不同土類土壤養(yǎng)分時空變異與水稻精確施肥決策支持系統(tǒng)研究.pdf

1、本文以地處蘇中的姜堰市為例,針對縣域尺度內(nèi)土壤養(yǎng)分演變與分布狀況不清、生產(chǎn)上過量不合理施用肥料等問題,綜合運用經(jīng)典統(tǒng)計學(xué)、地統(tǒng)計學(xué)、全球定位系統(tǒng)(GPS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)、掌上電腦(PDA)與Visual Basic、Embedded Visual Basic編程語言及農(nóng)業(yè)模型學(xué)原理與方法、決策支持系統(tǒng)(DSS)開發(fā)技術(shù)等,研究了縣域范圍內(nèi)不同尺度潮土和水稻土兩種土類土壤養(yǎng)分的時間維變異特征、空間變異結(jié)構(gòu)及其與土壤地力的關(guān)系

2、,試圖為復(fù)雜的土壤變異性探討有效的分析評價方法;構(gòu)建了土壤養(yǎng)分空間數(shù)據(jù)庫及相關(guān)模型,并生成多種尺度土壤養(yǎng)分空間分布與精確施肥專題地圖,分別開發(fā)出基于Visual Basic與MapObjects的縣域水稻精確施肥地理信息系統(tǒng)、基于掌上電腦(PDA)與Embedded Visual Basic的縣域水稻精確施氮決策支持系統(tǒng)、基于Visual Basic與MapObjects的縣域水稻精確栽培決策支持系統(tǒng),可為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理部門與農(nóng)戶提供土壤

3、養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)信息查詢、精確施肥決策支持與智能學(xué)習(xí)輔導(dǎo)等服務(wù)。這對于縣域尺度土壤養(yǎng)分資源的精確管理、水稻精確施肥技術(shù)的深入實施、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力的挖掘、水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)目標(biāo)的實現(xiàn),具有重要的現(xiàn)實意義和實用價值。研究具有技術(shù)的綜合性與先進(jìn)性、研究的必要性與較高的生產(chǎn)應(yīng)用價值。主要研究結(jié)果如下:
　　 1、本文運用經(jīng)典統(tǒng)計學(xué)與GIS技術(shù),分別從縣域尺度、不同土類尺度、不同土種尺度、不同土類加密點尺度、不同緯向區(qū)尺度,研究與探明了姜堰市土壤

4、養(yǎng)分的時間維演變規(guī)律,其表現(xiàn)為:
　　 (1)2004年與1982年相比,姜堰市縣域尺度土壤養(yǎng)分中有機質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀含量均有提高;pH值則呈下降,土壤堿性減弱,整體由堿性轉(zhuǎn)為中性土壤。這表明經(jīng)20多年演變,縣域尺度土壤肥力得到提高。有機質(zhì)、速效鉀含量呈北高南低格局,與1982年相似;而有效磷南北高低參差,分布規(guī)律不明顯。
　　 (2)就不同土類而言,2004年水稻土土壤中有機質(zhì)、全氮、速效鉀含量高于潮土,水稻土

5、有效磷、pH值則低于潮土。與1982年相比,2004年潮土14個土種各取樣點土壤有機質(zhì)、全氮、有效磷均有提升:12個土種速效鉀含量與9個土種pH值有提高。有效磷含量上升幅度最大,2004年其含量是1982年的2.28倍。12個土種速效鉀含量仍低于80mg/kg,須增施鉀肥。11個土種仍為堿性土壤。與1982年相比,2004年水稻土21個土種中有19個土種土壤有機質(zhì)有提高;18個土種土壤有效磷與14個土種速效鉀含量有提高;而對于pH,有1

6、5個土種表現(xiàn)為下降,6個土種表現(xiàn)為上升。
　　 (3)從加密點尺度來看,2004年潮土和水稻土兩種土類加密點土壤有機質(zhì)、全氮、有效磷含量及pH值均高于1982年第二次土壤普查結(jié)果;而潮土土壤速效鉀兩個年份相近,水稻土則表現(xiàn)為減少。2004年兩種土類有機質(zhì)、全氮、pH的變異系數(shù)均小于1982年;而兩個年份有效磷、速效鉀的變異系數(shù)均較大。2004年兩種土類土壤養(yǎng)分狀況整體比1982年有所改善,土壤肥力提高;不同農(nóng)田間有機質(zhì)、全氮、p

