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[硕士论文] 亢宁
地图制图学与地理信息工程 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:耕地土壤养分是保障农业生产的基础。近年来,随着农业的生产消耗,土壤养分含量不断减少,而人为耕地管理方式及单一性施肥活动对土壤养分状况产生复杂影响,急需对土壤各养分状况进行研究分析,以期为后续的养分管理进行指导,保障农业生产(辛文文,2013)。传统的土壤管理方式费时费力且效率低下,数据更新慢,基于GIS土壤数据库的管理已成为如今土壤研究的热点(张学雷,2001)。为此,本文基于县级土壤养分数据,构建省级耕地土壤养分数据库,探讨了跨尺度构建养分数据库的关键技术,为区域耕地土壤养分管理及可持续利用提供科学依据。
  山东农业大省,作为全国耕地地力评价五个试点省份之一,开展了大量土壤调查及管理工作,但之前的研究均局限于县域层面,对省级土壤管理支持不足,而重新构建山东省省级土壤养分数据库耗费人力物力较大。本文探讨了省域跨尺度耕地土壤养分数据库构建的关键技术,为其他省份基于现有数据构建省级土壤数据库提供参考。
  山东省全国第二次普查距今已近40年,土壤养分状况发生明显变化,原有土壤养分数据已不能满足现在农业生产的土壤养分管理工作,对于土壤养分的空间变异情况尚需进一步研究。本文基于所构建的山东省耕地土壤养分数据库,实现了土壤养分数据的更新,并分级研究了土壤养分空间变异及分布状况,为各养分的管理分区提供依据。
  土壤养分的空间变异受到结构性因素及随机性因素的影响,国内外对于各区域内土壤养分的影响因素进行了大量研究,但研究发现地理分异及尺度差异对各因素的影响效果具有明显影响(雷咏雯,2004),使得大量土壤养分研究因区域不同而结果存在差异,不同地区的研究结论难以借鉴,地理分异及尺度差异下分析各影响因素对土壤养分影响的变化情况尚需进一步研究。本文以氮、磷、钾三种养分为例,研究了不同地貌类型、不同土壤类型、不同耕地类型下三种养分的地理分异特征,同时以有机质为例,研究分析了尺度对地貌类型、年平均降水量、土壤类型、年灌溉次数、耕作方式五种影响因素其对土壤有机质空间变异的影响强度的影响,为其他养分空间变异的尺度效应研究提供参考,系统阐述了不同尺度各影响因素的作用变化情况。
  本研究基于山东省135个县土壤数据,构建山东省耕地土壤养分数据库,并基于所构建土壤养分数据库,分析了各土壤养分状况及其空间变异情况,探讨了各养分的施肥管理对策。研究分析了氮、磷、钾三种养分的地理分析特征,根据不同地理条件,探讨三种养分的施肥管理。以有机质为例,分析了土壤有机质空间变异的尺度效应及不同尺度下各影响因素的影响状况,并进一步研究了尺度对各影响因素的削弱作用。结果表明:
  (1)山东省内土壤养分地统计学研究表明,有机质、pH、速效钾、缓效钾、有效磷、有效铁、有效锰、有效钼具有强烈的空间相关性,主要受到结构性影响因素的作用;全氮、有效铜、有效锌、有效硫及有效硼具有中等强度的空间相关性,受到结构性因素及随机性因素的共同作用。
  (2)山东省土壤养分的空间分布分为五种情况:有效铁和有效锰的含量呈现出从东南沿海向西北内陆逐渐降低的趋势;pH与有效硼含量呈现出自西向东,由北向南逐渐递减趋势;土壤有机质、全氮、缓效钾、速效钾及有效磷的空间相关性较高,其中有机质、全氮空间分布相似,其含量呈现出由内陆到沿海逐渐降低,由北向南先降低后升高的趋势,速效钾及缓效钾呈由西到东、由北向南逐渐减少的趋势;土壤有效锌、有效铜、有效钼的空间分布呈现出团块状分布特征;有效硫含量呈现出中部低四周高的趋势。
  (3)山东省内氮、磷、钾在缓坡地地貌中含量最高,在决口扇地貌中含量最低;氮、磷、钾在不同土壤类型中含量大小均表现为水稻土>砂姜黑土>褐土>潮土>盐土;不同耕地条件下,旱地中氮、磷、钾三种养分含量低于平均水平,水浇地中有效磷含量低于平均水平。
  (4)土壤有机质的空间变异受到地貌类型、年平均降水量、土壤类型、年灌溉次数及耕作方式五种因素的影响:随尺度缩小,地貌类型及年平均降水量对土壤有机质的影响强度增强,土壤类型的影响强度呈先减小后增大的趋势。年灌溉次数及耕作方式对土壤有机质的影响强度随尺度缩小变化不大。
  (5)尺度对结构性因素的影响强度具有削弱作用,尺度越大,削弱作用越强,对随机性因素的削弱作用随尺度变化差异不大。
摘要:土壤养分数据库的建设是我国数字土壤建设的重要基础性工作之一。本文基于县域大比例尺耕地土壤养分数据,以山东省耕地土壤养分数据库建设为例,对数据库构建中的土壤养分空间数据库建立、属性数据库建立、空间与属性数据库关联、土壤养分分析等具体环节和关键技术进行研究,基本形成了省域跨尺度耕地土壤养分数据库构建关键技术体系。本文研究结果可为省域耕地土壤养分数据库建设提供技术支撑,为区域耕地资源的利用管理提供科学依据。
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