郝鹏飞[1]2002年在《精确农业实践中农田土壤养分空间变异性研究》文中提出在传统农业向现代化农业转变过程中，以变量管理为核心的精确农业思想得到了广泛的关注。精确农业是针对农田作物生长状况以及生长条件的差异，区别对待，采用不同的调控措施，挖掘产量潜力，力图达到全局优化，以最低代价取得最优效果，保证农业可持续发展。精确农业的研究与实践过程中，还存在着一系列新的科学技术问题。其中，农田土壤养分信息的合理采集与加工处理方法、土壤养分的空间变异性研究等是当前首要的研究任务，本文首先简要分析造成土壤养分空间变异的原因和农田土壤采样的各种限制因素；提出了适宜的农田土壤采样数目和采样策略；介绍了用已知采样数据计算未采样点数据的插值方法；介绍了全球卫星定位系统(GPS)，在局域实时差分卫星定位系统(DGPS)支持下采集农田土壤养分数据；利用地统计学方法和经典统计方法对采集的土壤养分数据进行了分析和处理，研究了土壤养分的空间变异性；在地理信息系统(GIS)平台ArcView上对采集的土壤养分数据进行不同插值方法的比较，确定地统计学中克里格插值为适宜的插值方法；借助地理信息系统平台ArcView生成土壤养分空间分布图，进一步直观说明了造成农田土壤养分的空间变异的原因，对于指导农田变量管理具有一定的现实意义。
江永真[2]2005年在《精确农业中土壤养分特性信息采集、数据处理及空间变异性的研究》文中指出近几年,我国在推进新的农业科技革命中,对国外“精确农业”的研究与发展,给予了极大的关注。精确农业的应用实践和快速发展,能够使人类充分挖掘农田的潜力、合理利用水肥资源、避免环境污染、大幅度提高农产品产量和品质,代表了新时期可持续发展的主要方向,将是21世纪推动我国农业科技革命的重要研究课题。 精确农业的基本思想来源于对田间状况时空差异性的认识,主要目的是根据田间差异性采取个性化的管理措施,达到普遍优化,从而提高效率和效益。显然,田间土壤养分特性信息的采集和加工处理以及田间养分特性空间分布的恰当描述,就成为首要的任务。目前,精确农业的实施还远未达到实用阶段,整个精确农业的实践需要农学、农业工程学、数学、技术经济学和计算机技术的支持。本文以镇江市瑞京园高科技农业示范园区精确农业项目为依托,重点研究农田土壤养分特性空间变异性的处理方法及其应用。 本文开发了一个适用于农田土壤养分特性信息采集和显示的农田地理信息系统FGIS。该系统具有与GPS的接口,能够自动获得农田边界地图,划分土壤采样网格,进行GPS导航采样,对采样数据进行处理,生成土壤养分空间分布图。 论文利用FGIS进行土壤采样,根据采样数据对几种常用的空间插值方法进行比较,选择了一种比较适合的方法——克里格插值法,对测定地块土壤特性的空间变异性进行了研究和分析。在这个基础上,建立了一个土壤养分分区管理模型。论文还把随机模拟技术引入了土壤特性的空间变异性研究中,对土壤特性空间分布的不确定性进行研究,从而对插值结果以及管理决策做出风险性评价。
薛志才[3]2015年在《精准农业实践中农田土壤养分空间变异性研究》文中研究表明农业建设是我国现代化建设中的基础行业,直接关系到一个国家的食品安全问题。现如今,农业发展迅猛,我国正处于传统农业向现代化农业转变的过程之中,精准农业是农业发展过程中提出的新概念,它是以变量管理为核心的农业思想,是针对农田作物的生长条件和情况进行的控制措施。它有助于挖掘农业发展的潜力,区别对待不同的生产作物,保证农业的可持续发展。但是由于精准农业参与实践的时间有限,就使得很多技术还不够成熟,农田土壤养分空间存在变异性。对此,我们一定要找到科学的方法做好精准农业的实践工作,促进我国农业更好的发展。