7、H的相對均勻度變優(yōu),土壤肥力有均衡發(fā)展趨勢。
　　 (4)在由南向北的四個緯向區(qū),土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、速效鉀呈現(xiàn)出逐步升高的規(guī)律;pH則相反,低緯向地區(qū)高于高緯向地區(qū)。而有效磷則先逐步升高后下降。北部兩個緯向區(qū)有機質(zhì)、全氮、堿解氮、速效鉀等養(yǎng)分綜合條件均優(yōu)于南部兩個緯向區(qū),磷肥水平也較好,為中性土壤,具有高產(chǎn)區(qū)土壤特征與高肥力特性。南部兩個緯向區(qū)有機質(zhì)、全氮、堿解氮、速效鉀含量均低,而pH值均高,都為堿性土壤,不僅需培肥土

8、壤,而且應(yīng)普遍增施鉀肥與調(diào)節(jié)pH值;最南部的緯向區(qū)還需增施磷肥。
　　 2、本文運用經(jīng)典統(tǒng)計學(xué)、地統(tǒng)計學(xué)與空間插值(Spatial Interpolation)技術(shù),在姜堰市張甸鎮(zhèn)與沈高鎮(zhèn),對該市潮土和水稻土兩種土類的土壤養(yǎng)分空間變異特征與各自的施肥策略進(jìn)行了研究。研究得出:
　　 (1)從空間格局來看,水稻土有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量均高于潮土,pH值兩者接近;潮土和水稻土兩種土類土壤有效磷養(yǎng)分變異系數(shù)最

9、大,其次是土壤速效鉀,pH最小。除潮土土壤pH外,兩種土類土壤養(yǎng)分要素空間分布都體現(xiàn)為中等的空間相關(guān)性。就不同土類而言,地統(tǒng)計學(xué)分析結(jié)果表明,水稻土土壤養(yǎng)分的變程大于潮土。就同一土類而言,對于潮土,其養(yǎng)分要素變程大小依次為:有效磷、全氮、有機質(zhì)、pH、速效鉀、堿解氮,該土類土壤上每一個土壤取樣點的測定數(shù)據(jù)可以在半徑254.9m的空間域(20.4hm2)有效;對于水稻土,其養(yǎng)分要素變程大小依次為:堿解氮、全氮、速效鉀、有機質(zhì)、pH、有效磷

10、,該土類土壤上每一個土壤取樣點的測定數(shù)據(jù)可以在半徑339.6m的空間域(36.2hm2)有效。這一結(jié)果對于縣域尺度合理設(shè)計采樣單元具有指導(dǎo)作用,使測土配方施肥所要求的平原區(qū)、大田作物每10.0-33.3hm2采一個混合樣得到了具體量化與修正。
　　 (2)張甸地區(qū)有機質(zhì)含量整體不高,研究區(qū)呈現(xiàn)出中間高、四周低的特點,特別是西北(NW)向和東北(NE)向含量偏低。有效磷整體為西高東低;在104個樣本中7個樣本的土壤嚴(yán)重缺磷,應(yīng)重施

11、磷肥;74個樣本的土壤缺磷,應(yīng)增施磷肥;23個樣本的土壤為輕度缺磷或暫不缺磷,對應(yīng)農(nóng)戶的農(nóng)田可少施或暫不施用磷肥。速效鉀含量普遍屬低水平,且變異系數(shù)大。在104個樣本中僅有10個樣本的土壤可暫不施鉀;其余94個樣本需增施鉀肥?？傮w來看,張甸地區(qū)普遍需培肥土壤,以增加有機質(zhì),同時應(yīng)增施磷、鉀肥,可以有效提高農(nóng)作物產(chǎn)量。
　　 沈高地區(qū)土壤有機質(zhì)含量大多數(shù)在20-22.5g/kg之間,屬中等偏低水平,但中間部分地區(qū)含量大于27.5g

