基于GIS的不同尺度下农田土壤养分空间变异特征研究

摘要

科学管理土壤养分，合理施用化肥，是关系到我国农业发展的重大问题。本研究应用GIS和地统计学相结合方法，研究了浙江省乐清市土壤性质和养分含量的分布及其空间变异规律，初步评价了土壤含量状况及其控制微量元素含量分布的影响因子，探讨了土壤养分分区管理和施肥的可行性。主要研究结果如下：
　　 (1)对乐清市1210个土壤样品的性质和养分含量监测结果统计表明，土壤N、P、K和中量养分元素(Ca、Mg、Si、S)的含量差异较大，速效磷具有强变异性，其它均具有中等的变异性。地统计分析结果表明，土壤CEC、全氮、磷、钾的块基比<25％，具有强烈的空间相关性，pH、有机质、碱解氮、速效磷、钾和中量元素均具有中等的空间相关性。根据土壤养分Kriging空间插值，其土壤性质和养分含量的空间分布表现为：pH和CEC表现出由东向西降低的趋势，有机质呈块状的分布。西部地区土壤多为酸性需注意改良，有机质、CEC含量中等偏低。大量元素速效养分的分析表明，土壤中氮含量丰富，磷、钾在局部地区不足，应适当增施磷、钾肥，施肥尚有潜力；中量元素Ca、Mg含量丰富；S含量中等偏低；绝大部分土壤缺Si。
　　 (2)乐清市微量元素(Fe、Mn、Cu、Zn和B)的分析表明，Fe、B块基比.<25％，具有强烈的空间相关性。Mn、Cu、Zn具有中等的空间相关性，空间变异性由结构性因素和随机性因素共同引起。微量元素含量的空间分布各异，Fe和Cu没有明显的分布规律；Mn、 Zn表现出块状分布的特点；B有连续分布的特点，呈现出东高西低的趋势。Fe、Mn、Zn含量丰富，Cu含量中等偏低，B严重缺乏，需施肥补充。微量元素含量的影响因子分析表明，土壤pH、有机质、速效养分、土地利用类型、土壤类型都影响着土壤微量元素的含量。不同土地利用类型上Fe、Mn、Cu、Zn和B含量表现出较为一致的规律，灌溉水田含量最高，其次是滩涂和旱地。不同的土地利用类型、土壤类型对微量元素的影响达到了显著水平。
　　 (3)合理的采样数分析表明，土壤有机质和全氮、微量元素的样点减少50％至494个时，能预测其空间分布特征，且有较高的预测精度，可节省了大量时间和分析测试成本。大量元素速效养分在能保证一定的预测精度下，尽可能的来增加采样点，降低预测误差。依据养分的分级标准，对研究区进行宏观分析显示，分区管理存在可能性，为农业生产的精确管理提供服务。
　　 (4)典型乡镇乐成镇土壤监测表明，土壤理化性质及N、P、K元素具有强烈的空间相关性，主要受结构性因素的影响；中、微量元素中，Cu具有较弱的空间相关性，可能是因当地工业的发展给土壤造成了污染；其它元素具有强烈的空间相关性。土壤性质的空间分布图表明，镇域西部土壤大部分呈酸性；有机质和CEC含量处于中等水平。土壤全磷、全钾呈现明显的连续分布，含量由东部向西部降低。全氮、大量元素速效养分无明显的分布规律，但含量都达到了丰富的水平。中量元素Ca、Mg有明显的连续分布的特点，S呈现块状分布的特点。微量元素Fe、Mn的空间变异呈现块状分布；Cu、Zn的空间分布特点不明显；B表现出明显的连续分布。Fe、Mn含量丰富；.Zn含量较充足；Cu、B含量缺乏，需施肥来满足作物需求。对微量元素含量的控制因素分析显示：地形、土壤类型和土壤中的养分均对土壤微量元素的含量存在影响。土壤类型对Mn、Cu的含量有着显著影响，水稻土中Mn、Cu的含量显著高于红壤；土壤养分和微量元素的相关性分析可知，Fe与土壤pH、有机质、全氮、碱解氮及速效钾呈极显著相关，Mn、B与pH、速效磷和速效钾之间存在显著或者极显著的相关性，Cu仅与速效钾显著相关，Zn的含量受土壤养分的影响较小，没有达到显著水平。

目录

文摘

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致谢

第1章 引言

1.1问题的提出

1.2作物施肥技术

1.2.1配方施肥的研究和应用

1.2.2作物配方施肥的主要方法

1.3土壤特性的空间变异

1.3.1土壤空间变异的主要研究方法

1.3.2土壤空间变异的研究进展

1.3.3土壤空间变异的影响因素

第2章 材料与方法

2.1研究的依据、目的及意义

2.2研究的主要内容

2.3研究区概况与数据的获取

2.3.1研究区域概况

2.3.2土壤样品的采集与分析

2.4基本图件和数据处理

2.4.1基本图件

2.4.2数据处理

第3章 乐清市土壤大、中量元素养分空间变异研究

3.1土壤养分的统计描述

3.1.1土壤理化性质的统计分析

3.1.2土壤大量元素的统计分析

3.1.3土壤中量元素的统计分析

3.2土壤性质空间变异特征分析

3.2.1探索性空间数据分析技术(ESDA)检验数据的正态分布

3.2.2土壤养分半方差函数模型的选择

3.2.3土壤理化性质的空间变异特征

3.2.4土壤大量元素的空间变异特征

3.2.5土壤中量元素的空间变异特征

3.3土壤性质的空间分布格局

3.3.1土壤理化性质的空间分布

3.3.2土壤大量元素的空间分布

3.3.3土壤中量元素的空间分布

3.4合理取样数分析

3.5土壤大、中量元素的分区管理研究

3.6本章小结

第4章 乐清市土壤微量元素空间变异研究及影响因子分析

4.1土壤微量元素的统计分析

4.2土壤微量元素的空间变异分析

4.3土壤微量元素的空间分布

4.4土壤微量元素含量的控制因素

4.4.1土壤性质

4.4.2土地利用类型

4.4.3土壤类型

4.5合理取样数分析

4.6土壤微量元素的分区管理研究

4.7本章小结

第5章 乐成镇土壤养分初步评价及空间变异研究

5.1乐成镇土壤性质的统计分析

5.1.1乐成镇土壤理化性质和大量元素的统计分析

5.1.2乐成镇中量和微量元素的统计分析

5.2乐成镇土壤性质和养分空间变异特征分析

5.2.1土壤理化性质和大量元素含量的半方差分析

5.2.2土壤中量和微量元素含量的半方差分析

5.3乐成镇土壤理化性质的空间分布

5.3.1土壤理化性质的空间分布

5.3.2土壤大、中量元素的空间分布

5.4土壤微量元素含量的空间分布及其影响因素研究

5.4.1土壤微量元素的空间分布特征

5.4.2土壤微量元素含量的控制因素

5.5本章小结

第6章 结论与问题展望

6.1主要结果和结论

6.2创新点和不足

6.3展望

参考文献

作者简历