陈彦[4]2008年在《绿洲农田土壤养分时空变异及精确分区管理研究》文中研究说明土壤特性不仅具有明显的空间变异,而且这种变异在时间上也表现出一定的变化。但我国传统农业生产通常以田块作为均质耕种单元,在同一地区所有的农田上,单位面积上的物质投入量基本相同。这种耕作模式使得施肥缺乏针对性,容易导致区域内养分供给不平衡、肥料利用率低。正确、全面地认识田间土壤特性的时空变异状况,确定合理的土壤养分管理单元,并据此相应调整物质的投入量,是实现农田土壤精准管理的基础,也是土壤资源可持续利用的前提。精准农业就是按照田间每一管理分区的具体条件,采用不同的土壤管理办法,相应调整物质的施入量,避免对整个田块实行完全统一的管理方式。目前国内土壤养分研究者多依据内地农田实际情况,在较小尺度范围(条田)内展开土壤养分分区管理研究。新疆生产建设兵团农业生产具有农田面积大,机械化程度高、组织管理统一、各团场内自然气候条件基本一致等特点,团场辖下的连队间又具有农田土壤养分分布的差异性。在新疆兵团大型农场展开农田土壤养分分区管理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,也为较大区域农田进行土壤养分分区管理、推荐施肥提供必要的科学依据。本研究综合运用地理信息系统空间分析技术、地统计学和模糊c-均值聚类算法(FCM),在对新疆农七师125团农田土壤养分时空变异特征进行研究的基础上,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,分别从农田土壤养分时空变异分析、不同尺度农田土壤养分空间变异特征及基于FCM的农田精确管理分区划分叁方面进行研究:(1)农田土壤养分时空变异特征研究运用GIS与地统计分析相结合的方法,对1996年与2005年两个时期农田土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾的时空变化特征进行研究。2005年土壤有机质含量较1996年有所增加;全氮含量总体有略微下降;速效磷含量略有下降,含量偏低;速效钾含量虽有下降但总体含量依然较丰富。经过长期较一致的种植及耕作管理,土壤养分及有机会自含量已逐渐趋向均一,变异系数呈下降趋势。空间结构上,2005年土壤有机质和速效磷的空间相关性比1996年有所下降,土壤全氮和速效钾的空间相关性则有所增大。变程的变化显示土壤有机质的空间相关距离有略微提高,其空间分布特征的变化相对较小;全氮、速效磷和速效钾的空间相关距离有明显减小,空间分布特征的变化较大。时间变化上,土壤有机质时间稳定性最低,全氮、速效磷次之,速效钾稳定性最好。4种土壤养分要素的时间稳定性分布趋势总体上均呈现出由北向南逐渐稳定的特点。大规模机械化作业、施肥技术的改进等人为活动是研究区养分分布格局及含量发生变化的主要原因。针对研究区土壤养分时空变异特征,提出“稳氮、增磷、酌情补钾”的施肥建议。尽管研究区各养分的时空变异程度各不相同,但其空间变异结构随时间均保持了相对稳定,具备了进行农田精确分区管理的要求。(2)不同尺度下农田土壤养分空间变异特征研究利用GIS和地统计学方法在大(团场)、中(连队)、小(条田)叁个尺度下对土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾含量的空间变异性进行对比研究,并对兵团农田土壤管理分区基本管理单元的适宜尺度确定进行探讨。叁种尺度下土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾的变异系数表现为中等空间变异性,大尺度下变异系数较大,中小尺度下土壤养分的变异系数较小且较为接近。从空间变异结构特性比较分析来看,叁种尺度下土壤有机质、全氮和速效磷表现为中等空间相关性,大中尺度土壤速效钾表现为强烈空间相关性,小尺度速效钾则表现为纯块金效应。