基于gis的土壤氮素分区管理与施肥模型建立研究

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1、分类号：S158.9;S562密级：公开学号：2011207008单位代码：10759石河子大学博士学位论文基于GIS的土壤氮素分区管理与施肥模型建立研究学位申请人张泽指导教师吕新教授申请学位门类级别农学博士学科、专业名称作物栽培学与耕作学研究方向作物信息技术与精准农业所在学院农学院中国·新疆·石河子2015年6月StudyonpartitionedmanagementofsoilnitrogenandfertilizationmodelestablishmentbasedonGISADissertationSubmittedtoShiheziUniversityInPa

2、rtialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDocrorofAgricultureByZhangze(CropInformationTechnologyandPrecisionAgriculture)DissertationSupervisor:LvXinJune,2015基于GIS的土壤氮素分区管理与施肥模型建立研究中文摘要本文针对新疆棉花生产具有农田面积广大，机械化程度高、组织管理较为统一、连片农田土壤养分差异性较强等特点，综合运用GIS、分区管理、营养诊断等技术，结合地统计学和多元统计分析等学科，探索了不同采样方式、

3、采样间距及空间插值方法对滴灌棉田土壤氮素分区的影响，并在掌握土壤氮素养分含量状况、分布规律的基础上，开展土壤氮素分区精度影响研究，确定了拟合棉田氮素实际分布状况的最优采样方式、采样间距及空间插值方法；综合运用土壤氮素管理分区优化方法、地统计空间分析等，将研究区氮素状况划分为低、中、高三个区域，在此基础上开展不同氮素水平的施肥试验，分别以土壤碱解氮和棉花NDVI为诊断指标，建立了基肥和追肥的分区推荐施肥模型；通过基于基肥推荐模型的变量施肥技术应用研究，对比了变量施肥与传统施肥在土壤氮素变化、棉花生长、产量等指标的差异，验证了变量施肥效果；通过监测不同分区棉花叶片NDVI值的

4、变化情况，以NDVI指标开展了滴灌棉花追肥推荐，并通过大田应用效果进行了模型验证。综上，本文较系统的开展了基于氮素分区管理与施肥模型的建立、验证和应用，为我国因土施肥、土壤质量改善与提升、耕地生态优化等提供基础依据，为进一步探寻适合新疆农业生产经营的土壤养分分区管理模式提供技术支撑。主要研究结论如下：1、土壤氮素养分管理分区方法优化研究研究区土壤全氮、有机质、碱解氮、速效磷、速效钾养分的变异系数均在35.27%-56.63%之间，符合精准农业管理分区划分和实施变量施肥管理的基础条件。在此基础上选取正相关性较高的全氮、有机质和碱解氮3个因子，做为土壤氮素养分分区的评价指标，

5、进行管理分区的划分；通过分析土壤氮素指标半方差函数发现，全氮最佳拟合模型为球状模型、有机质和碱解氮最佳拟合模型为指数模型；通过进行不同预测方法间的对比研究发现，全氮、有机质、碱解氮的空间预测方法中，普通克里格插值法插值精度最高，LPI次之，因此研究区最佳插值方法为普通克里格插值。通过对不同采样方式下的土壤全氮、有机质和碱解氮进行统计分析，网格采样法中的OK插值图养分分布格局反应比较细微，由独立检验结果可知，三种养分在网格采样法下的ME绝对值较随机采样法更接近于0，且随机采样法三种养分的RMSE较网格采样法的偏大。因此，土壤全氮、有机质和碱解氮三种养分在网格采样法的插值结果

6、较为准确。进一步通过验证值与实测值的对比分析，可以确定网格采样法为最优采样方式；综合分析土壤全氮、有机质和碱解氮在不同采样间距下的插值误差、独立检验和养分分布图可知：全氮、有机质和碱解氮以20m取样间距插值精度最高，30m的取样间距虽较20m的精度稍低，但差异不明显，因此在考虑采样、化验等实际工作投入的前提下，本文在变量施肥技术应用中采取30m的采样间距进行氮素养分分区管理。2、滴灌棉田氮素分区与施肥模型建立研究I基于GIS的土壤氮素分区管理与施肥模型建立研究采用最优采样方式、采样间距和空间插值方法，将研究区域划分为3个（低、中、高）氮素养分分区；3个分区内的全氮、有机质

7、和碱解氮都具有较强的空间自相关性，隶属度的最佳半方差拟合模型分别为球状(Spherical)、高斯（Gaussian）和指数(Exponential)模型，隶属度的空间变程也都大于30m，再次证明20m和30m的采样间距为最优采样间距，同样也说明此分区数较为合理，三个氮素分区中分区3氮素含量最高，分区1次之，分区2最低；建立了低氮、中氮和高氮区施肥量与棉花产量的回归模型，确定的施-2-2-2氮量分别为391kg•hm、305kg•hm和280kg•hm；并分别以低氮、中氮和高氮区0-20cm、20-40cm、40-60cm和6