基于FCM的绿洲农田养分管理分区研究

 【目的】以天山北麓绿洲农耕区——新疆农八师148团农田为研究对象,以193个耕层土壤（0～30 cm）有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量的分析数据为变量进行农田土壤养分精确管理分区研究。【方法】模糊c-均值聚类法被用来进行分区,以棉田产量为外部变量,采用FPI、c-φ多次组合法及基于外部变量的多元回归法来确定适宜的模糊控制参数。【结果】研究区最佳分区数为4,模糊指数为1.6。各管理分区土壤养分的变异系数都较分区前全研究区有所减小,而分区间土壤养分差异显著。研究区的平均混乱度指数为0.19,不同模糊类别交叠程度小,地理空间上土壤的隶属关系相对明确。【结论】通过选取适宜的外部变量,模糊c-均值聚类法可以较好地进行管理分区划分,分区结果可以作为变量施肥的单独作业单元进行耕作管理。     

轮作对黑土区作物产量及土壤理化性质的影响

为明确大兴安岭南麓黑土区不同种植模式对作物产量和耕地地力的影响,依靠耕地质量提升项目在大兴安岭南麓黑土区设置的定位监测点,研究不同种植模式下的作物产量、土壤pH、全氮、有效磷和速效钾含量。结果表明,在实际农业生产中,大豆、玉米长期连作产量下降,轮作可以提高大豆、玉米单产。不同种植模式下土壤全氮、有效磷和速效钾含量变化不同,大豆连作,土壤全氮含量大幅下降,有效磷含量增加,速效钾含量下降;玉米连作,土壤有效磷、速效钾含量大幅增加,全氮含量小幅下降。因此轮作可以提高作物产量,连作造成作物减产,玉米长期连作不影响土壤养分含量,大豆连作下土壤养分含量明显下降。     

孝义市不同种植方式耕作土壤养分状况研究

在孝义市测土配方施肥土壤肥力调查的基础上,针对不同种植方式的土壤,系统地分析了其有机质、全氮等8种养分分布特征。结果表明:农田耕作土壤养分中变异系数最大的是速效钾,最小的是碱解氮;不同种植方式的土壤其有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾和微量元素有效铁、锰、铜和锌含量差异显著;玉米地和蔬菜地土壤养分含量较高于其他种植方式,农作物核桃间作显著降低了土壤中钾的含量。     

晋中市土壤养分动态变化长期定位研究

选择晋中市有代表性的高山、丘陵平川耕地类型土壤的11个土属、38个土种的140个定位点,研究其土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾含量变化。结果表明:(1)晋中市不同土属耕地有机质、全氮、速效磷呈现平稳上升趋势,速效钾有略微下降,在农业生产中要适当补施钾肥;(2)有机质与土壤全氮、速效磷、速效钾有高度的正相关性,在农业生产中要注重有机肥的使用;(3)不同土属土壤养分性质不同,洪冲积潮土综合养分高,黄土质褐土性土有机质最为稳定,红黄土质褐土性土含速效钾比较高,在农业生产中,要根据不同土质平衡施肥,合理安排轮作倒茬;(4)农业耕作施肥对土壤养分的影响逐渐占主导地位,特别是全氮、速效磷在人为影响下,土壤含量明显上升。     

箭舌豌豆套种对作物产量和土壤养分的影响

为探索箭舌豌豆套种对作物(小麦、玉米)产量和土壤养分的影响,采用分带轮作套种绿肥箭舌豌豆(以下统称绿肥)研究绿肥对当季小麦和下季玉米产量,以及土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷、钾养分的影响。结果表明:分带套种绿肥对当季小麦产量没有影响。绿肥翻压后种植玉米能明显提高玉米单产,其增产率达10%以上的显著水平。种植绿肥后能显著增加土壤有机质,氮素养分含量。土壤中的速效磷、钾养分含量则相反,有明显的减少,说明在种植小麦、绿肥和玉米时,必须适时,适量施用速效磷、钾肥料,达到增加绿肥鲜草产量和作物产量,保持土壤养分的动态平衡,改良土壤,培肥地力的目的。     

东莞林科园土壤养分状况分析

依据对东莞林科园20个土壤剖面的调查取样,用电位法、碱解扩散法、氟化氨一盐酸浸提法、乙酸铵浸提-原子吸收法、重铬酸钾氧化-远红外加热法分别测定了土壤pH、速效N、速效P、速效K和有机质．在分析土壤养分总体特征的基础上,运用系统聚类的方法将东莞林科园土壤划分为6种养分类型：类Ⅰ为低肥力土壤;类Ⅱ为中氮土壤;类Ⅲ为高氮低磷土壤;类Ⅳ为富有机质的缺氮缺磷土壤;类Ⅴ属富磷高氮土壤;类Ⅵ属富氮土壤．其中,前3类是林科园的主要土壤养分类型．所划分的养分类型能反映各网格单元的地形特征及土地利用方式．     