随采样尺度增加,土壤养分的变异和空间相关性均呈增加的趋势。小尺度土壤养分由随机因素(施肥、作物、管理水平等人为因素)引起的空间变异性占较大比重;而大尺度下土壤养分的空间分布主要受结构性因素(土壤母质、地形、气候等非人为因素)影响。从kriging插值结果看,大尺度土壤养分空间分布图会忽视较小尺度下的养分空间分布特征;在小尺度土壤养分空间分布图上,大尺度的变异也往往由于比较微弱而被忽视;中尺度土壤养分则能较准确地反映出大尺度与小尺度的空间分布信息,由取样尺度不同所造成的结构性或随机性变异对中尺度的空间自相关范围影响均不强烈。结论:在对农田养分进行管理分区研究时,以中尺度作为基本分区管理的基本单元进行土壤养分分区管理较为合适。(3)基于FCM算法的农田精确管理分区研究在充分了解研究区土壤养分时空变异特征及确定研究区农田管理分区适宜尺度的基础上,应用模糊c-均值聚类算法对农七师125团农田进行精确田间管理分区的划分研究。该研究以影响棉花产量的土壤属性限制因子为数据源,以棉田产量数据为外部变量,综合运用FPI、c-φ多次组合法和基于外部变量的多元回归方法来确定适宜的分区数及模糊指数,同时利用混乱度指数(CI)表征样点模糊隶属关系的不确定性复杂程度。结果表明,研究区可划分为4个管理分区,各管理分区土壤属性的变异系数均较分区前全研究区有所减小,分区间各土壤属性差异显着,同时全研究区的混乱度指数较低,不同模糊类别交迭程度小,地理空间上土壤的隶属关系相对明确。说明在研究区内模糊分类的输出结果符合管理分区的定义,分区结果可以作为平衡施肥的单独决策单元。在分区平衡施肥效果试验中,推荐施肥处理的产量与传统对照施肥处理相比有一定的增产效果,养分含量较低的分区增产效果较为明显;并且推荐施肥处理的施肥量及施肥成本均有显着下降。利用分区平衡施肥法对土壤养分进行评价和推荐施肥基本上可以达到施肥的针对性,做到因土施肥、精确管理,提高肥料利用率,增加经济效益和环境效益。
李艳[5]2006年在《基于空间变异特性的滨海盐土采样及管理分区研究》文中研究指明浙江省海涂资源十分丰富,是主要的后备土地资源,对于缓解人多地少的矛盾有重要意义。浙江省历届省委省政府都十分重视海涂的围垦、开发和利用,并已取得了巨大的社会和经济效益。海涂区土壤主要由近代河海相沉积物堆积发育而成,在特殊成土因子的综合作用下形成的土壤,盐、瘠是影响海涂区农业可持续发展的主要障碍因子。已围涂区中普遍存在着土壤盐碱重,基础肥力差,有机质含量低,氮磷等有效养分含量不高等问题,加上涂区淡水资源缺乏,而且常遇台风袭击,造成土壤产出率低而不稳,农业经济效益不高,70%左右的土地仍处在中低产水平。为了促进海涂区由传统农业向现代农业转变,实现土壤资源和土壤生产率的高效化,农地和农产品产出的高值化,有必要运用精确农业的基本原理和思想,采取现代化的空间信息技术和手段,对涂区土壤进行科学合理的精确管理。 土壤是一形态和演化过程都十分复杂的自然综合体。同一质地的土壤在同一时刻、不同空间位置上并不完全均质;同样,同一位置不同时刻土壤的量值也不相等,这种属性变化称为土壤的时空变异特性。土壤时空变异特性的研究对农田土壤、水文地质、农田水利等学科的前沿发展具有巨大的推动作用。因此,自70年代国际学术界提出研究空间变异性以来近30年的时间里,土壤的时空变异特性一直是人们共同关注的一个研究热点。 近年来精确农业的研究更是以土壤性质的时间或空间变异作为其理论基础。在田间尺度内了解土壤特性的时空变异、作物状况和产量、寻找产量变化的原因、实行特定的田间管理措施并评价其经济效益、积累空间资源信息来优化管理决策是精确农业的主要理念。土壤是作物生长的基础,土壤特性变异会引起作物生长的变异。只有土壤的变异性得到承认、控制及有效的评估,并将其与作物的产量和质量结合,掌握土壤与作物生长之间时空变异性的耦合规律和作物生长对土壤性质变异的响应机制,精确农业才有可能成功实施。而对土壤的时间或空间变异特性进行研究,可以提高土壤调查、制图及田间试验精度,还能为确定田间合理取样尺度和取样数目,为土壤过程的预测、模拟更接近田间土壤实际情况提供有效途径。它能将时间或空间变异对土壤以及土壤一作物复合系统中各因子的不同
