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。     

基于WebGIS的中国土壤信息查询系统研究

国家尺度土壤信息系统的建立对于全国和区域的土壤学及相关学科的研究具有重要意义.本研究收集长期积累的各种土壤图和土壤属性图资料,利用WebGIS技术,以ArclMS作为土壤地图数据发布平台,结合相应的数据库技术,建立了中国土壤信息查询系统.系统分为4个部分,分别提供了全国土壤的类型分布、基本属性、养分元素含量和微量元素含量在多个尺度下土壤信息的查询.系统提供的SQL查询功能可以根据用户的研究需求灵活地构建查询表达式进行查询,区域查询功能则可以查询在全国和各个行政区域内土壤类型或土壤性质的各个类型或等级(含量)分布的总面积及其占该行政区域面积的百分数.用户可以通过友好的交互性界面便捷地查询到尽可能多的土壤信息.     

关于县级土壤养分图的编制

土壤养分图是以土壤图为基础的一类派生图幅,通过不同几何形状的图斑来反映规定深度的土体内各种土壤养分含量级别及其分布状况,为制定各项农业管理措施服务,是指导科学种田的一种重要图幅。     

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。     

环渤海沿海区域土壤养分空间变异及分布格局

大尺度研究土壤养分空间变异和分布,是实现区域平衡施肥和精准化农业的重要前提,大批量土壤养分的实验室分析比较费时费力且耗资较大,地统计及GIS插值技术可以有效解决这一问题。利用432个采样点,进行环渤海沿海区域0~30 cm和30~60 cm土层土壤养分空间变异和空间分布格局研究。土壤养分指标包括土壤碱解氮、有效磷、速效钾、有机质及全氮。对各土壤养分指标进行传统统计和地统计分析并采用kriging进行空间插值成图。结果表明:同一养分指标变异程度在0~30 cm和30~60 cm土层均相近;各养分指标在两土层均具有良好的空间结构性;研究区土壤有效磷和速效钾含量相对丰富,碱解氮、有机质和全氮含量较缺乏,总体而言本研究区域土壤养分较缺乏,30~60 cm土层各养分含量较0~30 cm土层更加缺乏。     

井冈山国家级自然保护区森林土壤养分含量的空间变化

以井冈山国家级自然保护区为研究区,采集了57个土壤剖面的5个不同深度(0~10、10~20、20~40、40~60、60 cm)的土壤样品,对土壤样品的有机碳、全氮、全磷和全钾等指标进行了测定,并结合森林类型数据和DEM高程数据,对不同森林类型及高程条件下的土壤养分状况进行比较分析。结果表明:①土壤有机碳含量最大,全磷含量最小,各土壤养分含量均随土壤深度的增加而递减;②土壤类型的空间分布呈现海拔梯度特征,黄棕壤的分布海拔最高,依次为黄壤、黄红壤,红壤的分布海拔最低;③全磷、有机碳及C/N随着海拔高度的上升呈增加趋势。全钾含量随着海拔高度的上升呈下降趋势;④不同森林类型土壤养分存在差异,常绿阔叶林、落叶阔叶林和常绿落叶阔叶混交林的各土壤养分含量均较高;山顶矮林和温性针叶林除全氮和全钾含量外,其他土壤养分值显著高于其他林型;竹林及灌木林的土壤养分条件相对较差;⑤不同森林类型土壤养分含量的空间分布规律与其分布的海拔高度范围有关。     

基于GIS的农田土壤水分状况管理模型及应用

基于GIS开发了土壤水分和土壤电导率的简单专题图及精细专题图模块。简单专题图为运行于农田PDA的嵌入式GIS系统提供采样异常点检查验证;精细专题图为运行于上位机的农田信息处理系统提供信息可视化管理。简单专题图调用GIS组件方法获得并据此建立了采样管理模型;精细专题图中,土壤水分采用克里金插值算法预测的均方根百分比误差（RMSPE）为5.489%;土壤电导率插值模型采用泛克里金算法预测的RMSPE为18.451%。基于精细农田信息专题图,根据特定作物不同生长时期需水量的专家推荐值建立了土壤水分管理模型,利用该模型进行的一次灌溉决策显示,土壤含水率方差从灌溉前的1.9168调整到了灌溉后的0.8906。试验表明,采样管理模型能够指导田间采样,农田水分管理模型能够指导农田灌溉。     

