关于多种土壤养分的精准管理分区方法研究.pdfVIP

第44卷第1期 土 壤学 报 V01．44．No．1 SINICA Jan．．2007 2007年1月 ACTAPEDOLOGICA 基于多种土壤养分的精准管理分区方法研究* 李 翔1，2，3 潘瑜春1 马景宇1，2 赵春江1干 王纪华1 (1国家农业信息化工程技术研究中心，北京100089) (2北京师范大学地理学与遥感科学学院遥感与地理信息系统研究中心，北京100875) (3河南省信息产业厅，郑州450008) 摘要 根据土壤养分的空间变异性和空间自相关性进行管理分区的划分是精准农业实施变量施肥 管理的重要环节。本研究首先分析了3种主要土壤养分的空间变异特征和空间自相关性，碱解氮、有效磷、速 效钾在空间上均达到了中等强度的变异，但仅有碱解氮和有效磷具有中等强度的空间自相关性，而速效钾在 本研究采样尺度下则表现为纯块金效应，不具有空间自相关性；与各向同性相比，碱解氮在各向异性条件下克 里金插值精度提高了42．8％。以空间上既存在变异又具有空间相关性的有效磷、碱解氮两种土壤养分为数 据源，利用模糊K一均值聚类算法将整个地块划分为不同的管理分区，并引入模糊效果指数(PFI)和标准化分 类熵(MPE)两个指标确定适宜的分区数为4个。最后，为了评价分区结果的合理性，对各管理分区进行了统 计，并用ISD法进行了各分区间差异显著性检验。结果表明：各管理分区内的碱解氮的变异系数由整个地块 的13．2％减小到3．O％～5．3％，趋于同质性；有效磷的变异系数由整个地块的44．3％减小到10．1％～17．2％， 也得到了大幅度的减少；而且不同分区之间各养分均达到了显著差异。 关键词 多变量；精准农业；管理分区；模糊聚类 中圈分类号 F159 文献标识码 A 精准农业经过10多年的发展，许多技术已趋 研究也证实了利用管理分区技术实施精准农业变 成熟，然而其在改善环境和提高经济效益上的效果 量管理可以减少氮肥施用量，减少农业带来的环境 污染[5～7|。 一直未得到充分证实，管理分区技术(Management J。 目前，国内的精准农业主要以规则网格为作业 zone)为研究这一问题提供了经济有效的手段【I’2 近年来，基于土壤或作物长势的空间变异性和空间 单元实施变量施肥管理，而田块尺度下精准农业管 自相关性划分的管理分区进行变量施肥管理是国 理分区的划分问题以及基于分区技术的变量施肥研 究，尚未见报道。薛绪掌等[83基于土壤肥力和目标 际上精准农业研究的一个热点。Ostergaard【31利用 基于土壤类型、产量、地形、航空照片以及生产者的 产量，在北京小汤山国家精准农业示范基地进行了 经验等数据划分的管理分区进行变量氮肥管理研 冬小麦变量施氮研究，采用的变量作业单元大小为 18m×18m。张书惠等19J采用的变量施肥作业单元 究，每hm2可获得15～35美元的经济利润。Fleming 等¨j的研究表明，基于管理分区技术生成精准农业 大小为20m×40m。从理论上讲，处方作业单元越 变量施肥处方图是一个经济有效的途径。Koch等小，对大田生产力空间差异的调节就愈精确，然而， 的研究认为，与传统的一致性氮肥管理相比，利用 在大面积实施精准农业技术时，过小的处方单元会 基于可变目标产量的管理分区技术实施精准农业 成几何级数地增大数据处理与存储容量，而且田间 变量氮肥管理可以