刘伟[6]2013年在《洞庭湖区耕地土壤养分评价与空间变异性研究》文中研究表明伴随着粮食安全保障和精准农业的兴起,土壤性质的空间变异研究越来越受到重视。土壤空间变异性的研究,能够使人们更好地理解土壤肥力形成过程以及土壤—作物相互关系的重要性,进行土壤空间变异研究对推动精确农业的实施、控制农业面源污染具有重要意义。作者以洞庭湖区典型县市-沅江市为研究对象,在地理信息系统(GIS)和地统计学理论的支持下,对县域范围的水田耕作层土壤采集2948个样点,分析其养分状况,评价土壤肥力水平,并对其空间变异特征进行研究,力图为指导配方施肥、实施精确农业和控制农业面源污染提供科学依据。主要结论如下：(1)研究区水田土壤肥力状况整体良好。土壤pH在4.23-8.57之间,其中77.04%的样点呈现碱性；土壤有机质含量在5.23～70.32g/kg之间,其中59.90%的样点有机质含量丰富；土壤碱解氮含量在44.21～277.00mg/kg之间,其中76.22%的样点碱解氮含量丰富；土壤速效钾含量在37.44～1282.OOmg/kg之间,其中26.25%的样点速效钾含量丰富,45.18%的样点速效钾含量处在中等水平以下；土壤缓效钾含量在22.51～2439.69mg/kg之间,其中27.44%的样点缓效钾含量丰富,51.19%的样点缓效钾含量处在中等水平以下；土壤有效磷含量在0.33～576.84mg/kg之间,其中51.19%的样点有效磷含量丰富。6种养分指标(pH、有机质、碱解氮、速效钾、缓效钾、有效磷)的变异系数均在10%-100%之间,处于中等变异水平。土壤pH与有机质、碱解氮之间存在极显着的相关性,与缓效钾、有效磷之间存在不显着的相关性,与速效钾之间存在极显着的负相关性,土壤有机质、碱解氮、速效钾、缓效钾、有效磷之间均存在极显着的正或负相关性。(2)利用主成分分析方法,研究了水田土壤肥力形成过程,并应用综合主成分值对各样点进行了分级评价。主成分分析表明,洞庭湖区水田土壤肥力形成过程中最重要的是土壤有机质和氮素肥力的形成,土壤有机质和氮含量越高,则等级越高,土壤越肥沃。分级结果表明,土壤肥力较高的一等地和二等地比例为34.3%,中等偏上的叁等地比例为50.3%,土壤肥力较差的四等地和五等地比例为15.4%,总体来讲,洞庭湖区水田土壤肥力水平整体状况良好,土壤肥力较好的土地占总体的84.6%,适宜发展优势作物。研究结果为区域化管理和精确农业的实施提供了科学依据。(3)研究区水田土壤B、Cu、Zn、Fe和Mn5种微量元素含量均服从正态分布,但变程差异较大,在1.13～25.58km之间；Mn与Fe的含量分布符合指数模型,Zn、Cu和B的含量分布符合球状模型；Mn的空间相关性受人为因素影响较小,B、Cu和Zn的空间相关性受人为因素影响较大；Cu与Fe的含量在研究区中间部分最高,总体分布趋势由东北部向西南部逐渐降低,Zn的含量分布总体趋势由西部向东部逐渐降低,B的含量分布总体趋势由西南部向东北部逐渐降低；沅江市土壤微量元素富集、质量良好,无重大污染区,适宜发展优势农产品产业。(4)研究区土壤有机质和碱解氮含量服从正态分布,速效钾、缓效钾、有效磷、pH经过对数(Log)转换后服从正态分布。土壤pH的块金效应小于25%,空间相关性强,有机质、碱解氮、缓效钾的空间相关性中等,速效钾、有效磷的空间相关性弱。