測土配方施肥數(shù)據(jù)管理GIS技術(shù)的應(yīng)用

羅 虹，趙政權(quán)

（云南國土資源職業(yè)學(xué)院，云南 昆明 650217）

0 引言

農(nóng)田過度施肥、盲目施肥可直接導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量下降，農(nóng)民收入減少。2006年中央一號文件指出：“要大力加強(qiáng)耕地質(zhì)量建設(shè)，實施新一輪沃土工程，科學(xué)施用化肥，引導(dǎo)增施有機(jī)肥，全面提升地力”。測土配方施肥對于提高糧食單產(chǎn)、降低生產(chǎn)成本、實現(xiàn)糧食穩(wěn)定增產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實意義，并且可以提高肥料利用率、保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境、改善耕地養(yǎng)分狀況。2007年測土配方施肥補(bǔ)貼資金項目在云南省32個縣陸續(xù)實施，實施面積達(dá)105．3萬hm2。本文以云南省盈江縣為研究區(qū)，利用GIS軟對縣域的測土配方施肥狀況進(jìn)行研究，以期探索出適合縣級區(qū)域的測土配方施肥方法，達(dá)到提高土地肥力，增加產(chǎn)量，提高效率的目的［1］。

1 云南盈江試驗區(qū)概況及實驗數(shù)據(jù)

1．1 試驗區(qū)概況

盈江縣位于云南省德宏州西北部，地處東經(jīng)97°31′～98°16′，北緯 24°24′～25°20′，山川秀美、資源豐富，是云南省著名的糧、油、糖料基地。該縣轄15個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，總?cè)丝诩s27萬，土地面積為4 429 km2，但耕地面積較少，約為3．1萬hm2，占總面積的7%。由于該區(qū)地勢起伏較大 （海拔在210～3 404 m之間），不同區(qū)域氣候差異較大。因此，研究測土配方施肥對于提高作物產(chǎn)量、提高土地利用率，緩解人地關(guān)系具有重要意義。

1．2 實驗數(shù)據(jù)

實驗數(shù)據(jù)分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、耕地地力數(shù)據(jù)及土壤測定數(shù)據(jù)?；A(chǔ)數(shù)據(jù)包括縣域土壤圖、土地利用現(xiàn)狀圖、權(quán)屬面層、政區(qū)圖、等高線及水系、道路等線劃圖。盈江縣耕地地力數(shù)據(jù)及土壤測定數(shù)據(jù)包括有機(jī)質(zhì)、pH值、全氮、堿解氮、有效磷、有效鉀、有效硫、有效硼、有效鎂、有效錳、有效鋅等養(yǎng)分調(diào)查數(shù)據(jù)。

2 試驗數(shù)據(jù)分析和處理

本文在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好的基礎(chǔ)上，利用ArcGIS軟件的疊加分析、樣點分析、地統(tǒng)計分析、區(qū)域分析等功能進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，得到相關(guān)土壤養(yǎng)分含量圖。其技術(shù)路線如圖1所示。

2．1 疊加分析

圖1 數(shù)據(jù)處理技術(shù)路線圖Fig.1 Data processing technique route

在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好之后，就可進(jìn)行疊加分析。疊加分析作為地理信息系統(tǒng)最常用的提取空間隱含信息的手段之一，可以將有關(guān)主題層組成的數(shù)據(jù)層面進(jìn)行疊加，產(chǎn)生一個新數(shù)據(jù)層面。新的數(shù)據(jù)層面綜合了原來兩層或多層要素所具有的屬性。本研究把某個地塊的現(xiàn)狀面層、土地面層以及權(quán)屬面層等相關(guān)面層相交，層層疊加，得到的新圖層就具有多個面層的屬性，即該地塊的權(quán)屬、土地利用現(xiàn)狀、土地類型等。在進(jìn)行疊加分析時要注意，當(dāng)疊加后的新數(shù)據(jù)的面積少于2 000 m2時，要與周圍圖塊合并或者刪除，目的是為了剔除較小圖塊，減少數(shù)據(jù)量。

2．2 樣點上圖

因為人們通常根據(jù)樣品的測試結(jié)果，對土壤特性、作物需肥情況或肥料效應(yīng)做出綜合評價。因此，所采集的樣品必須具有代表性，能真實反映樣品區(qū)域的客觀情況。這就需要對樣品采集工作高度重視，做到認(rèn)真負(fù)責(zé)，系統(tǒng)了解，嚴(yán)格遵守布點與采樣原則，選擇具有代表性的區(qū)域、田塊和作物采樣。另外，采樣人員還應(yīng)具備一定的采樣經(jīng)驗。

本研究采樣是通過在標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田上進(jìn)行空間布點，結(jié)合GPS定位相進(jìn)行耕層0～20 cm深度的土樣采集。采樣時，注意上中下土層厚薄一致［2］。此次總共采集365個土壤樣點，土壤采樣點分布如圖2所示。

圖2 云南盈江湖土壤配方施肥土壤采樣點分布圖Fig.2 Testing soil formula fertilization soil sample sites of Yingjiang River in Yunnan

