基于GIS和地统计学的不同尺度水稻田土壤养分时空变异及其机理研究
【摘要】：管理好土壤养分,合理进行施肥,是关系到我国农业可持续发展的重大技术问题。土壤养分不仅具有明显的空间变异,而且在时间上也表现出一定的变化。杭嘉湖平原作为浙江省重要的粮食生产基地,其土壤养分的状况不仅与该区农业非点源污染等环境问题有关,更与水稻产量与质量息息相关。因此,了解该区水稻田土壤养分的空间和时间变异是精确农业管理的基础。但是长期以来,国内外关于土壤养分空间变异的研究大都集中在旱地土壤,且田间尺度研究较多,对大尺度下水稻田土壤养分的时空变异几乎是空白。本研究应用地统计学和GIS技术相结合的方法,以南方水稻田为研究对象,选择1:250000杭嘉湖平原、1:50000平湖市、1:2000同心村试验小区三个不同尺度研究区域,分析了水稻田土壤养分的时空变异及其机理,并进行不同尺度管理分区模式探讨。主要研究结果如下:
1.杭嘉湖平原水稻田土壤养分时空变异
2001年杭嘉湖平原水稻田土壤有机质、全氮、有效磷含量均比1982年第二次土壤普查时有所提高,而速效钾含量有大幅下降。整个杭嘉湖地区近20年来土壤养分的变化与该区施肥结构相一致,即氮肥施用量过多,磷肥次之,钾肥投入严重不足。因此,该区土壤养分供应严重失调,进而导致作物产量对化肥的依赖性增加。
中国土地政策自70年代末实行联产承包责任制以来,水稻田经过长期不同的人为耕作管理,其土壤有机质和全氮含量已逐渐趋向均一,有机质和全氮的变异系数均呈下降趋势,而有效磷和速效钾的变异系数都在近20年间有所增加,尤其是有效磷。
杭嘉湖平原2001年所有土壤养分均具有中等程度的空间相关性,说明经过长时间的耕作,施肥、耕作、田间管理水平等人为因素在一定程度上削弱了其受母质、地形、气候等非人为结构性因素的影响,从而削弱了它们的空间相关性。杭嘉湖平原土壤养分时空分布图结果进一步解释了有机质、全氮、有效磷和速效钾在近20年间的变化格局,为以后的农业管理提供了科学依据。水稻田土壤有效锌和有效铜等微量元素含量在大范围区域内表现出较大的变异性,空间分布不均匀。根据浙江省土壤养分分级标准,对2001年杭嘉湖土壤养分分布格局进行了宏观分区,有机质和有效磷分为三个管理分区,全氮、速效钾、有效锌和有效铜均分为两个管理分区,根据该管理分区,可以为以后农业生产的因地制宜精确管理以及作物种植结构调整等提供服务。
2.平湖市水稻田土壤养分时空变异
平湖市土壤有机质、全氮和有效磷含量在近20年间都有不同程度的增加,而速效钾呈下降趋势,
【关键词】：地统计 GIS 水稻田 土壤养分 时空变异 管理分区 【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：S158.3
【目录】：
- 摘要9-12
- ABSTRACT12-17
- 第一章 引言17-38
- 1.1 土壤养分及其分级17-25
- 1.1.1 土壤养分17
- 1.1.2 水稻土土壤养分分级概述17-25
- 1.2 土壤养分的时空变异25-38
- 1.2.1 土壤养分时空变异的研究方法26-35
- 1.2.2 土壤养分时空变异的研究现状35-37
- 1.2.3 存在的主要问题37-38
- 第二章 研究工作来源、目的、意义及内容38-40
- 2.1 研究工作来源38
- 2.2 研究目的及意义38
- 2.3 研究内容38-40
- 第三章 试验设计依据、技术路线与研究区概况40-47
- 3.1 试验设计依据40
- 3.2 研究技术路线40-42
- 3.3 试验区概况与数据获取42-47
- 3.3.1 试验区概况42-44
- 3.3.2 采样与分析44-46
- 3.3.3 数据处理46-47
- 第四章 1∶250000大尺度上水稻田土壤养分时空变异及其机理研究47-69
- 4.1 杭嘉湖平原水稻田养分状况47-56
- 4.1.1 杭嘉湖平原水稻田施肥状况47-48
- 4.1.2 杭嘉湖平原土壤养分状况初步评价48-53
- 4.1.3 杭嘉湖平原水稻田土壤养分描述统计分析53-56
- 4.2 杭嘉湖平原水稻田土壤养分空间变异结构56-59
- 4.3 杭嘉湖平原水稻田土壤养分时空分布格局59-66
- 4.3.1 杭嘉湖平原水稻田土壤大量元素时空分布59-60
- 4.3.2 杭嘉湖平原土壤微量元素空间分布60-66
- 4.4 杭嘉湖平原水稻田分区管理可行性分析66-67
- 4.5 小结67-69
- 第五章 1∶50000中尺度上水稻田土壤养分时空变异及其机理研究69-88
- 5.1 平湖市水稻田土壤养分状况初步评价69-73
- 5.1.1 平湖市土壤大量元素描述统计分析69-70
- 5.1.2 平湖市土壤微量元素有效性的统计特征值70-73
- 5.2 平湖市水稻田土壤养分时空变异结构73-76
- 5.2.1 平湖市土壤大量元素时空变异结构分析73-74
- 5.2.2 平湖市土壤微量元素有效性空间变异结构分析74-76
- 5.3 平湖市水稻田土壤养分时空分布格局76-83
- 5.3.1 平湖市土壤大量元素时空分布76-78
- 5.3.2 平湖市士壤微量元素的空间分布78-83
- 5.4 平湖市水稻田土壤养分分区管理83-84
- 5.5 采样点合理数目分析84-85
- 5.6 小结85-88
- 第六章 1∶2000小尺度上(田间尺度)水稻田质量空间变异及其机理研究88-93
- 6.1 同心村试验小区水稻田养分状况初步评价88
- 6.2 同心村试验小区水稻田养分空间变异结构88-89
- 6.3 同心村试验小区水稻田养分空间分布格局89-91
- 6.4 同心村试验小区水稻田管理模式探讨91
- 6.5 小结91-93
- 第七章 不同尺度上水稻田质量空间变异套合分析93-98
- 7.1 水稻田土壤养分描述统计结果在不同尺度上的套合93
- 7.2 水稻田养分变异结构在不同尺度上的套合分析93-95
- 7.3 水稻田养分空间格局在不同尺度上的套合分析95-97
- 7.4 小结97-98
- 第八章 全文总结98-104
- 8.1 主要结论98-100
- 8.2 主要创新点100-101
- 8.3 不足之处101
- 8.4 展望101-104
- 8.4.1 时空克里格101-102
- 8.4.2 地统计与精确农业102
- 8.4.3 遥感技术与地统计相结合102
- 8.4.4 土壤综合特性空间变异性研究102
- 8.4.5 地统计与数学模型结合102-104
- 参考文献104-111
- 攻读博士学位期间完成的论文111
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