出加大的趋势,但对于速效钾和其他的微量元素则呈现出与之不同的结论,采样点在田间的分布将直接影响计算机插值计算的分析结果     

松江土壤养分精准管理试验研究

应用GPS定位取样,ASI施肥推荐等方法,对上海松江区佘山镇将凤农场规模经营的耕地土壤养分精准管理对麦子的增产效益进行研究。结果表明:土壤养分受到成土母质和土壤类型等结构性因子的影响,麦子产量与土壤速效养分含量密切相关。当土壤NH4 -N、Zn等处于临界值附近水平时,对作物产量的影响最大,施用这些元素的效益也最为明显。增加N肥、Zn肥10%～30%,最低养分增产效果明显,小麦增产42.0%、26.5%,大麦增产37%。     

现代土壤学与农业持续发展

现代土壤学研究的总方向应是,“研究土壤圈物质组成、性质和物质循环、能量转化及其对人类生存环境,特别是农业持续发展的影响”,这是当前自然科学发展及资源环境形势影响下,对土壤学研究提出的新趋向。今后土壤学必须为人类享有充足的食物和清洁的环境作出贡献。土壤肥力是建立持续农业的重要物质基础,通过调节肥力退化与重建过程,不断培育持续高产的土壤肥力是建立持续农业的根本措施。必须注意调节Ｎ、Ｐ、Ｋ施肥比例与平衡     

基于农产品质量安全的土壤资源管理与可持续利用

目前我国土壤和农作物中有毒物质的残留问题日趋突出。有机氯农药虽已禁用近20年,但通过某些食物链富集仍可对人体健康产生威胁。此外,残留农药的种类和数量逐年增加,其中有机磷农药问题尤为突出。重金属残留超标主要集中在大中城市郊区、污灌区和矿区农产品,尤其是城郊蔬菜中重金属污染问题比较突出。硝酸盐积累主要在农业集约化地区,尤其是塑料大棚等保护地问题比较普遍。农产品中的有机氯残留、重金属残留以及硝酸盐积累均与土壤污染有密切的关系,土壤是影响农产品质量安全的源头因素。因此,为了保证农产品质量安全,应尽快开展全国土壤环境质量调查与评价,建立长期性的土壤环境质量监测网络,并加强土壤中环境激素类的研究和监测,修订土壤环境质量与农产品质量标准,建立基于污染物生物有效性的环境质量标准体系与评价方法。同时制订土壤质量修复和保护规划,并完善有关立法,实现土地资源由数量管理向数量与质量管理并重的战略转变。     

高光谱遥感土壤湿度信息提取研究

精准农作管理中土壤水分、土壤养分等的空间信息分布 ,可通过高光谱遥感传感器获得。本文通过对土壤的光谱反射率与土壤的表面湿度进行分析 ,比较 5种方法在反演土壤表面湿度的能力 ,并对小汤山精准农业试验区的土壤表面湿度进行高光谱填图 ,建立了较为精细的土壤水分空间分布图 ,对高光谱遥感在精准农业中深入应用进行了有效探索。     

不同经营模式土壤团粒结构的分形特征研究

土壤团聚体和水稳性团聚体的状况是影响土壤肥力的一个重要因素。本文运用分形模型对不同林分经营模式土壤团粒结构进行研究,探讨了分形维数与土壤肥力的关系。结果表明：土壤水稳性团聚体及不稳性大团聚体含量越大,团粒结构的分形维数越小,土壤肥力越高,土壤肥力越高;土壤团粒结构的分形维数与水稳性团聚体含量及水稳性大团聚体含量之间存在的显著回归关系;分形模型为土壤肥力研究提供新方法。     

农用稀土天然放射性及其对土壤和作物污染的评价

１９８１－１９９３年对我国农用硝酸稀土样品的天然放射性进行了监测，查明农用稀土化合物中主要的天然放射性成分是＾２３２Ｔｈ，平均含量为５４．９Ｂｑ．ｋｇ＾－１。通过１０年定位试验和两年喷施不同放射性活度稀土的田间试验，均未检测出土壤中天然放性活度的变化，也测不出作物体中α、Ｕ和＾４０Ｋ活度增加的趋势，仅作物茎叶＾２３２Ｔｈ活度有增加。     

低丘红壤坡耕地的水分状况变化及其调控

红壤坡耕地水分状况随年降水周期、利用类型和坡位高低而变化。0~150cm土壤贮水量大致分为盈余期、消耗期和恢复期3个阶段。土壤水势变化与贮水量3阶段相对应,总体由大变小再回升,只是土壤剖面从上而下,水势值增大,变幅减小,100cm土层以下近乎常年稳定;在不同利用方式之间,土壤水势也有较大时空差异,花生地年际变化大,坡位上下差异小;板粟园恰好相反。在4个水势段出现频率中,水势高的水势段出现频率越高,顺序为饱和>湿润>亏缺>干旱;且饱和、湿润段出现频率比例总体上是板栗园>花生地,底土>心土>表土,坡下>坡上、坡中;低水势干旱段主要出现在坡上、土壤上层和伏秋干旱季节,出现频率比例依然是板粟园>花生地,尤其是中、下坡40~85cm心土层。由此,红壤坡耕地水分状况应因地制宜从工程、生物和农艺3方面予以调控。     

IMPACT OF INTEGRATED NUTRIENT MANAGEMENT ON TOMATO YIELD QUALITY AND SOIL ENVIRONMENT

Sustainable agricultural production incorporates the idea that natural resources should be used to generate increased output and incomes, especially for low income groups without depleting the natural resource base. Integrated nutrient management (INM) integrates the use of all natural and man- made sources of plant nutrients, so that productivity and nutrient status of food increases in an efficient and environmentally benefiting manner without sacrificing soil productivity of future generations. Integrated nutrient management relies on a number of factors including appropriate nutrient application and conservation and the transfer of knowledge about INM practices to farmers through extension personal. Tomato is the most popular home garden and the third most consumed crop in the world. It is very much beneficial for health because of its high nutrient status. Integrated nutrient management effects on its yield and quality parameters to a great extent. This review paper therefore, present review on various aspects of INM use to improve soil environment and tomato yield and quality parameters.     

退化红壤不同治理模式对土壤肥力的影响

采取4种不同治理模式对福建省长汀县花岗岩区红壤严重侵蚀地进行治理,1992年对各治理模式及相应对照的土壤化学性质、土壤微生物、土壤酶活性、土壤呼吸作用进行研究,结果表明,治理后土壤细菌、真菌、放线菌数量及微生物总数明显增加,土壤水解性酶和氧化还原酶活性及土壤呼吸作用强度得到显著的加强,土壤养分贮量和速效养分供应强度得到明显改善,土壤肥力得到不同程度的恢复。表明采用合适的生物措施,辅以必要的工程措施,是改善严重退化红壤肥力有效途径之一。