根据决定系数得出,pH符合球状模型,速效钾符合高斯模型,有机质、碱解氮、缓效磷、有效磷符合指数模型。土壤pH分布特征为由东北向西南逐渐降低,土壤有机质、碱解氮由西北部向东南部逐渐降低,速效钾含量分布特征与土壤pH呈相反趋势,由东北部向西南部逐渐升高；土壤缓效钾含量西北部含量较低；土壤有效磷含量整体稳定,个别斑块含量较低。(5)研究区水田土壤养分存在明显的空间分异。洞庭湖南部土壤为第四纪红土母质发育,土壤pH较低,主要呈现酸性；西北部为洞庭湖腹地,土壤由长江和沅水冲积和沉积物母质发育而成,土壤有机质、碱解氮含量丰富,土壤肥沃。因此,农业生产中应充分注意空间分异特点,在优势农作物选取,农业生产管理、面源污染控制等方面采取措施,促进土壤肥力形成,控制对农业发展产生不利影响,从而为精准农业发展提供良好的基础,使农业向着高产、高效的可持续道路发展。
周明耀[7]2006年在《农田水分高效利用理论与管理技术研究》文中进行了进一步梳理农业水资源是一个相互配合、彼此依存的耦合系统。只有调节好农业水资源系统内部的土壤—水分—肥料—空气和作物生长之间的关系，使之处于最佳状态，才能最大限度地挖掘资源系统内在的潜力，充分发挥农业水资源的效益，减少外部资源的投入，获得低投入、高产出的效果，最终实现优质、高产、低耗、高效的目标。 土壤—植物—大气连续体(Soil-Plant-Atmosphere Continuum，简称SPAC)中水分运移、转化规律是现代节水农业研究的基本问题，它与节水灌溉技术结合起来构成节水农业系统，是实现农业高效用水调控的基本途径。通过实验研究分析田间作物水分利用受大气和土壤水分能量条件制约的诸多因素、追踪田间水分在各个子系统中的运行过程、探明其驱动因子与节制水分的机理、寻求调控过程的途径和措施，在节水农业的生产实践中具有重要的理论和实践意义，已逐渐成为水利、农业、土壤以及环境等学科共同关心的重要研究方向，越来越受到国内外学者的关注。本文通过田间及模拟试验，着重从下列几个方面，系统地开展农田水分高效利用与管理的相关应用基础和关键技术进行了较为系统深入的研究。 提出了精确灌溉的概念，构建了精确灌溉技术体系及技术支持系统；利用遗传算法，建立了节水灌溉稻田土壤墒情预报的门限自回归确定性模型，克服了现有模型不稳定、精度较低的缺点，为灌溉预报、节水灌溉制度制定奠定了基础；开发了形成“采集—传输—处理—反馈—控制”信息网络的农田水分高效利用管理决策支持系统(FWMDSS)，该系统做到了全自动采集数据、全自动决策分析、全自动调控操作，可实施科学的农田水分管理；依据信息熵原理，进行节水灌溉稻田中土壤大孔隙空间结构分布的不确定性分析，在此基础上建立的农田非饱和土壤水分特征曲线和土壤水力传导度模型模拟和预测精度均得到了显着地改善；通过田间试验，对水稻作物生长特性、产量信息的空间变异性及其相关性进行定量化分析，明确了水稻生长信息的区域化变量特征、空间结构特征以及产量形成的变异规律，为有针对性地调控生理性状进而获得水稻的高产优质提供科学依据；通过田间小区试验、网室盆栽试验以及砂培和水培模拟试验，探讨水肥耦合对水稻地上部分生长与生理性状以及水稻不同生育期根系形态与活力的影响，加深了对根系形态与活力与水肥关系的认识，为水稻生产中的水肥管理提供了理论依据。上述研究具有一定的创新性和生产指导意义。
