基于GIS和GPS的烟田养分管理研究

摘要：利用土壤养分数据库，以地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS)为平台，研究了三门峡烟区土壤养分的空间分布与变异。结果表明：三门峡烟区土壤有机质含量普遍偏低，速效磷含量中等偏低，西南部土壤速效氮水平偏低。并对三门峡烟区的平衡施肥提出了“增氮补磷稳钾和降氯补锌增硼”的建议。

　　关键词：地理信息系统；全球定位系统；土壤； 养分

　　施用化学肥料是农业生产中投入资金较多的项目之一，但是，一般情况下，化肥的当季利用率不足50%[1]。其原因除施肥方法不当外，与土壤养分的空间变异密切相关。近年来，随着精准农业的提出与发展，基于GIS和GPS技术对农田土壤养分进行定量的实时诊断，充分了解大田生产力的空间变异成为土壤养分管理的热点[2，3]。烟草作为一种特殊的经济作物，养分对其产量和品质影响极大，因此研究烟区土壤养分的空间分布和变异就尤为重要。目前只有较少的研究涉及到利用GIS研究田间土壤养分空间分布与变异[4，5]。本研究以三门峡烟草生产为例，利用GIS和GPS技术研究了三门峡烟区土壤养分的变异情况，为烟区实施定位、定量的精准田间养分管理提供理论依据。

　　1 材料与方法

　　1.1土壤样品采集

　　根据全国第二次土壤普查中土壤采集方法进行土壤采样[6]。在河南省三门峡市选择有代表性的植烟土壤，取耕层0～20cm土样。每个采样点代表的面积为20hm2，共采集土壤样品697个，在样品采集的同时用GPS定位。

　　采集的样品经处理后，分析土壤有机质、全氮、全磷、全钾、pH值、有效氮、速效磷、速效钾、交换性钙、镁、有效硫、水溶性氯、有效铁、锰、铜、锌、硼和钼等养分[6]，测定数据采用SAS统计软件进行统计分析，结果见数据表1。

　　1.2采样点数字化

　　首先将697个采样点的GPS定位的经纬度信息由度、分、秒格式转换为度的格式，然后导入到地理信息系统软件ARCGIS8.3中，生成点状的SHP文件，再套合上1：25万三门峡市政区电子地图，如图1所示。
　　

　　图1.三门峡植烟区土壤采样点分布

　　1.3数据分析

　　将采样点的ID号与土壤养分数据ID号链接，在ARCGIS8 3环境中利用空间分析模块中的KRIGlNG插值方法将各点养分信息和成三门峡市植烟区养分平面分布图。

　　2.结果与分析

　　2.1三门峡植烟区土壤养分分布状况

　　从土壤养分化验结果表1和图2可以看出，三门峡烟区土壤pH值多在7.0以上，偏碱性，具有北方石灰性土壤的特性；速效氮和速效磷含量处于中等水平，钙含量高，钾钙比偏低，土壤微量元素：铁、锰、铜基本不缺，硼、钼偏少，锌含量差异较大；部分地块土壤中氯含量偏高。

　　2.2土壤中有机质和氮磷钾空间分布

　　三门峡烟区土壤有机质和氮磷钾空间分布如图3所示，从图中可以看出，三门峡植烟区土壤有机质含量基本在10.5g/kg以下，只有灵宝市和陕县部分烟区超过1.48%，相关研究表明，优质烤烟生产的土壤有机质含量以15.0 g/kg-25.0 g/kg[7]为宜，因此，土壤有机质含量偏低已成为保持烟区烟叶“浓香型”质量风格特色的制约因素之一。
　　

　　表1.三门峡烟区土壤养分分析结果
　　

　　图2.三门峡植烟区pH值空间分布

　　三门峡烟区速效氮平均水平普遍在79.87mg/kg以下，卢氏县的多数烟田和陕县、渑池县部分烟田的土壤速效氮含量已降至50mg/kg以下，多数地区应该注意适当增加氮肥的施用量，以保证烟叶生产一定的单产水平。

　　植烟土壤最适宜的速效磷含量范围在1 0-20mg/kg之间[8]，三门峡烟区土壤的速效磷含量多数在8～15mg/kg，属中等偏低水平，因此应注意适当补充磷肥。

　　钾对烤烟正常生长和品质至关重要，因此对植烟土壤速效钾含量的正确评价和有针对性地施用钾肥对生产优质烤烟有重要意义。植烟土壤最适宜速效钾含量范围为150～220mg/kg[7]，从三门峡烟区土壤钾空间分布分析结果看， 速效钾含量普遍在155-230mg/kg，符合生产优质烤烟的基本需求，但灵宝和陕县局部地区钾含量偏低，应注意增施钾肥。

