规模经营条件下土壤养分精准管理研究

论文摘要

应用现代地统计学和地理信息技术在上海崇明岛研究了规模经营的农场土壤有效养分含量与作物产量的空间变异规律;整合了田间计算机、GPS以及变量控制系统到国产拖拉机上进行了变量施肥的初步实践,并对水稻变量施用氮肥的效应进行了研究,取得如下研究结果: 1 本研究中利用土壤养分状况系统研究法对试验农场土壤养分状况进行了评价,土壤酸度呈中性偏碱;土壤养分中有效钙、硫、硼、铜、铁、锰属于含量非常丰富的元素;大量营养元素磷和钾属于中等偏低,而有效氮含量很低;土壤有效锌含量低于临界值。 2 通过对农场477个有效土壤采样点土壤有效养分以及pH值的常规统计,发现土壤养分属性并不完全呈正态分布,土壤有效磷和有效钙含量呈对数正态分布;在农场范围内土壤酸度有很小的变异,土壤有效硼、硫、锌含量的变异较大,变异系数超过50%;有效氮为中等变异,其它元素都有不同程度变异,变异系数在大约16%～30%之间 3 对几个地块内采样点土壤养分的方差分析表明,地块内部养分变异小于地块之间的变异,表明养分规模经营条件下农场土壤养分含量的空间变异与地块的耕作、施肥农艺措施的影响有密切关系。 4 半方差分析结果表明,土壤pH值不仅变异很小,空间结构性也很弱,表明土壤酸度是一种与土壤发育密切相关的属性,施肥等农艺措施的不同对土壤酸度影响较小;其它各土壤有效养分含量尽管受施肥、灌水等农艺的影响,仍然保持着一定的空间自相关。 5 采用偏相关分析研究了在试验农场土壤各有效养分含量与作物产量的关系,结果表明土壤有效铁含量与作物产量负相关达到极显著水平;有效钙、磷和硫含量与作物产量显著正相关,其它有效养分的指标与产量的相关性则均未达到显著水平。 6 变量施肥是精准农业中土壤养分精准管理的核心内容,本试验将美国Trimble公司的全球定位系统AgGPS132和田间计算机AgGPS170以及美国Mid—Tech公司的变量控制器TASC6100和自主开发的变量旋耕施肥机,整合到国产铁牛75马力拖拉机上,成功的形成了变量控制施肥机械系统。 7 采用差分式全球定位系统,网格法采集土壤样品,使用ASI系统研究法进行土壤有效氮和有机质含量的测试;使用地理信息技术和kriging插值的方法,对土壤有机质和有效氮含量在试验田块内的空间分布进行预测,结合ASI推荐施肥模型,生成了整个操作田块的氮肥施用的变量施肥图,可供DGPS导航下的机械变量施肥同时也可以使用手工变量施肥,或者用作常规施肥的指导。 8 通过田间实践,开发的变量控制施肥系统工作状况良好,完成了整个操作田块的变量施肥,真正实现了发达国家目前大力推行的变量控制施肥。 9 变量施肥精度试验结果证明变量旋耕施肥机完全可以达到相当精确的变量排肥,满足精准农业中变量施肥的需求。试验只对尿素进行了测试,对于粒径和颗粒表面光滑度不同的其它种类的肥料适用性还需要进一步测试。 10 变量施肥试验结果表明,手工变量施肥和机械变量施肥和恒量对照施肥相比土壤有效氮和有机质含量变异并没有变得更小,但是空间分布图表明变量施肥使得土壤有效氮和有机质空间

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 我国化肥利用现状及土壤养分精准管理的提出
• 1.2 国内、外土壤养分精准管理的研究现状
• 1.2.1 精准农业发展概述
• 1.2.2 土壤样品采集和土壤养分信息空间变异研究
• 1.2.2.1 土壤养分的空间变异研究的方法
• 1.2.2.2 土壤养分的空间变异与预测研究进展
• 1.2.3 土壤信息的管理的施肥决策的形成
• 1.2.4 变量施肥技术
• 1.3 研究内容、技术路线和论文组织
• 第二章 材料和方法
• 2.1 DGPS定位系统与土壤样品采集
• 2.1.1 DGPS简介
• 2.1.2 DGPS定位精度测试
• 2.1.3 DGPS在土壤取样中应用
• 2.1.3.1 DGPS取样定位坐标的选择与处理
• 2.1.3.2 运用DGPS网格法采样
• 2.2 土壤养分测试与推荐施肥系统
• 2.3 地统计学和地理信息技术
• 2.3.1 半方差函数（Semi-variogram）及其模型
• 2.3.2 Kriging最优内插估值法
• 2.4 变量施肥系统
• 2.5 试验基本设计
• 第三章 规模经营农场土壤养分及其变异规律研究
• 引言
• 3.1 材料和方法
• 3.1.1 试验区概况
• 3.1.2 土壤和作物产量信息的采集
• 3.1.3 土壤样品的测试
• 3.1.4 数据处理
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 农场尺度下土壤养分数据的常规统计
• 3.2.1.1 数据的预处理
• 3.2.1.2 土壤养分数据的描述性统计
• 3.2.1.3 土壤养分数据的相关性分析
• 3.2.2 土壤养分数据的空间变异特征
• 3.2.2.1 土壤养分属性空间变异的分解
• 3.2.2.2 土壤养分属性变异的半方差分析
• 3.2.2.3 农场土壤养分属性的空间分布
• 3.3 地块内土壤养分与作物产量的变异
• 3.3.1 地块内土壤养分和作物产量数据的常规统计
• 3.3.2 作物产量和土壤各有效养分的相关分析
• 3.4 本章主要结论
• 第四章 变量施肥的实施研究
• 4.1 变量控制施肥系统
• 4.1.1 试验使用的设备
• 4.1.2 变量控制施肥系统原理和组成
• 4.2 变量控制施肥的实施
• 4.2.1 变量施肥实施技术流程
• 4.2.2 试验田的设置和土壤样品采集测试
• 4.2.3 推荐施肥模型
• 4.2.4 变量施肥图的生成
• 4.2.5 机械变量施肥的实施过程
• 4.2.6 人工变量施肥的实施过程
• 4.3 变量施肥系统的精度研究
• 4.4 本章小结
• 第五章 变量精准施肥效果研究
• 5.1 材料和方法
• 5.1.1 试验设计
• 5.1.2 采样和测试
• 5.1.3 数据处理
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 试验农田土壤养分的基本状况
• 5.2.2 变量施氮对土壤养分空间分布的影响
• 5.2.3 变量施氮对产量及其空间变异的影响
• 5.2.3.1 不同处理下按网格区收获水稻产量
• 5.2.3.2 变量施肥对水稻产量空间分布的影响
• 5.2.3.3 变量施肥对水稻产量构成因素的影响
• 5.3 本章主要结论
• 第六章 研究主要结论
• 6.1 全文主要结论
• 6.2 本文创新之处
• 参考文献
• 致谢