基于GIS与GPS的农户土壤养分空间变异及精准施肥研究

摘要

精准农业是21世纪世界各国农业的发展方向，不仅提高了作物的产量还减少了肥料的投入，提高了肥料的利用率，减少了环境污染，使施肥地块的经济、环境和生态效益明显改善，其中变量施肥是精准农业体系中的一个重要方面，本文在利用GIS和GPS研究土壤养分空间变异的基础上，利用以农户作为精准施肥的单元，探讨在中国农村进行精准施肥的途径。利用ARCGIS进行土壤养分空间变异研究，采取克里格插值算法，生成了图形平滑、结果准确的土壤养分空间变异分布图，为精准施肥提供了可靠的数据基础，使变量施肥的基础数据具有可靠性，同时利用农业专家系统配方推荐施肥技术在中国南方土壤上进行大比例尺以农户地块为施肥单元的推荐施肥研究，根据需要开发推荐施肥信息查询系统采用面向对象技术，充分利用组件式地理信息系统的强大GIS功能，为精准施肥查询和使用提供支持，研究结果表明： 1.土壤五个特性中pH、有机质、全氮符合正态分布，趋势参数宜选取零阶，速效磷、速效钾符合对数正态分布，趋势参数宜选取二阶。 2.土壤空间变异度大小，速效磷＞速效钾＞全氮＞有机质＞pH，主要与土壤母质性质和施肥习惯有关，pH的空间变异最小主要是由土壤母质造成的、有机质和全氮的变化是因为肥，造成其土壤变异较小，钾在土壤中流动性比较大变异相对较小，而磷在土壤流动性较小主要是由于其在土壤中的含量常随施肥点位置不同而有较大的差异。 3.土壤五个特性最适合的模型均为球面模型，其基底值C0与基台值C0+C的比例，速效磷及速效钾的基底值C0与基台值C0+C比例＜25％，说明二者具有强烈的空间相关性，其空间变异主要是由土壤母质、地形、气候等非人为因素(空间自相关部分)引起的，全氮和有机质的基底值C0与基台值C0+C比例在25％～75％之间，表明二者具有中等相关性，其空间变异是由内在因子(土壤母质等)和外在因子(人类活动)共同作用的结果，pH的基底值C0与基台值C0+C比例比例＞75％，说明其空间变异主要是由人类活动引起的，pH空间变异方向和当地的公路方向非常一致，主要的原因是修路使用石灰的影响，石灰的粉尘沿着公路向两旁扩散，造成土壤pH与公路越近越高，离公路越远越低，当距离达到一定程度，修路造成的影响就不复存在。五个土壤特性的变程大小，pH＞全氮＞有机质＞速效钾＞速效磷，变程最小的速效磷其变程为71.732m仍大于50m采样间隔，说明采样间距符合要求。 4.有机质和全氮的相关系数达到了0.814在一尾下达到了极显著，说明有机质和全氮之间具有高度的正相关关系，即全氮含量的高低和有机质的高低有很大的关系，水提pH与有机质、全氮、速效磷在一尾下都达到了极显著，说明水提pH分别与有机质、全氮、速效磷之间具有高度的正相关关系，即有机质、全氮、速效磷含量的高低和水提pH的高低有很大的关系，海拔和速效钾之间相关系数在一尾下达到了显著，说明海拔和速效钾之间也具有高度的正相关关系。 5.克里格差值法土壤全氮、速效磷、速效钾含量克里格差值分析：表明本研究区内全氮含量在变化范围在0.84‰-1.933‰之间，绝大多数地区土壤全氮含量在1.06‰以上，其空间变异相对较缓，只有在研究区的东北有一些地区变异较大。土壤速效磷值变化范围在1.0mg/kg-62.0mg/kg之间，其空间变异非常复杂，其中按照国家标准12MG/KG的含量本研究区域东部仍有一些地区缺磷土壤需要补磷，而西南部一些地区，土壤速效磷含量较高达到了43MG/KG以上，可以少施或不施磷肥。土壤速效钾值范围在39.0mg/kg-135.0mg/kg之间，其空间变异非常复杂，其中按照国家标准80MG/KG的含量该研究区域绝大部分地区缺钾，主要和当地少施钾肥的施肥习惯有关，土壤需要补钾。 6.采用可视化编程语言VisualBasic和控件式MAPGIS开发技术，以开发出了一个界面友好，使用方便的农户施肥推荐配方查询系统，为精准施肥查询和使用提供支持。 本文提出的精准施肥方案，采用农户为单元的施肥推荐既可以避免土壤养分空间变异造成的推荐施肥偏差，又可考虑中国农村分散经营的实际的状况，从而使土壤养分管理更加精细化，即考虑了土壤的空间连续性、土壤空间变异性，而且采用的配方施肥系统是经过多年肥料试验得出的土壤校正系数，并以此为依据得出的精准施肥推荐，不仅技术先进可靠，而且经济可行，对于我国以农户为单位的农田施肥应用具有一定的指导意义。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

1.文献综述

2.引言

3.材料与方法

4.土壤特性空间变异的研究

5.基于土壤养分空间变异的农户施肥推荐配方实现

6.基于GIS的推荐施肥信息查询系统

7.基于土壤养分空间变异的配方施肥的经济效益分析

8.全文结论

参考文献

附录：在学期间发表的论著及科研成果清单

致谢

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