北京市大兴区土壤养分空间结构及影响因素分析

为了揭示土壤养分的空间分布特征和指导土壤培肥管理,以北京市大兴区为例,首先基于地统计学和GIS技术对大兴区土壤养分进行空间克里格插值和模糊隶属度函数模型标准化处理;其次利用主成分分析方法获取了大兴区土壤养分的空间结构,即全氮、碱解氮、有机质、有效磷和速效钾所占空间比例分别为0.32,0.25,0.23,0.03,0.17;最后对土壤养分空间结构的影响因素进行了系统分析。研究表明:大兴区土壤中氮含量最高,有机质含量较高,钾含量较低,磷含量极低,整体上大兴区土壤养分高值区主要分布在东北部,低值区主要分布在西南部和中部区域;主要与大兴区土壤类型、质地、农户土地利用方式和施肥结构等密切相关。     

北京典型耕作土壤养分的近红外光谱分析

为研究土壤养分含量分布信息,以从北京郊区一块试验田采集的72个土壤样品为试验材料,应用傅里叶变换近红外光谱技术分析了土样的全氮、全钾、有机质养分含量和pH值。采用偏最小二乘法(PLS)对光谱数据与土壤养分实测值进行回归分析,建立预测模型,以模型决定系数(R2)、校正标准差(RMSECV)、预测标准差(RMSEP)和相对分析误差(RPD)作为模型精度的评价指标。结果表明,利用该模型与光谱数据对土壤全氮、全钾、有机质养分含量和pH值进行预测,结果与实测数据具有较好的一致性,最高决定系数R2达到0.9544。偏最小二乘回归方法建立的养分预测模型能准确地对北京地区褐土土质全氮、有机质、全钾和pH值4种养分进行预测。     

泥质海岸防护林土壤微生物、酶与土壤养分的研究

土壤微生物数量、土壤酶活性可以反映土壤的肥力状况。本文研究了东营泥质海岸不同林分下土壤养分、微生物数量、土壤酶活性及分布特征,结果表明：①土壤微生物、土壤酶和土壤养分主要分布在0-20 cm的土层,20-50 cm的较少;②不同林分微生物数量差异显著。白蜡林微生物数量最多,柳林、枣园数量较少,柽柳林数量最少。③不同林分土壤酶的活性表现出差异性,各种酶之间过氧化氢酶活性最高;④土壤养分含量差异显著,柳林土壤养分含量相对较高于其它样地,白蜡和桑园土壤养分含量次之;⑤林地土壤微生物数量和土壤酶活性与土壤养分密切相关。     

引水补源条件下的田间土壤与地下水环境状况分析

在详细分析商丘试验区土壤及地下水水质的田间实测数据基础上,运用影响因子对比分析法探讨了引水补源条件下的土壤、地下水环境状况及其管理与保护措施.结果表明,合理地引水补源不仅可补偿地下水资源,还可调节田间土壤养分和盐分的重新分配,从而使作物处于适宜的田间水分状况,满足作物正常生长所需的水分和养分.     

上海市规模经营农场的土壤养分与水稻产量空间变异特征

运用经典统计和地统计学结合的研究方法，探讨了规模化经营农场田块内的作物产量及土壤有效养分含量等空间变异特征。结果表明，土壤pH有较小变异和较强的空间结构性。作物产量变异较小而且是随机因素引起的没有明显空间结构性，和土壤养分含量及pH值等属性也没有明显的相关。有效磷、有效硫也表现为纯块金效应，全部变异由随机因素引起。其它观测项目均有不同程度的空间自相关，有效养分含量之间也有较为显著的相关性。     

Nitrogen and Phosphorus Balances of Hungarian Farms as Management Tools for Sustainable Agriculture

Abstract

At the moment, Hungarian agriculture is confronted with a certain duality as far as nutrients are concerned. On the one hand, national soil nutrient balances show substantial deficits, and on the other hand, agricultural nutrient use is responsible for a part of the nitrogen (N) and phosphorus (P) losses to the environment. To understand this duality and help optimize farm nutrient management, the farm gate N and P balances of 12 farms, representing a variety of Hungarian agriculture, were calculated for the year 2002. The farm gate N and P surpluses/deficits in the east of the country were lower than in the west. This was correlated with a lower fertilization rate. The low soil fertility level due to a prolonged period of low fertilization in combination with continuing nutrient deficits can lead to possible future reduction in crop yields.     

