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农田养分信息化管理模式研究及应用

王宏庭  
【摘要】:农田养分的信息化管理是农业信息化的重要组成部分,但我国土壤养分的信息化管理水平和施肥技术与发达国家比存在很大差距,研究适合我国国情的精准养分管理模式和施肥技术是摆在农业科学工作者面前的重大技术问题,而快速发展的信息技术为土壤养分的信息化管理提供了机遇。本文应用现代先进的信息技术和农学研究相结合的方法,在山西省选择了代表两种主要种植制度和两个主要土壤类型的临汾市南麻村(南部试点)和忻州市二十里铺村(北部试点)作为研究区域,对施肥状况、土壤养分状况、养分空间变异及空间分布格局进行了分析,对主要种植作物的需肥参数进行了研究,并对GIS和施肥模型有机集成的农田养分信息管理系统进行了研发和应用,取得了以下主要结果与新的进展: 1 南北两试点的农户调查结果显示:1) 南部试点地块管理单元相对较大,地块面积平均为0.244±0.212公顷,但种植结构复杂,粮、菜、油、果树均有种植;北部试点种植结构单一,主要为玉米,但地块管理单元相对较小,地块面积平均为0.107±0.050公顷;2) 氮磷肥施用比例失调,钾肥和微肥的施用量很少,施肥存在很大程度的盲目性。两试点氮肥施用水平相差不大,北部试点(199.8kg N/hm~2)略大于南部试点(182.0kg N/hm~2),南部试点施氮量的变异(49.6%)稍大于北部试点(43.1%);磷肥施用量南部试点(143.7kg P_2O_5/hm~2)大于北部试点(120.6kg P_2O_5/hm~2),但南部试点施磷量变异(43.2%)远低于北部试点(69.7%);氮磷肥配合施用比例表现为南部(0.87)高于北部试点(0.81)。两试点种植制度、种植结构、施肥量和施肥结构及农民的施肥决策素质等存在的差异将对土壤养分状况及空间变异产生影响。 2 两试点调查的土壤性质均存在一定的变幅,其分布并不都呈正态分布,一些性质则呈对数正态分布。南部试点土壤性质呈对数正态分布的包括OM、K、Cu、Zn,北部试点土壤性质呈对数正态分布的有OM、P、Cu、Mn、Zn。通过对两试点土壤养分状况的分析,结果显示:南部试点的土壤有机质(OM)和土壤有效N、P、K、Mg、Cu、Mn、Zn等养分含量的平均值明显高于北部试点;而北部试点的土壤有效Ca、S、B、Fe养分,高于南部试点。这与不同种植制度、不同土壤类型和质地及施肥管理措施有关。应用土壤养分系统研究法进行养分状况评价和高产限制因素分析,确定了南北两试点的养分管理的因子。南部试点以氮、磷、钾、锌作为养分管理因子,北部试点确定氮、磷、钾、锌、锰作为养分管理因子。 3 两试点土壤性质均存在空间变异,土壤性质变异和半方差结构既有共性,又表现出具有特殊性。研究结果显示:1) 受农业施肥投入等影响相对较大N、P、S和OM有较大的变异,尤其以N的变异较大;而Ca、Mg、K、Cu、Fe、Mn等养分,因农业施肥投入较少,土壤变异则表现相对较小;2) 两试点土壤养分性质拟合的半方差模型包括球型、线型和指数型,但同一养分拟合半方差模型显示不一,有的表现一致,有的则表现不一致。就拟合模型而言,两试点表现一致的,如Mg、P、S、Cu,均属于线性无基台模型;同属于指数模型的有K、Fe。但即使模型一致,最大相关距离也不一定一样,而且空间变异性强弱程度也不尽相同。两试点Ca、N、Mn均显示有较强的空间相关性,K、P、S显示具有中等的空间变异性,其它土壤性质呈现出半方差结构的不一致性。这可能是两试点气候条件、种植制度、土壤类型及质地和施肥管理制度等因素的差异造成的。 4 本研究应用GIS平台的Kriging插值技术绘制了两试点的土壤养分等值线图,可以直观反映出


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