吉林省中部黑土区土壤养分时空变异规律及精准管理区划分的研究

发布时间：2017-12-19 00:14

  本文关键词：吉林省中部黑土区土壤养分时空变异规律及精准管理区划分的研究

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【摘要】：众所周知,黑土是一种腐殖质层厚,自然肥力高的土壤类型,但长期开垦种植及自然因素等影响,黑土肥力已逐渐下降。黑土是吉林省的主要土壤类型之一,玉米是吉林省的主产作物。针对以往的黑土区土壤肥力变化规律研究工作,只注重单一空间、单一时间关系和目前精准农业实施中存在着样本采样尺度不统一,不同区域的土壤养分时空变异规律不明晰,导致农田精准管理区划分和精准施肥决策缺乏智能性的现状,本文在国家“863”项目“玉米精准作业系统研究与应用”的实施过程中,选择吉林省粮食主产区榆树市和农安县的黑土区作为研究区域,以黑土区土壤养分时空变异特征为突破口,运用3S技术和数据挖掘技术,进行了吉林省中部黑土区土壤养分时空变异及精准管理区划分的研究,明确了吉林省中部黑土区土壤养分时空分布特性和规律,为黑土区精准管理区的划分和变量施肥、配方施肥等精准农业技术的实施提供核心支撑技术。研究结果如下:1、黑土区土壤养分空间分布特性的差异应用普通克里格插值法分析土壤养分空间分布特征可知:不同区域:农安县和榆树市,土壤碱解氮、有效磷含量的空间分布呈现出从南到北、由西向东逐渐增加趋势,而土壤速效钾含量的空间分布趋势则相反,且均呈现空间分布不均的现象;相同区域内:榆树市弓棚镇土壤碱解氮和农安县靠山、合隆和烧锅镇土壤有效磷含量呈现出从南到北、由西向东逐渐增加的趋势,且不同等级区域相互嵌合在一起,局部块偏高或偏低,空间变异结构较为复杂。不同采样尺度下的土壤养分空间分布状况的研究表明:土壤养分含量在40m×40m和80m×80m尺度上均表现出较强的空间相关性,以此制作的施肥处方图可直接用于变量施肥;土壤养分含量在160m×160m尺度上表现出中等的空间相关性,可按田块制作施肥配方图用于测土配方施肥,同等情况下可降低采样成本和工作量;土壤养分含量在245m×245m尺度上,也表现出一定的空间相关性,可用于对不同土壤类型或同一类型不同肥力田块的土壤养分状况进行评价。2、黑土区农田土壤养分时空变异规律研究基于密度(DBSCAN)算法对农安县不同数据集土壤养分聚类结果的准确率分别达到90.20%、89.54%、94.77%,说明该算法的可靠性;对同一数据集土壤养分聚类结果将农田地块分为五大类,根据类别养分含量和空间位置聚类,整个田间地块被划分为比较明显的三类地块。基于改进的K均值(X-means)算法对榆树市连续多年变量施肥的农田土壤养分聚类结果表明:变量施肥第五年与第三年、第一年和变量施肥前相比,土壤养分的分类比例数趋于均匀,表明经过变量施肥土壤肥力逐渐均衡;基于快速无监督多尺度模糊聚类(FUMF)算法,对农安县2005年-2012年连续八年土壤养分数据的聚类结果表明,土壤肥力经过精准施肥后趋于均衡和上升。3、土壤养分和作物产量空间变异规律及相关性的研究玉米产量和土壤养分空间变异特征分析表明,不同年份、不同肥力条件下,玉米产量和土壤养分的空间变异均较大;玉米产量与土壤养分的空间相关关系研究结果表明,玉米产量的空间变异性与土壤有机质和速效养分的空间变异性存在一定的相关性。4、基于时空聚类的土壤肥力评价及农田精准管理区划分的研究对榆树市弓棚镇13号村三号地连续七年变量施肥后的时空数据探索性处理表明:土壤养分变量具有较强的相关性;基于空间模糊聚类算法对榆树市弓棚镇春阳村土壤养分进行的聚类结果,将该地块分为三种类型的精准管理区;基于时空序列算法对土壤肥力时空评价结果表明:变量施肥前一年土壤肥力的差异较大,变量施肥第五年土壤肥力的差异减小,变量施肥第七年土壤肥力的差异趋于平缓。即连续多年变量施肥后土壤肥力的差异趋于平缓;对农安县农安镇、合隆镇等乡(镇)连续三年精准施肥后样本数据进行时空聚类结果也表明,精准施肥后土壤肥力状况得到改善,依据其结果进行农田精准管理的划分。以此为基础,制作了榆树市弓棚镇十三号村和农安县合隆镇陈家店村的施肥处方图,用于指导精准农田管理区划分和精准施肥决策。
【学位授予单位】：吉林农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S158

【参考文献】

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1 孙吉贵;刘杰;赵连宇;;聚类算法研究[J];软件学报;2008年01期

2 龚建华,林珲,肖乐斌,谢传节;地学可视化探讨[J];遥感学报;1999年03期

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本文编号：1306158