12、/kg,甚至大于30g/kg,屬中等偏高或高水平。有效磷東南(SE)向偏高;130個樣本中1個樣本為嚴(yán)重缺磷,58個樣本為缺磷;71個樣本為輕度缺磷或暫不缺磷。速效鉀中間偏東南(SE)向部分偏高;51個樣本的土壤可暫不施鉀,其余79個樣本需增施鉀肥。總體而言,沈高地區(qū)土壤有機質(zhì)、有效磷養(yǎng)分條件較好,應(yīng)區(qū)分不同農(nóng)田施用磷肥、重視增施鉀肥。
　　 3、本文針對生產(chǎn)上重施氮肥現(xiàn)象普遍存在,且缺少定量施肥決策信息技術(shù)支撐問題,結(jié)合覆蓋姜

13、堰全市的GPS定位測土與8個主要土種基礎(chǔ)地力試驗,分土種建立土壤有機質(zhì)含量與水稻基礎(chǔ)產(chǎn)量關(guān)系模型等,確立了適于姜堰應(yīng)用的水稻精確施氮決策三參數(shù)值,制作了縣域尺度土壤養(yǎng)分空間分布圖、縣域尺度精確施氮處方圖等,在此基礎(chǔ)上,運用Visual Basic6.0與MapObjects2.2開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)、適于基層農(nóng)技干部與農(nóng)民使用的縣域水稻精確施肥地理信息系統(tǒng)V1.0。該系統(tǒng)具有姜堰概況、電子地圖、施肥決策、施肥模型、施肥知識等模塊,可以

14、實現(xiàn)信息瀏覽、地圖導(dǎo)航、屬性查詢、決策支持、學(xué)習(xí)輔導(dǎo)、輸入輸出等功能。系統(tǒng)具有功能可用性、可靠性、易用性強等特點,達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo),且得到地方土壤肥料指導(dǎo)站生產(chǎn)技術(shù)指導(dǎo)應(yīng)用,將之作為節(jié)氮施肥技術(shù)輔助決策與技術(shù)培訓(xùn)的輔助平臺,可為發(fā)展水稻因土精確施肥技術(shù)提供有效的決策支持與學(xué)習(xí)輔導(dǎo)服務(wù),具有理論與實踐雙重指導(dǎo)意義。作為主體創(chuàng)新點之一,包括該系統(tǒng)在內(nèi)的縣域水稻節(jié)氮施肥技術(shù)獲2005年度泰州市科技進(jìn)步二等獎。
　　 4、本文基于Win

15、dows Mobile操作系統(tǒng)與Embedded Visual Basic3.0嵌入式編程語言,結(jié)合ArcGIS9.2、GPS導(dǎo)航模塊,開發(fā)出基于掌上電腦(PDA)的縣域水稻精確施氮決策支持系統(tǒng)。系統(tǒng)將GPS實時定位、專題地圖瀏覽(包括有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、pH專題地圖,可按專題地圖查詢屬性數(shù)據(jù))、按土類或土種精確施氮決策支持、學(xué)習(xí)輔導(dǎo)、系統(tǒng)幫助與說明等功能有機集成,具備了縣域水稻精確施氮決策支持系統(tǒng)所需的基本功能,可移

16、動性與便攜性能大大增強,可為用戶提供即時即地的決策支持服務(wù)。系統(tǒng)的水稻精確施氮功能模塊能與地理信息結(jié)合,增強了水稻因土類、因土種精確施氮技術(shù)生產(chǎn)應(yīng)用的可操作性。
　　 5、本文以姜堰市為例,在已開發(fā)出縣域水稻精確施肥地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,基于Visual Basic6.0與MapObjecB2.2開發(fā)平臺,拓展開發(fā)出了界面友好、功能全面、內(nèi)容豐富、現(xiàn)勢性強、圖形生產(chǎn)力高的縣域水稻精確栽培決策支持系統(tǒng)軟件(V1.0)。該系統(tǒng)集成了