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在传统的农业生产中,由于长期盲目施肥,带来了一系列严重的问题。不仅直接造成了肥料利用率的下降,生产成本提高,而且还会使得土壤地力下降,更严重的是可能会带来环境污染与增加农产品的不安全性因素。测土配方施肥是我国支持三农的一项重要政策,它对于提高作物单产、降低生产成本、提高肥料利用率、保护生态环境具有重要意义。
在GIS技术和神经网络技术的支持下,对东莞市土壤养分进行了空间插值,通过对比分析,初步研究了几种插值方法的空间插值能力,并对养分的空间变异进行了初步的分析并建立养分数据库,在此基础上采用面向对象编程方法结合开源软件技术研发了基于WebGIS的测土配方施肥信息系统,研究的主要结论有:
(1)本研究区域中径向基函数神经网络模型用于空间插值相对于普通克里格法效果更优。分别采用普通克里格、基于纯地理坐标的径向基函数空间插值(Geo_RBF)、考虑邻近点的径向基函数空间(Nearest_RBF)、遗传算法改进的邻近点径向基函数空间插值(GA_Nearest_RBF)对碱解氮、有效磷、速效钾进行空间养分插值。从对训练数据集的拟合系数来说,各神经网络模型对于碱解氮、有效磷、速效钾的拟合系数均大于球状普通克里格的拟合系数。经过对比选择,碱解氮最佳插值模型是GA_Nearest_RBF,有效磷最佳插值模型是普通克里格,速效钾最佳的模型也是GA_Nearest_RBF。
(2)依据第二次土壤普查分级标准,东莞市土壤碱解氮、有效磷、速效钾总体处于较高的水平。碱解氮第一级占38.6%,第二级占19%,第三级占22%,第四级占17.2%,第五级占3.2%;有效磷第一级占97%,第二级占3%;速效钾第一级的占81.02%,第二级占8.66%,第三级占4.4%,第四级的占5.35%,第五级的占0.49%,第六级的占0.08%。从空间分布上看,东莞市西部地区特别是西北地区具有较高的肥力,东部和南部含量相对较低。
(3)通过克里格方法对土壤元素的空间相关性进行探求,碱解氮的块金效应为48.4%,说明在本研究尺度下,碱解氮具有中度的空间相关性,是结构因素和随机因素共同作用的结果;有效磷的块金效应为71.5%,说明在研究区内有效磷的空间相关性处于中等水平,主要是由随机因素和结构因素共同引起;速效钾的块金效应>75%,其空间变异主要由人类活动引起。
(4)采用开源WebGIS软件和开放的技术标准是降低WebGIS开发与实践成本的有效手段。针对中小型用户或在GIS需求较简单的情况下,采用开源技术开展工程是一个很有益的选择。
(5)在开源GIS软件的支持下,采用面向对象编程技术,在优选空间插值方法的基础上,结合多年来肥料试验得出的区域作物最适宜的施肥模型,开发出了界面友好,操作简单,覆盖面广,成本相对低廉,易于推广的测土配方施肥信息系统。将原来的单机版测土配方施肥信息系统拓展到B/S架构上,具有先进性和新颖性。