徐丹[8]2016年在《不同尺度农田土壤有机质和全氮空间变异及叁维模拟研究》文中研究指明我国是人口大国,粮食供需紧张,提高农田肥力是粮食增产的重要途径,有机质和全氮是土壤的重要组成部分,能够反映土壤肥力的高低,与农作物的产量密切相关,因此,研究土壤有机质和全氮的空间变异规律并掌握其分布状况是合理施肥、培肥土壤的基础,对实现农田土壤可持续发展具有重要意义。论文以河南省新郑市(县级市)为研究区域,通过野外调查、室内分析,采用经典统计学和地统计学等理论与方法,结合GIS技术,研究新郑市耕层土壤有机质空间变异特征;同时改变采样幅度和粒度,以此来表示空间尺度的变化,从而进一步探讨县、乡、村叁个尺度下土壤有机质空间变异的尺度效应以及多尺度信息套合的方法;仅改变采样幅度,研究县域内乡镇和行政村尺度下土壤全氮空间变异特征,以及全氮变异性与样本量的关系;基于二维空间中土壤有机质和全氮变异性研究,探讨有机质和全氮叁维空间分布特征的模拟,以期为区域农田土壤养分精准管理、土壤采样设计、土壤资源的可持续利用以及农业可持续发展提供理论基础和实践依据。主要研究成果如下:(1)土壤有机质空间变异特征应用地统计学方法研究土壤有机质的空间结构特征,结果表明,新郑市耕层土壤有机质具有中等强度的空间变异性(变异系数为31.71%)和空间相关性(块金系数为63.77%),其空间变异是由结构性因素(母质、地形、气候等)和随机性因素(耕作、施肥、灌溉等)共同作用的。经方差分析,土壤类型、土壤质地和地下水埋深是影响土壤有机质空间分布的重要因素。(2)土壤有机质空间尺度效应及多尺度套合应用地统计学方法探讨县、乡、村叁个尺度下土壤有机质的空间变异结构,结果表明,新郑市土壤有机质的空间结构对采样尺度具有依赖性,单一尺度研究无法对其空间变异规律进行深入分析。在地统计学套合结构理论基础上,将各向异性条件下县级和乡级尺度不同方向上有机质的套合结构与各向同性条件下村级尺度有机质的空间结构进行多尺度套合,构建有机质的多尺度套合模型。经I值检验,多尺度套合模型法的空间插值精度明显高于单一尺度的普通克里格法(I值0.48<3.31)。采用多尺度套合模型法对土壤有机质含量进行空间估值,其拟合的空间分布规律与普通克里格插值拟合的县级尺度分布规律基本一致,但其对乡级和村级尺度的空间变异性表达的更为详细,能有效揭示土壤有机质的空间变异规律。(3)不同尺度土壤全氮空间变异特征采用经典统计学方法探讨县域范围内乡镇和行政村尺度下土壤全氮空间变异性,结果表明,土壤全氮在乡镇尺度下的变异(13.95%~24.05%)低于行政村尺度(2.63%~26.25%),按乡镇尺度进行采样的可靠性比村级尺度高。借助多元线性回归模型量化全氮变异性与样本量的关系,结果表明,研究大尺度所需采样量比小尺度少,从县域土壤全氮计量来说,以乡镇为基本统计单元,合理采样数在1000个以上,以行政村为统计单元,需要2000个以上的样本量。(4)土壤有机质和全氮叁维空间分布特征采用叁维克里格插值法和叁维反距离加权插值法对不同深度土层(0~20 cm、20~40 cm、40~60 cm)土壤有机质和全氮含量的空间分布进行叁维模拟,实现了以叁维图形图像方式直观揭示土壤养分的叁维空间分布特征,直观展示土壤养分空间分布与所处自然地理环境的关系,可以同时获取有机质和全氮含量在水平和垂直方向的空间分布信息,直观的描述任意土体切面的土壤养分含量分布。利用交叉验证法评价克里格插值模型和反距离加权插值模型的预测精度,结果表明,通过叁维克里格方法得到的有机质插值结果的预测精度高于反距离加权法(均方根预测误差2.3078<2.4720,平均预测误差0.0295<0.1273),全氮亦然,叁维克里格插值法更能真实反映土壤养分的叁维空间分布特征。