基于GIS的猕猴桃土壤养分评价与施肥建议模型研究

该论文以陕西省周至县为例,基于GIS技术,得到土壤养分的地域分布模型和适宜性等级划分;针对猕猴桃的生育特性,建立了养分需求模型;针对土壤养分的空间分布特点,给出具有决策指导意义的施肥建议,以提高猕猴桃果品的品质和产量;研制了基于施肥建议模型的果树施肥信息系统。该方法实现了GIS支持下的基础土壤养分数据的空间化、可视化、系统化管理,最大程度上实现了连续性的养分分布模型的构建,并对不同地域的施肥建议进行了可视化输出。该方法是实现“数字农业”和“精准施肥”目标的有益探索,具有一定的理论和实践意义。     

Factors determining soil nutrient distribution in a small-scaled watershed in the purple soil region of Sichuan Province, China

Determining soil nutrient distribution is critical to identify sites which are at risk of N and P loading. Equally important are determining factors that influence such distribution (e.g. land use, land management, topography, etc.). In this research, soil nutrient distribution and its influencing factors were studied in a small-scaled watershed in the purple soil region of Sichuan Province, China. The watershed is 1.3 km² with a complex land management system including agriculture and forestry. Surface soil samples (0–20 cm) from 48 sites within the watershed were collected in the spring of 1999 and analysed for chemical properties. When spatial distribution patterns of soil organic matter and soil nutrients were considered, several patterns were evident. Soil organic matter and total nitrogen coincided with high soil nutrients in the center of the watershed. Total phosphorus was linked to low soil nutrient contents on hilltops, while total potassium was characterized by low variability and high soil nutrient content throughout the watershed. Water-soluble nutrients in soils were highly variable throughout the watershed. Results of this study indicate that land use, topography and other variables play important roles in controlling the spatial distribution of most soil nutrients. However, the relative roles of these indices were nutrient specific. The relationship was therefore complex. Land use, silt, and sand content contributed to a high level of heterogeneity for soil organic matter and total nitrogen with the former being the dominant factor. Land use, particle size distribution (silt and sand) and topographic factors (slope and elevation) contributed to the variability of total phosphorus. However, particle size distribution and topographic factors were the dominant factors affecting total phosphorus. Elevation influenced the concentration of total potassium and land use controlled the concentration of dissolved phosphorous. No significant relationship was found between the studied characteristics and nitrate nitrogen.     

The effect of plant hedgerows on the spatial distribution of soil erosion and soil fertility on sloping farmland in the purple-soil area of China

Recently the effect of plant hedgerows on controlling soil and water loss has been well recognized, and this technology has been widely applied in the world. However, there are few studies on hedgerows’ effect on soil fertility of sloping lands. With an 8-year fixed field experiment, we investigated the effect of two different hedgerows on soil fertility through comparing with the control. Our results showed that along contour lines across the field, clay particles tended to accumulate above plant hedgerows but to be eroded downward below hedgerows. Except for potassium (K), all plant nutrients and soil organic matter showed the same distribution pattern as clay particles. K, however, was evenly distributed in the field without any noticeable influence from hedgerows. Since the beginning of our field experiment, soil phosphorus (P) kept accumulating, while soil organic matter and K were in depletion. Taken together, our results suggest that better nutrient management for the sloping lands should reduce P but increase farm manure and K. As far as the whole sloping field is concerned, special attention in nutrient management should be paid to the soil stripes below hedgerows, the portions suffering from more serious soil erosion.     

太行山前平原土壤养分分布特征与肥料精准管理研究

对太行山前平原土壤养分分布特征与肥料精准管理研究结果表明,该区土壤养分含量集中在1个或相邻2个养分含量等级范围内,对土壤养分进行分区管理存在可能性;按照土壤养分含量分级标准其土壤肥力属中等水平。土壤速效磷含量高低与冬小麦产量密切相关,P肥施用为影响冬小麦产量的主要因子,而N肥为影响玉米产量的最重要因素,其次为土壤碱解氮与P肥。     

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。     

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。     

基于ArcGIS的彭水县烟区土壤有效态微量元素丰缺评价

研究基于AreGIS技术，应用地统计学方法对彭水县烟区土壤微量元素丰缺状况进行了评价。结果表明：研究区域土壤微量元素中，有效铜、有效铁及有效锰的样本呈正态分布，其他微量元素为偏态分布，其变异系数在29．47％（有效钼）～51．76％（有效铁）之间变化；土壤有效铜、有效硼、有效铁和有效锰的样本数据最佳拟合模型为球状模型，有效钼和有效锌为指数模型；土壤微量元素的随机变异均小于结构性变异，有效铜、有效硼、有效钼及有效锌的空间自相关性相对较弱，有效铁及有效锰则具有较强的空间自相关性；有效铜、有效锰、有效硼含量偏低，有效钼、有效铁及有效锌含量丰富。