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基于GIS的高精度氮素分区施肥处方图建立研究

左佳  
【摘要】:通过研究不同采样方式和采样间距对滴灌棉田土壤养分分区的影响研究,运用多元统计学、地统计学和GIS等技术手段,确定了研究区养分分区过程中的合理采样方法和最佳采样间距。在此基础上,运用模糊c-均值聚类法对研究区域土壤养分进行合理分区,并以实际采样数据对分区结果进行验证。以研究区各分区推荐肥量为依据,建立该区域的氮素分区施肥处方图。通过研究分析得到以下五个结论: (1)首先确定网格采样法为本研究的合理采样方式,在此基础上确定20m×20m为本研究的最佳采样间距。通过对比不同采样方式(随机采样法和网格采样法)条件下的土壤养分(全氮、速效磷和速效钾)的描述性统计、空间变异特征分析及插值精度验证,结果表明网格采样法较合理;进而对网格采样法下的不同采用间距(20m×20m、30m×30m、40m×40m、50m×50m)进行对比分析;通过同样的方法进一步确定20m×20m采样间距为后期生成分区施肥处方图的基础。 (2)采样间距为20m×20m的研究区土壤三种养分呈中等变异和中等空间自相关性。通过描述性统计分析可知,在20m×20m采样间距的条件下的研究区土壤三种养分含量均为中等变异,且符合正态分布规律。土壤三种养分的块金效应都在在25%-75%之间,说明该区域的土壤三种养分具有中等的空间自相关性;其空间变异特征主要由结构性因素结合随机性因素共同引起。相关变程也均大于土壤采样间距,因此可以说明在该研究区域以20m网格采样法的采样间距进行土壤取样是合理的。 (3)从制作的土壤养分空间分布图,可以直观的反映土壤养分分布情况。20m×20m采样间距下的Kriging插值结果图较其他三种间距养分分布格局反应最细微,土壤各种养分的空间分布表现的片状和斑块状层次较明显,插值精度较高;所生成的土壤养分空间分布格局图总体上兼顾了总体和局部养分分布趋势。主要是由于该方法所形成的样点间距较小且分布均匀。而在插值表面光滑程度上略显粗糙。 (4)本研究区域的最适分区数为3。选取已确定的最佳采样间距20m×20m的三种土壤养分(全氮、速效磷、速效钾)数据为数据源进行主成分分析,利用模糊c-均值聚类法,并依据模糊性能指数(FPI)和归一化分类墒(NCE)最小的原则将研究区域划分为3个精确养分分区。模糊加权指数φ为1.7,全研究区混乱指数0.23,分区交叠程度相对较小,分区隶属关系较明显。根据各个划分区域内土壤全氮含量水平,分区二内的土壤含氮量最低;分区三内的土壤含氮量最高;分区一介于二者之间。 (5)根据三个分区内的氮素含量,结合目标产量法计算可知:分区二内的土壤含氮量最低(0.3g/kg左右),因此所需氮肥施用量最多,为330kg/hm2;分区三内的土壤含氮量最高(0.5g/kg左右),所需氮肥施用量最少,为205kg/hm2;分区一介于二者之间,氮肥施用量为253kg/hm2。从而生成氮素分区施肥处方图。


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1 左佳;基于GIS的高精度氮素分区施肥处方图建立研究[D];石河子大学;2014年
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