刘刚[9]2001年在《支持精细农业实践的农田空间分布信息处理的方法与试验研究》文中进行了进一步梳理近几年来，我国在推进新的农业科技革命中，对国外“精细农业”的研究与发展，给予了极大的关注。精细农业的应用实践和快速发展，能够使人类充分挖掘农田的潜力、合理利用水肥资源、避免环境污染、大幅度提高农产品产量和品质，代表了新时期可持续农业发展的主要方向，将在21世纪初成为推动我国农业科技革命的重要研究课题。 在精细农业的研究与实践中，涉及到一系列新的科学技术问题。精细农业的基本思想是针对田间状况的时空变异，采取不同的个性化的管理措施，达到普遍优化，从而提高效率和效益。显然，田间信息的合理采集和加工处理以及田间状态的恰当描述，就是首要的任务。其中，尤以农田信息实时快速采集先进传感技术，农田空间分布信息处理方法，变量管理农艺技术与系统分析等最为突出，它们都需要农艺学、农业工程学、数学、技术经济学和计算机技术的支持。 目前，在农田空间分布信息处理方法方面，已有许多研究成果见诸于国际学术刊物。但因农田作物生长环境的复杂性，尚未找到在不同耕作制度、不同区域的条件下都能适用的处理方法，故仍处在继续研究阶段。近两年来，国内开始进行的有关研究，主要集中在农田土壤养分的变异规律研究上，但在评价具有决定性意义的农田空间变异信息方面及定量描述作物产量与农田空间分布信息因果关系方面，尚未见报道。 本文在探索我国精细农业发展道路的基础上，以当前开展精细农业实践急需解决的关键问题之一—农田空间分布信息处理方法研究作为切入点，通过对北京顺义“叁高”农业示范区一块面积约11公顷的农田进行了定点采样试验，得到土壤空间分布信息（水分、养分）、苗情分布信息（株数、株高、地上干物重等）、产量分布信息（亩产量、亩穗数、穗粒数、千粒重、生物产量等）。然后，应用经典统计学方法和地统计学方法，分析了农田信息的空间变异性特征，找出了作物产量与农田空间信息分布状态的因果关系，同时将神经网络首次应用于农田空间分布信息的处理，建立并验证了作物产量与农田空间分布信息的神经网络模型。全文主要结论如下：1、应根据我国实际情况，借鉴国外经验，因地制宜地、分层次、分区域并行 启动精细农业研究示范与实践。当前我国应该重点开展精细灌溉和精细施 肥的研究与实践。2、合理的农田土壤采样策略、合适的空间插值方法，是得到比较准确而又兼 顾成本的农田空间变异信息的有效保证。其中规则栅格采样是目前最常采 用的方法，但容易丢失一些比较重要的分布信息；系统分层采样是最理想 的方法，容易发现具有周期性分布的农田信息。距离反比插值方法是一个 比较精确的插值方法，但其插值精度与邻域大小有关；克里格插值方法的 计算量比较大，但却是一个比较精确的插值方法。在顺义叁高试验农田内， 对叁种常规土壤养分进行了插值精度的比较，结果表明，克里格与距离反 比法方法总体最好，其中克里格方法中又以球面和指数模型为佳，距离反 博土学位论文一 比法中以权系数为2的最佳。3、通过经典统计学方法和地统计学方法，对顺义叁高试验农田空间分布信息 进行处理，得到以下结论：土壤速效磷、每平方米株数、地上部干重、于 粒产量、生物产量的变异系数范围为0．26Al．37，属于中等变异程度，土壤 含水率的变异系数为0．18，接近中等变异程度。六种农田空间分布信息的 自相关距范围为40厂～57．lin，于粒产量的自相关距为138．gm。4、通过DGPS和GIS相结合，得到农田空间信息并自动生成了农田空间信息 分布图，借助此图，初步分析了农田信息产生空间变异的原因。5、利用相关分析、偏相关分析、逐步回归分析、通径分析找出了影响产量的 具有决定性意义的农田空间分布信息。6、利用人工神经网络对农田空间分布信息进行处理，建立起作物产量的神经 网络模型，能够根据农田土壤空间分布信息预测农田小区内的作物产量。