黄土高原台塬区域麦田土壤养分的管理分区

为探索适宜黄土高原边缘台塬区域麦田土壤养分的管理分区方法,找出对产量影响较大的土壤养分因子,以闻喜县麦田作为研究对象,将地形因子、土壤类型和土壤养分作为输入因子,分别采用K均值聚类、模糊C均值聚类、分级分区3种方法进行管理分区,以变异系数作为评价指标,找出适宜该区域麦田土壤养分的管理分区方法。结果表明,闻喜县的麦田地形因子、土壤养分的空间变异性较大,适宜进行管理分区;较未分区前,K均值聚类、模糊C均值聚类、分级分区均能降低麦田土壤养分的变异系数,其中,分级分区降低幅度最大,达27.07%;地形因子和土壤养分的主成分分析表明,地形因子对主成分的贡献较大,地形因子与土壤养分呈负相关关系。黄土高原边缘台塬区域地形复杂,地形因子掩盖了麦田土壤养分对产量的影响,导致K均值聚类和模糊C均值聚类分区不适宜该区域管理分区。分级分区是适合该区域的麦田土壤养分管理分区方式。     

烤烟连作、烤烟-玉米轮作对烟叶品质和土壤养分的影响

为明确烤烟轮作、连作对烟叶品质及土壤养分的影响,进行了6a烤烟连作、烤烟-玉米轮作试验,比较了不同种植模式下烟叶产量和烤烟病害发生情况的差异,并测定了烟叶化学成分及土壤氮、磷、钾含量.结果显示:在烤烟连作和烤烟-玉米轮作2种模式下,烟叶产量、化学成分含量以及病害发生率均无显著差异,但烤烟连作下烟叶产量平均年度变异系数明显低于烤烟轮作;2种种植模式下土壤有机质含量和全量氮、磷、钾含量无显著差异,但不同种植模式下速效氮、磷、钾含量在试验前后的变化情况不同,其中速效氮含量在烤烟连作下比试验前略有降低,烤烟-玉米轮作中则略有增加,速效磷、钾的变化与之相反,特别是烤烟-玉米轮作中速效钾含量较试验前显著降低.与试验前土壤速效养分比例(1∶0.09∶1.81)相比,耕作6 a后,连作烟地速效养分比例(1∶0.12∶2.17)较烤烟-玉米轮作(1∶0.09∶ 1.40)更接近烤烟生长适宜速效养分比例(1∶0.55∶2.40).因此,简单的轮作特别是与施肥量较高的作物轮作,不能从根本上改善土壤养分比例,提高烟叶产量和品质.     

不同类型土壤养分区域对烟叶工业可用性的影响

土壤养分状况对烟叶质量的形成有重要影响。福建省龙岩市作为武夷丘陵清甜蜜甜香型烟叶典型产区,明确其不同类型土壤养分区域烟叶质量与工业可用性的关系,对实现龙岩烟叶精准收购与调拨具有重要指导意义。通过对龙岩市上杭县所辖22个乡(镇)的土壤取样分析后发现:上杭县土壤pH值较低,有机质含量丰富,碱解氮含量偏高,有效磷含量中等,速效钾含量偏低;进一步通过系统聚类分析法将上杭县所有乡(镇)分为7个不同类型土壤养分区域,并以其对口烟叶调拨工业企业安徽中烟烟叶质量评价方法对前3种主要类型土壤养分区域2014—2018年所产烟叶的外观质量、感官品质、化学成分等进行评分后发现:3种主要类型土壤养分区域烟叶质量综合得分均较高,且Ⅱ类土壤Ⅲ类土壤Ⅰ类土壤。因此,Ⅱ类土壤养分区域为该企业烟叶调拨最适宜区、Ⅲ类土壤养分区域为适宜区、Ⅰ类土壤养分区域为较适宜区;同时,该烟区除了做好稳定Ⅱ类土壤养分区域烟叶收购调拨工作水平以外,还要针对Ⅰ类和Ⅲ类土壤养分区域土壤碱解氮含量偏高、速效钾含量偏低的特点,在田间施肥方面可以适当采取控氮补钾措施,以逐步提高该类型土壤养分区域所产烟叶对相关工业的可用性。     

