基于GIS的棉田土壤养分时空变异特征及分区管理研究

摘要

精准农业相对于传统农业的一个最大特点，就是通过高科技投入和管理，获取资源的最大节约和农业产出的最佳效益。其最重要的意义和价值就在于能够实现农业的标准化、科学化、高效化及定量化。均质耕种单元通常以田块为主，这也是我国传统的农业生产的主要特点，在同一区域的所有农田上，单位面积上物质的投入量基本一致的。这种耕种方式使施肥显得盲目性，容易引起区域内养分的肥料利用率低、供给不平衡。因此客观全面地认识田间土壤属性的时空变异特征，制定合宜的土壤养分管理单元，并依据研究结果得到相应的农田管理模式，即调整物质投入量。以团场辖下的连队作为基本单位，在多种土壤属性数据的基础上，进行农田的精确管理分区研究，可为探索适合新疆特色的精准农业管理模式提供参考，也为农田进行土壤养分分区管理、变量施肥提供必要的科学依据。 本研究综合运用GIS与地统计学，对新疆农八师148团农田土壤养分时空变异特征进行研究的基础上，以连队（村级）作为基本单元进行多种土壤属性的农田精确管理分区研究，采用模糊c-均值聚类算法（FCM），用以评价适合兵团农业生产经营模式的土壤养分分区管理的可行性。 （1）土壤养分时空变异研究。 10年间研究区土壤的主要养分指标在空间尺度与时间尺度上均存在变异。 在空间结构上，1997年、2002年和2007年土壤有机质和土壤养分的块金值与基台值之比有不同程度的增高，空间相关性由强变弱；变程的增大显示土壤有机质，碱解氮及速效钾的变量空间分布的均一性增强即相似范围增加，在大范围内的变异性减少，而速效磷的空间相关距离减小，空间分布特征变化较大。这些均表明耕作结果使得研究区域土壤属性的结构性交异趋于减弱，随机性交异趋于增强。 在时间结构上，研究区速效钾空间分布的时间稳定性最好，其次是有机质和碱解氮，速效磷空间分布的时间稳定性最低。 （2）连队（村级）尺度下的农田精确管理分区研究。 在确定研究区农田管理分区适宜尺度的基础上，以连队（村级）作为分区基本单元，农八师148团中部6连棉田为研究区域，进行精确田间管理划分的研究，研究方法采用模糊c-均值聚类算法。结果表明：研究区可划分为4个管理分区，模糊加权指数为1.7，平均混乱度指数为0.29。

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第一章绪论

1.1土壤养分时空变异

1.2国内外土壤养分时空变异的研究进展

1.3土壤养分精确管理分区的研究进展

1.4基本管理单元尺度的确定

第二章研究方案及数据获取

2.1研究区概况

2.2数据获取与分析

2.3研究目的

2.4研究内容

2.5研究路线

第三章农田土壤养分时空变异分析

3.1引言

3.2地统计学原理简述

3.3结果分析

3.3.1描述性统计特征

3.3.2半方差函数模型的选取

3.3.3有机质的时空变异

3.3.4碱解氮的时空变异

3.3.5速效磷的时空变异

3.3.6速效钾的时空变异

3.3.7土壤养分时间稳定性分析

3.4结论

第四章连队(村级)尺度下的绿洲棉田精确管理分区研究

4.1引言

4.2材料和方法

4.2.1土壤数据获取与分析

4.2.2研究方法

4.3结果与分析

4.3.1描述性统计结果

4.3.2模糊聚类结果输出

4.3.3分区结果的评价

4.3.4管理分区的校验

4.4结论

第五章结论、创新与讨论

5.1结论

5.2创新

5.3讨论

参考文献

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