精準農(nóng)業(yè)變量施肥理論與試驗研究.pdf

1、該研究針對精準農(nóng)業(yè)技術體系中變量施肥這一關鍵環(huán)節(jié),圍繞變量施肥處方生成技術及應用系統(tǒng)開發(fā),探討了土壤養(yǎng)分空間分布圖生成技術,提出了產(chǎn)量數(shù)據(jù)的誤差處理方法,模擬研究了變量施肥的尺度效應問題,設計并開發(fā)了具有田間導航采樣、產(chǎn)量數(shù)據(jù)處理和決策支持功能的變量施肥處方生成系統(tǒng).通過初步的實踐驗證和應用效果分析,該研究成果有較好的實用價值.主要研究結果包括:1.圍繞土壤養(yǎng)分空間分布圖生成,研究了土壤采樣策略制定方法,探討了采用Cokriging方法

2、降低采樣密度和采用電導率綜合評價土壤生產(chǎn)潛力的可能性.結果表明,在進行土壤養(yǎng)分采樣和插值,必須同時考慮養(yǎng)分的空間變異性和數(shù)值變異性,而N/S值和變異系數(shù)是比較好的指標;產(chǎn)量與0-30.5cm、0-91.5cm、30.5-91.5cm三層土壤電導率之間都存在極顯著的負相關關系,二次多項式較好地擬合了產(chǎn)量與電導率的關系,電導率圖可以參與進行土壤生產(chǎn)潛力區(qū)的劃分.2.研究分析產(chǎn)量數(shù)據(jù)的獲取過程,采用層次分析的原則,將可能造成產(chǎn)量數(shù)據(jù)誤差的因素

3、歸納為直接因素、間接因素和產(chǎn)生原因.分別針對不同產(chǎn)量數(shù)據(jù)的誤差來源,設計并實現(xiàn)了5種過濾器:產(chǎn)量域值過濾器,速度過濾器、填充和清空延時過濾器、領域均值過濾器、領域系數(shù)過濾器;在分析比較不同過濾器過濾效果的基礎上,提出了1種綜合過濾器,過濾后使產(chǎn)量數(shù)據(jù)的正態(tài)分布性得到顯著改善,對已測產(chǎn)小區(qū)的估計誤差明顯下降.3.針對精準變量施肥的尺度問題,采用計算機模擬技術,研究不同土壤硝態(tài)氮均值、方差和相關距下,施肥單元面積對玉米的平均施肥量、產(chǎn)量和肥

4、料增產(chǎn)效率的影響.結果表明:a.隨著變量施肥單元面積的減小,平均單位面積的施肥量增加或保持不變,產(chǎn)量一般增加,肥料增產(chǎn)效率也增加;b.隨著土壤養(yǎng)分均值增加,平均施肥量降低,平均產(chǎn)量增加,肥料增產(chǎn)效率降低,且施肥單元面積越大,不同土壤養(yǎng)分均值間的施肥量、產(chǎn)量和肥料增產(chǎn)效率的差異越大;c.在養(yǎng)分均值低于施肥臨界土壤養(yǎng)分濃度時,隨著土壤養(yǎng)分變異系數(shù)的增加,平均施肥量增加,平均產(chǎn)量降低,肥料增產(chǎn)效率降低;d.隨著土壤養(yǎng)分相關距的增加,平均施肥量

5、增加,平均產(chǎn)量增加,肥料增產(chǎn)效率增加.這些結果對我們進行變量施肥的實踐有一定的指導意義.4.在分析變量施肥決策流程的基礎上,采用OLE/ActiveX技術,設計并實現(xiàn)了集成應用GPS、GIS和ES技術的變量施肥處方生成系統(tǒng).該系統(tǒng)在推理機中嵌入模型語法分析構件,并采用對象連接和嵌入的自動化方式實現(xiàn)與GIS功能構件之間的互操作功能;將知識/模型/數(shù)據(jù)采用一體化方法存儲在數(shù)據(jù)庫中,通過ODBC規(guī)范實現(xiàn)基于多數(shù)據(jù)源的知識調(diào)度與推理;應用基于矢

6、量網(wǎng)格的空間疊加分析方法解決了柵格和常規(guī)矢量數(shù)據(jù)結構在處方生成中的局限.系統(tǒng)可以提供田間導航采樣、產(chǎn)量數(shù)據(jù)處理和決策支持功能,最終生成可供變量施肥機具使用的處方圖,可以用于指導變量施肥實踐.5.進行了基于土壤肥力測定和基于地物光譜數(shù)據(jù)的小麥變量施肥試驗研究,結果表明,在施肥總量相同的情況下,與常規(guī)均一施肥對照區(qū)相比,變量施肥使產(chǎn)量略降,穗粒數(shù)、千粒重、葉綠素和蛋白質(zhì)變異系數(shù)增大,但降低了土壤硝態(tài)氮濃度,減小了污染地下水的可能性,生態(tài)效果