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。     

黑土长期定位试验原状土搬迁对土壤微生物性质的影响

通过测定黑土长期定位试验原状土整体搬迁前后四种处理(CK、NPK、M、MNPK)土壤可培养微生物数量、土壤微生物量含量及土壤酶活性变化,探讨搬迁的特定条件对土壤微生物性质的影响。结果表明,1搬迁前后5年各处理三大类微生物数量、微生物量碳、氮含量和四种土壤酶活性在0~20 cm土层中均高于20~40 cm土层;2每年在两个土层中MNPK处理的三大类微生物数量和微生物量碳、氮含量均最高,CK处理均最低,而每年在两个土层中土壤过氧化氢酶和转化酶活性CK和M处理均明显高于NPK和MNPK处理,而磷酸酶活性CK和M处理则低于NPK和MNPK处理,脲酶活性在4个处理中差异不大;3比较搬迁前后5年间各项微生物指标变化发现,各项指标年际间虽存在变化但程度不大,搬迁后2011年和2012年相对较高,同为小麦茬的搬迁前2010年和搬迁后2013年各项指标较为接近。研究说明,土壤深度和施肥对土壤各项生物指标影响较大,年际间变化也受到轮作方式的影响,搬迁对土壤微生物扰动影响远小于施肥和耕作方式等的影响。     

昆明近郊水稻土、菜园土、大棚土养分调查

2002年5月对昆明近郊水稻土、菜园土、大棚土136个土壤样品进行了测试分析,了解昆明近郊水稻土、菜园土、大棚土3种土壤肥力现状。结果表明:有机质、全N、全P、碱解N、速效P在耕作中不存在缺乏现象。全K3种土壤全层都缺乏。速效K在水稻土、菜园土的20～40cm、40～60cm土层中缺乏,其余土壤的土层不缺乏。     

水田自然免耕土壤结构状况研究

本文研究了自然免耕土壤的水稳性团聚体、微团聚体和土壤结构的稳定性及其与水分的关系。结果表明:自然免耕促进了>25mm的水稳性团聚体形成,团聚水平、团聚度和结构系数增加,结构稳定性提高,土壤容重稳定。因此,浸润水分有利于土壤结构的形成和稳定。     

白浆土的水分性质和水分动态

通过试验和调查研究,发现大部分白浆土的干燥度在1.00～1.27之间,各土层的水分性质差异显著。白浆土水分变化可分为冻结凝聚期,融冻返浆期,初夏干旱期,伏雨湿涝期和秋夏稳定期。研究表明,调节土壤水分是利用改良白浆土的首要问题。     

侵蚀土壤酶活性与土壤养分的关系

通过对泥河沟侵蚀试验小区表层(0～10 cm)土壤酶及土壤养分的测定,研究了侵蚀土壤和泥沙中酶活性与土壤养分的关系.结果表明,水土流失使土壤酶损失,造成了泥沙中除脲酶外其它酶活性均高于表土层,呈现出高肥力土壤高流失的现象;流失泥沙中各种酶活性,以及它们与流失养分间呈现出显著或极显著关系,这种关系表明土壤流失不仅造成了土壤养分的损失,也造成了各种酶活性的降低.     

湘东丘陵4种林地深层土壤颗粒有机碳及其组分的分配特征

选取湘东丘陵区4种典型母质发育的林地土壤(花岗岩红壤、板岩红壤、第四纪红土红壤、酸性紫色土),分层次采集土壤剖面样品,采用物理分组方法,研究深层土壤颗粒有机碳(POC)及其组分(粗颗粒有机碳CPOC、细颗粒有机碳FPOC)的数量分布和分配比例,探讨POC及其组分与土壤有机碳、质地的关系。结果表明,4种土壤剖面POC储量介于2.63-11.59 t/hm2,以花岗岩红壤最高,其次为板岩红壤,第四纪红土红壤和酸性紫色土相对最低。4种土壤POC占SOC的比例(POC/SOC)介于1.5%-13.9%,花岗岩红壤POC/SOC随剖面加深而升高,板岩红壤和第四纪红土红壤则降低,紫色土POC/SOC在40-60 cm土层达到最大值后迅速降低。在40 cm以下的深层土壤中,花岗岩红壤和紫色土保存有数量可观、比例更高的POC。第四纪红土红壤POC储量相对较少、POC/SOC也在表土层较高。花岗岩红壤POC中以CPOC为主,而紫色土以FPOC为主,板岩红壤和第四纪红土红壤中CPOC和FPOC比例接近。所选4种土壤POC组分中,FPOC数量更能代表SOC数量的变化。SOC储量和质地是影响不同母质土壤POC及其组分分配差异的重要因素,在林地开发利用中也应重视深层土壤(40 cm)中储藏的活性碳组分。     