于洋[10]2016年在《陕西省耕地土壤养分状况及耕地地力评价研究》文中进行了进一步梳理以陕西省省域耕地土壤为研究对象,依托陕西省耕地地力调查与质量评价项目,选择收集土壤有机质样点109344个,全氮样点54507个,有效磷样点108882个以及速效钾样点109833个,进行基本统计特征分析、地统计学分析,应用GIS技术,研究陕西省耕地土壤全效养分(有机质、全氮)和速效养分(有效磷、速效钾)的空间变异特征以及空间分布规律;建立合理的耕地地力评价体系,采用层次分析法、模糊综合评判法相结合的方法进行耕地质量评价,并对得到的结果进行分等定级。研究结果有利于进行省域尺度上的宏观调控和决策支持,为农田科学管理、农业供给侧结构调整提供科学依据,促进农田的科学、可持续利用,为实现农业现代化打下基础。本研究主要取得以下成果:(1)耕地土壤全效养分中有机质平均含量为14.44g/kg,全氮平均含量为0.90 g/kg,土壤速效养分中有效磷平均含量为17.45 mg/kg,速效钾平均含量为146.27mg/kg,分别位于陕西省第二次土壤普查土壤养分分级标准表中的第5、5、4、3级,耕地土壤养分含量整体处于中等水平。不同自然区有机质、全氮含量均表现为:陕南地区>关中地区>陕北地区;有效磷含量表现为:关中地区>陕南地区>陕北地区;速效钾含量表现为:关中地区>陕北地区>陕南地区。(2)研究区各种土壤养分的块金系数基本介于0.25~0.75之间,空间相关性表现为中等水平,其中土壤全氮的空间相关性要高于其他土壤养分;分维数介于1.87~1.95,空间异质性强,其中土壤全氮的空间异质性相对弱;Moran's I指数均大于0,空间聚集特征明显。综合半方差函数、分维数、空间自相关性分析叁种分析方法,各种土壤养分的空间聚集特征明显,其中土壤全氮的空间结构性较好,有机质、速效磷的空间相关性较其他两种养分较弱。(3)陕西省耕地土壤有机质含量主要处在12~20 g/kg范围内,绝大多数耕地土壤全氮含量<1.0g/kg,有效磷含量主要分布在5~30mg/kg区间内,叁者均呈现南高北低的空间分布特征,具体含量表现为陕南地区>关中地区>陕北地区。耕地土壤速效钾含量水平较高,含量>100mg/kg,呈现中部高南北低的分布趋势,关中地区含量较高,陕北和陕南相对低。(4)在进行陕西省省域耕地土壤养分空间特征研究的基础上,结合陕西省的实际情况,确定了陕西省耕地地力评价体系,采用层次分析法和模糊综合评判法对省域范围的耕地进行质量评价,得出耕地地力综合指数IFI介于0.38~0.92。陕西省的耕地地力综合指数总体呈现南高北低,表现为陕南地区>关中地区>陕北地区。优等地(一级地、二级地、叁级地)主要分布在安康市、汉中市、渭南市、宝鸡市、咸阳市以及西安市;中等地(四~七级地)主要分布在延安市、宝鸡市和咸阳市;差等地(八~十级地)主要分布在榆林市和延安市。
参考文献：
[1]. 精确农业实践中农田土壤养分空间变异性研究[D]. 郝鹏飞. 河北农业大学. 2002
[2]. 精确农业中土壤养分特性信息采集、数据处理及空间变异性的研究[D]. 江永真. 江苏大学. 2005
[3]. 精准农业实践中农田土壤养分空间变异性研究[J]. 薛志才. 农业与技术. 2015
[4]. 绿洲农田土壤养分时空变异及精确分区管理研究[D]. 陈彦. 石河子大学. 2008
[5]. 基于空间变异特性的滨海盐土采样及管理分区研究[D]. 李艳. 浙江大学. 2006
[6]. 洞庭湖区耕地土壤养分评价与空间变异性研究[D]. 刘伟. 中南林业科技大学. 2013
[7]. 农田水分高效利用理论与管理技术研究[D]. 周明耀. 河海大学. 2006
[8]. 不同尺度农田土壤有机质和全氮空间变异及叁维模拟研究[D]. 徐丹. 河南理工大学. 2016
[9]. 支持精细农业实践的农田空间分布信息处理的方法与试验研究[D]. 刘刚. 中国农业大学. 2001
[10]. 陕西省耕地土壤养分状况及耕地地力评价研究[D]. 于洋. 西北农林科技大学. 2016
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