采樣點的數(shù)據(jù)種類包括：采樣點的坐標(biāo)、權(quán)屬、海拔、取樣地點、pH值化驗結(jié)果、全氮化驗結(jié)果、有效磷化驗結(jié)果、有效硫化驗結(jié)果、有效錳化驗結(jié)果、有效鎂化驗結(jié)果、有機(jī)質(zhì)化驗結(jié)果、硼化驗結(jié)果等屬性數(shù)據(jù)。采樣點的數(shù)據(jù)以Excel表的形式導(dǎo)入，利用ArcGIS的Add XY Data命令，選擇導(dǎo)入的表格數(shù)據(jù)，進(jìn)行樣點上圖。

2．3 地統(tǒng)計分析

地統(tǒng)計分析是在地統(tǒng)計學(xué)與GIS之間架起的一座橋梁。在ArcGIS中，該模塊包含了多種利用已知樣點形成研究對象表面圖的內(nèi)插技術(shù)。地統(tǒng)計分析向?qū)ㄟ^完整的圖形用戶界面，引導(dǎo)用戶逐步了解數(shù)據(jù)，選擇內(nèi)插模型，評估內(nèi)插精度，完成表面預(yù)測（模擬）和誤差建模。此次以土壤中全氮含量為例來說明如何進(jìn)行統(tǒng)計分析。

地統(tǒng)計分析向?qū)芴峁┯脩舻闹饕獔D形界面包括：（1）內(nèi)插方法與數(shù)據(jù)集界面。該界面可選擇所用實驗數(shù)據(jù)、實驗方法以及檢驗數(shù)據(jù)等。其中，克里格插值（Kriging）內(nèi)插方法是根據(jù)區(qū)域內(nèi)若干已知樣本點數(shù)據(jù)（在考慮了樣本點的形狀、大小和空間方位）與未知樣點的相互空間位置關(guān)系，以及變異函數(shù)提供的結(jié)構(gòu)信息，對未知樣點進(jìn)行的一種線性無偏最優(yōu)估計［3］。（2）參數(shù)設(shè)置界面。通過該界面可設(shè)置模型所用的各項參數(shù)，如Power（冪指數(shù)）、Include at Least（最少樣點數(shù)）等。（3）精度評定界面（如圖3所示）。精度評定界面主要包括誤差標(biāo)準(zhǔn)化值分布圖、誤差分布圖。通過該界面可以了解模型的精確度，為模型的改進(jìn)提供參考。

圖3 地統(tǒng)計分析精度評定圖Fig.3 Geostatistical analysis accuracy assessment

把精度評定界面所得到的圖形轉(zhuǎn)換成柵格文件（這個過程可能有些費時，要耐心等待），結(jié)果如圖4所示。在建立柵格文件時，為了讓后續(xù)的區(qū)域統(tǒng)計順利進(jìn)行，Output的路徑必須為全英文路徑。

2．4 區(qū)域統(tǒng)計（Zonal Statistics）

區(qū)域統(tǒng)計功能是用每一個柵格單元的屬性值及其與相鄰的柵格單元的位置關(guān)系來計算各統(tǒng)計指標(biāo)的分析方法。激活Zonal Statistics進(jìn)行區(qū)域統(tǒng)計分析，在 Chart statistic欄中，選擇平均值作為要運(yùn)用的統(tǒng)計類型，指定目錄及名稱，即得到結(jié)果。

圖4 地統(tǒng)計分析結(jié)果圖Fig.4 Geostatistical analysis result

2．5 連接和導(dǎo)出數(shù)據(jù)

選擇Join，將插值表中的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)到疊加分析后的圖層數(shù)據(jù)表中，然后通過Export Data，得到最后的結(jié)果表。結(jié)果表中包含了計算后的相應(yīng)養(yǎng)分含量。打開這個屬性表，根據(jù)需要，可刪除不需要的字段，保留需要的字段。

2．6 結(jié)果成圖

在輸出的數(shù)據(jù)表中，含有某塊地的全氮含量、權(quán)屬情況、空間方位、土壤質(zhì)地等狀況。圖5是關(guān)于全氮含量的等級分布圖。根據(jù)圖5可以計算出地塊需要施肥量。

3 結(jié)語

圖5 云南盈江土地全氮含量圖Fig.5 Land total nitrogen content of Yingjiang River in Yunnan

實施測土配方施肥可以提高我國農(nóng)業(yè)綜合競爭力，增加作物產(chǎn)量，增加農(nóng)民收入，提高工作效率，對于推進(jìn)我國農(nóng)業(yè)信息產(chǎn)業(yè)化、自動化具有重要意義。本文研究了面向縣級區(qū)域測土配方施肥技術(shù)的方法，通過GIS軟件支持，經(jīng)過一系列空間分析及數(shù)據(jù)處理，得到地塊土壤養(yǎng)分含量。雖然本文只是做了測定土壤中的養(yǎng)分含量，沒有做后續(xù)的施肥配方比，但是本文選取的空間分析模塊簡單、效率高，對于測土配方施肥仍具有一些參考價值。

［1］唐秀美，趙庚星，路慶斌．基于GIS的縣域耕地測土配方施肥技術(shù)研究［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2008，24（7）：34－38．

［2］陳科，呂曉男，張培杰，等．基于GIS的測土配方施肥技術(shù)研究與應(yīng)用［J］．浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2009 （5）：1028－1030．

［3］湯國安．ARCGIS地理信息系統(tǒng)空間分析實驗教程［M］．北京：科學(xué)出版社，2008：26．