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基于GIS的植烟土壤养分分区及推荐施肥研究

作　者: 代李鹏
导　师: 刘国顺
学　校: 河南农业大学
专　业: 烟草学
关键词: 地统计学 GIS 空间变异 土壤养分 分区管理
分类号: S158
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


土壤受成土母质、地形、气候等自然因素和人类活动等人为因素的影响,成为不均一变化的时空连续体,具有高度的空间变异性。由于受传统生产方式和不合理施肥习惯的影响,长期的盲目施肥导致我国农田土壤养分供给不平衡、肥料利用率低下,土壤肥力水平不均一,严重破坏了土壤生态环境,并造成农业资源的浪费。因此,充分了解土壤养分的空间分布特征,,开展合理的植烟土壤养分管理分区及施肥决策,对进一步提高烟田管理效率进而改善烟叶产质量水平,将有重要的指导意义。为了实现烟田土壤养分的精准管理,积极探索植烟土壤养分分区管理模式,本研究以重庆市武隆县现代烟草农业示范园为试验点,基于GIS和GPS定位技术,结合网格取样法采集土样,利用地统计学分析了园区内植烟土壤养分的空间分布及变异规律,并绘制了土壤养分空间分布图。在对土壤养分时空变异特征进行研究的基础上,采用主成分分析和模糊c-均值聚类算法,开展了土壤养分管理分区研究并作出相应评价。试验主要研究结果如下:(1)研究区域内,土壤有机质平均含量为32.3g/kg,含量水平偏高;碱解氮和速效钾平均含量分别为98.75 mg/kg和176.35 mg/kg,较为适宜烟叶生长;全氮、速效磷的平均含量为0.78g/kg和3.14mg/kg,属偏低范围。土壤微量元素中,速效铁、锰、铜、锌含量分别为3.94mg/kg、7.30mg/kg、0.63mg/kg、0.32mg/kg,其中速效铜锰含量水平适中,而铁锌含量偏低。(2)各土壤指标均存在一定变异特征,变异范围在10～49%之间,pH值的变异系数最小为10%,属于偏弱变异;其他土壤养分变异系数在11～27%之间,为中等变异;碱解氮、速效磷、速效钾和速效锰的变异系数均大于30%,具有强变异性;对土壤养分进行K-S正态性分布检验,结果除速效锌外,其他各养分的K-S值均大于5%,达到显著水平,呈正态性分布。(3)应用GS+软件对养分数据进行半方差函数分析及理论模型的拟合。其中,有机质、速效磷、速效钾、全钾及速效锰的最佳理论模型为指数模型,其余各土壤养分指标的最佳模型均为球状模型,各土壤养分属性的最佳理论模型决定系数均在0.80以上,模型的拟合度较高。pH值、有机质和碱解氮的基底效应均小于25%,具有强烈空间相关性,变异受结构性因素影响较大;而速效磷、速效钾的基底效应介于25%～75%之间,具有中等空间相关性,其变异受结构性因素和随机性因素共同作用。利用ArcGIS软件,采用普通克立格法进行最优插值,绘制出各土壤速效养分含量的空间分布图,能够直观地对土壤养分的丰缺状况进行描述分析。(4)利用主成分分析法对土壤养分原始数据进行压缩后,应用模糊c-均值聚类分析对研究区域土壤进行管理分区研究。主成分分析的结果表明,共提取了3个主成分,能够准确的反映土壤养分数据80%的信息内容。利用模糊效果指数FPI和归一化分类墒NCE作为聚类效果评价指标,确定了最适宜的管理分区数为3个,并对分区结果进行了检验和评价。(5)根据不同管理分区,建立基于目标产量的推荐施肥模型,用以指导大田合理施肥。

全文目录


摘要  7-81 文献综述  8-20  1.1 土壤的空间变异性  8  1.2 GIS 在土壤空间变异性研究中的应用  8-11    1.2.1 GIS 的发展概况  8-10    1.2.2 GIS 在土壤养分精准管理中的应用  10-11  1.3 地统计学  11-18    1.3.1 地统计学的概念  11    1.3.2 地统计学理论  11-18      1.3.2.1 区域化变量的概念  11-12      1.3.2.2 半方差函数  12-14      1.3.2.3 克里格插值（Kriging）  14-15      1.3.2.4 地统计学在土壤空间变异中的应用研究进展  15-16      1.3.2.5 土壤合理取样性研究  16-18  1.4 土壤养分分区管理技术研究  18-19  1.5 土壤养分空间变异性研究存在问题与展望  19-20    1.5.1 存在问题  19    1.5.2 前景展望  19-202 引言  20-213 材料与方法  21-25  3.1 研究区域概况  21  3.2 样品的采集  21  3.3 样品测定项目  21-22  3.4 大田试验设计  22  3.5 数据处理与分析方法  22-25    3.5.1 经典统计分析  22    3.5.2 地统计分析  22-24      3.5.2.1 半方差函数及其理论模型  23-24      3.5.2.2 克里格(Kriging)插值  24    3.5.3 土壤管理分区方法  24-25      3.5.3.1 主成分分析法  24      3.5.3.2 模糊c-均值聚类算法  24-254 结果与分析  25-39  4.1 土壤数据的描述性统计分析  25-27    4.1.2 土壤养分含量的相关性分析  27  4.2 土壤养分的空间变异  27-34    4.2.1 土壤养分空间变异的半方差分析  28-31    4.2.2 基于GIS 土壤养分的克里格插值分析  31-34  4.3 土壤分区管理研究  34-37    4.3.1 研究区域主成分的提取  35-36    4.3.2 聚类分析  36-37    4.3.3 土壤分区结果的评价  37  4.4 分区推荐施肥模型的建立  37-39    4.4.1 烤烟养分需要量  38    4.4.2 肥料利用率  38    4.4.3 土壤养分校正系数  38-395 结论与讨论  39-42  5.1 结论  39-41  5.2 讨论  41-42参考文献  42-47ABSTRACT  47-48

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中图分类: > 农业科学 > 农业基础科学 > 土壤学 > 土壤肥力（土壤肥沃性）
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