傳統(tǒng)耕作模式下土壤養(yǎng)分在不同尺度、作物不同生育期的變異性及其對作物生長發(fā)育影響研究,是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)在大田尺度實現(xiàn)和作物優(yōu)良管理的基礎(chǔ)。隨著城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的發(fā)展,我國耕地壓力正在與日俱增,與此相對應(yīng)的是,由于繼續(xù)沿用傳統(tǒng)的農(nóng)田管理耕作模式,造成農(nóng)田土壤養(yǎng)分兩極分化:肥沃土地養(yǎng)分過剩,且降低了肥料的利用率,污染了優(yōu)質(zhì)耕田;貧瘠土壤養(yǎng)分仍舊供不應(yīng)求,不能實現(xiàn)土壤養(yǎng)分改良,滿足作物的生育需求。為了有效應(yīng)對海量的土壤信息,傳統(tǒng)的管理手段已不能滿足需要,必須借助現(xiàn)代技術(shù)手段,動態(tài)全面地摸清農(nóng)作物生育期內(nèi)土壤養(yǎng)分時空變異特征。本文以桓臺縣為研究區(qū),設(shè)計縣域、大田和地塊3級空間尺度;以冬小麥為研究對象,跟蹤播前、返青期、拔節(jié)期、灌漿期4個生育期。采用經(jīng)典統(tǒng)計學(xué)、地統(tǒng)計學(xué)和GIS技術(shù)相結(jié)合的方法,研究了堿解氮(AN)、速效磷(AP)、速效鉀(AK)在不同尺度下的空間變異特征及尺度效應(yīng),在不同生育期內(nèi)的時空動態(tài)變異特征,同時,采用Pearson相關(guān)性分析研究了小麥生長發(fā)育對土壤養(yǎng)分變異的響應(yīng)規(guī)律。主要結(jié)果如下:1)土壤養(yǎng)分空間變異尺度效應(yīng)(1)AN、AP、AK在三種尺度下均屬于中等變異強度,尺度的變化對AN的空間變異影響最大,AK次之,AP最小,隨著尺度的減小,AN變異系數(shù)逐漸變大,AP、AK逐漸減小。(2)AN、AP、AK在三種尺度下均表現(xiàn)為強烈的空間自相關(guān),其變異主要受到結(jié)構(gòu)性因素(氣候、土壤類型等)的影響,隨著采樣尺度的變小,各養(yǎng)分的空間自相關(guān)性先減弱后變強,變程減小。(3)隨著采樣尺度的減小,養(yǎng)分空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。一是出現(xiàn)了較大尺度下不包含的養(yǎng)分等級;二是養(yǎng)分高低等級占比的改變。當(dāng)從不同尺度研究同一地塊時,發(fā)現(xiàn)養(yǎng)分各等級面積比例發(fā)生改變,從而形成了相應(yīng)尺度不同的比例。隨著尺度的減小,養(yǎng)分圖斑塊數(shù)量逐漸增多,斑塊密度PD值變大,養(yǎng)分分布越來越破碎,難以形成連片狀分布。2)冬小麥生育期土壤養(yǎng)分時空變異特征及生育響應(yīng)(1)在冬小麥各生育階段,各養(yǎng)分總體表現(xiàn)為低-高-低的特征和中等程度變異性,AN和AK以返青期、AP以拔節(jié)期含量最高,為轉(zhuǎn)折點;各養(yǎng)分變異大小順序為ANAPAK。(2)三種養(yǎng)分的半方差函數(shù)模型播前相同,為指數(shù)模型;至返青期AP和AK相同,為球狀模型;到拔節(jié)期三者均不同,依次為球狀、指數(shù)、高斯模型;再到灌漿期AN和AP相同,為高斯模型。養(yǎng)分變異特征整體呈現(xiàn)為差異升高而后降低的過程。隨著生育期推移,養(yǎng)分表現(xiàn)為中等至強空間相關(guān)性;播前三種養(yǎng)分均為強空間相關(guān)性,返青期均為中等空間相關(guān)性,至拔節(jié)期和灌漿期,AN為中等空間相關(guān)性,AP和AK則為強空間相關(guān)性;三種養(yǎng)分均為返青期空間相關(guān)性最弱,AN播前最強,而AP和AK拔節(jié)期最強;播前至返青期、拔節(jié)期至灌漿期,土壤養(yǎng)分結(jié)構(gòu)性減弱,返青期至拔節(jié)期,結(jié)構(gòu)性趨強。(3)克里格插值分析表明,隨著冬小麥生育期的推移,土壤AN高含量等級逐漸減少,空間分布連續(xù)性不斷增加;AP高含量等級所占比例略有降低,空間分布連續(xù)性變化不大;AK高含量等級顯著減少,空間分布連續(xù)性持續(xù)下降。各養(yǎng)分含量均大致經(jīng)歷了先升高后逐漸降低,養(yǎng)分等級數(shù)特別是高含量等級數(shù)逐漸減少的過程。(4)Pearson相關(guān)性分析表明,隨著冬小麥生育期的推移,土壤養(yǎng)分與小麥生育狀況的相關(guān)程度逐漸升高;土壤AN與小麥生育狀況相關(guān)性最高,AK次之,AP最低;返青期小麥生長受播前土壤養(yǎng)分的影響高于當(dāng)期養(yǎng)分,拔節(jié)期小麥生長則主要受當(dāng)期養(yǎng)分影響,而灌漿期小麥生育則受上期和當(dāng)期養(yǎng)分含量共同影響。冬小麥?zhǔn)┓蕬?yīng)注意施足基肥、重視拔節(jié)肥、追肥期可適當(dāng)后移。(5)土壤養(yǎng)分圖與作物生育圖疊加分析表明,對冬小麥的生長發(fā)育影響程度依次為ANAKAP;小麥葉片SPAD值與小麥植株LAI值相比,對土壤養(yǎng)分時空變異性的響應(yīng)程度更高,土壤養(yǎng)分對冬小麥營養(yǎng)物質(zhì)累積的影響高于對其植株發(fā)育的影響。本研究較好摸清了農(nóng)田主要土壤速效養(yǎng)分空間變異的尺度特征及效應(yīng),大田傳統(tǒng)模式下冬小麥生育期土壤養(yǎng)分動態(tài)及其生長響應(yīng),可為北方冬麥區(qū)大田養(yǎng)分精準(zhǔn)管理提供理論依據(jù),為切實掌握區(qū)域農(nóng)田養(yǎng)分狀況,針對性指導(dǎo)施肥提供了理論依據(jù)。
【學(xué)位單位】：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S512.11;S158
【部分圖文】：

圖 2 試驗區(qū)位置與采樣點分布Fig.2 Location of the study area and distribution of soil sampling sites3.1.2 小麥生育數(shù)據(jù)獲取

g h i圖 3 不同采樣尺度下速效養(yǎng)分的變異函數(shù)Fig.3 Semivariograms of soil available N and and P and K at different sampling scales注：a: 縣級土壤堿解氮半方差圖; b: 大田尺度土壤堿解氮半方差圖; c: 地塊尺度土壤堿解氮半方差圖; d: 縣效磷半方差圖; e: 大田尺度土壤速效磷半方差圖; f: 地塊尺度土壤速效磷半方差圖; g: 縣級土壤速效鉀半方大田尺度土壤速效鉀半方差圖; i: 地塊尺度土壤速效鉀半方差圖.

22圖 4 不同采樣尺度下速效養(yǎng)分的空間分布Fig.4 The spatial distribution of soil available N and and P and K at different sampling scales

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2811974