Bacterial diversity and community composition changes in paddy soils that have different parent materials and fertility levels

Parent materials and the fertility levels of paddy soils are highly variable in subtropical China. Bacterial diversity and community composition play pivotal roles in soil ecosystem processes and functions. However, the effects of parent material and fertility on bacterial diversity and community composition in paddy soils are unclear. The key soil factors driving the changes in bacterial diversity, community composition, and the specific bacterial species in soils that are derived from different parent materials and have differing fertility levels are unknown. Soil samples were collected from paddy fields in two areas with different parent materials(quaternary red clay or tertiary sandstone) and two levels of fertility(high or low). The variations in bacterial diversity indices and communities were evaluated by 454 pyrosequencing which targeted the V4–V5 region of the 16 S r RNA gene. The effects of parent material and fertility on bacterial diversity and community composition were clarified by a two-way ANOVA and a two-way PERMANOVA. A principal coordinate analysis(PCo A), a redundancy analysis(RDA), and multivariate regression trees(MRT) were used to assess changes in the studied variables and identify the factors affecting bacterial community composition. Co-occurrence network analysis was performed to find correlations between bacterial genera and specific soil properties, and a statistical analysis of metagenomic profiles(STAMP) was used to determine bacterial genus abundance differences between the soil samples. The contributions made by parent material and soil fertility to changes in the bacterial diversity indices were comparable, but soil fertility accounted for a larger part of the shift in bacterial community composition than the parent material. Soil properties, especially soil texture, were strongly associated with bacterial diversity. The RDA showed that soil organic carbon(SOC) was the primary factor influencing bacterial community composition. A key threshold for SOC(25.5 g kg~(–1)) separated low fertility soils from high fertility soils. The network analysis implied that bacterial interactions tended towards cooperation and that copiotrophic bacteria became dominant when the soil environment improved. The STAMP revealed that copiotrophic bacteria, such as Massilia and Rhodanobacter, were more abundant in the high fertility soils, while oligotrophic bacteria, such as Anaerolinea, were dominant in low fertility soils. The results showed that soil texture played a role in bacterial diversity, but nutrients, especially SOC, shaped bacterial community composition in paddy soils with different parent materials and fertility levels.     

土壤质量管理：〈Ⅰ〉土壤功能和土壤质量

土壤质量管理是对土壤功能、土壤质量、土壤退化、土壤修复及其关系的研究和成果应用的科学实践活动.各种土壤的不同功能有其空间分异、历史演替和强弱序列;土壤质量及其评价建立在土壤功能之上.本文阐述了土壤功能、土壤质量及其评价指标和方法,并对今后的土壤评价研究提出了建议.     

土壤改良剂对酸性水稻土pH值、交换性钙镁及有效磷的影响

选取酸性水稻土进行土壤培养试验和水稻盆栽试验,分别施用生石灰(Q)、白云石粉(DP)、钙镁磷肥(CMP)以及土壤改良剂1号(M1)、2号(M2)、3号(M3)和4号(M4),分析其土壤pH值、交换性钙、交换性镁、有效磷含量的变化,探讨土壤改良剂对酸性水稻土理化性质的影响。结果表明,与不施改良剂(CK)比较,使用改良剂均显著提高了土壤pH(P0.05);Q、DP和M2处理交换性钙含量增加显著(P0.05),DP、M2、M3和M4处理交换性镁含量增加显著(P0.05);M1、M3和M4处理显著降低了有效磷含量(P0.05)。盆栽试验与土培试验相比较,施相同改良剂的土壤pH、交换性钙、镁、有效磷的变化幅度差异大,交换性钙含量除M3处理降低4.9%外,其余处理均升高,升高最多的有20.9%;交换性镁含量除DP处理升高14.9%外,其余均下降,M2处理降低最多,为9.2%;所有处理有效磷含量均升高,增加最多是M2处理,达114.6%。研究阐明了土壤改良剂在短期内能够影响土壤pH值、交换性钙、镁、有效磷含量的变化,但土培和盆栽两种方式造成的效果有差异。     

营养型土壤改良剂对酸性土壤的改良

营养型上壤改良剂施入3种不同理化性状和不同肥力水平的酸性土壤进行恒温培养，20和40d后，测定土壤的pH值以及交换性酸总量、H^ 、K^ 、Na^ 含量。试验结果表明，营养型土壤改良剂提高了土壤的pH值，降低了土壤中交换性H^ 和AP^ 含量。说明营养型土壤改良剂对酸性土壤具有明显的改良作用。