　　2.3土壤中微量元素空间分布

　　图3.三门峡植烟区土壤有机质和大量元素空间分布情况

　　根据全国烟草区划研究报告，次适宜区土壤含氯量不得超过45mg/kg，最适宜区不得高于30mg/kg的区划标准[9]，三门峡植烟区土壤氯含量较上世纪八十年代不足5mg/kg上升至目前较高的水平。选取的233个代表样中，氯含量在0～30mg/kg的数据有105个，占45%，31-45mg/kg数据有76个，占32.6%，氯含量在46～286 1mg/kq的数据有52个，占22 4%，其中超过100mg/kg的数据14个，占6%，空间分布上表现为西部和西南部偏高，部分地块已不宜作为基本烟田，见图4。

　　图4.三门峡植烟区土壤微量元素空间分布情况

　　三门峡烟区土壤多属石灰性褐土，土壤中交换性钙和镁两种中量元素极为丰富，土壤交换性镁基本都在1 08cmol/kg之上[10]，生长在这些土壤的烟株不会出现缺钙、缺镁的症状，但由于交换性钙、镁含量过高，会影响烤烟对钾的吸收。

　　植烟土壤中有效锌的含量在0.5 mg/kg以上才能满足烤烟的生长需求[8]，选取的231个代表样中，锌含量在0～0.5mg/kg的数据有47个，占20%，0.5-1mg/kg数据有1 14个，占49.3%，锌含量在1mg/kg以上的数据有70个，占30.7%，空间分布上表现为东部缺锌面积较大，全市80%的烟田缺锌或处于供锌的临界范围。

　　由图4硼空间分布图，并结合样品分析数据可看出，我市烟田土壤普遍缺硼，仅由选取得样品数据推测，80%的烟田土壤极度缺硼，及时补充硼肥应引起高度重视。

　　3.小结与讨论

　　本研究结果表明，三门峡烟区有机质含量普遍偏低，速效氮含量中等偏低，烟区西南部和东部部分烟田速效氮水平偏低，烟区土壤有效磷含量普遍偏低，只有局部地区含量达到烟草生长最低要求，速效钾含量普遍在155mg/kg以上，符合生产优质烤烟的基本需求，西南部烟区氯离子含量偏高，土壤中钙镁等中量元素丰富，烟区80%的烟田缺锌或处于供锌的临界范围，烟田硼供应严重不足。

　　根据土壤化验结果和养分空间分布情况，三门峡烟区大量元素的施肥原则为“增氮补磷稳钾”，中微量元素的施肥原则为“降氯补锌增硼”。为此，建议将现行10∶12∶18的烟草专用复混肥配方调整为15∶15∶15，并在肥料中加入一定的锌、硼等微量元素，以平衡土壤营养。施肥量掌握上，西南部应高于东部，西部每公顷施纯氮宜控制在45～60kg，东部每公顷施纯氮宜控制在30～45kg。鉴于土壤微量元素的补充需要一段较长的时期，因此，在烟叶生产当季，应积极采用根外追肥的措施补充微量元素，根外追肥主要追施硼、锌、钼、锰等微量元素，满足烟株生长发育的营养需求，避免缺素症的出现。

　　其次，应注意改良土壤，对于部分pH值较高的土壤，应通过适当选用生理酸性氮肥、钾肥和酸性过磷酸钙等肥料，结合移栽时窝施、环施，改善根际微环境内的酸碱度，同时施用腐植酸肥料也是降低pH值的一条有效途径，有研究表明，腐植酸对土壤的酸化作用，有利于偏碱性的土壤上烟株的生长发育和优良品质的形成。特别需要指出的是控氯的问题，多年来，烟区西南部山区烟农使用大量农家肥，对改良土壤发挥了积极的作用，但由于管理不严格，有机肥中往往含有畜禽粪便，如猪粪，含大量的无机盐(NaCl)[11]，多年累积，使土壤中氯含量上升很快，今后，粗肥的管理应引起高度重视，同时，在基本烟田保护区，要真正落实以烟为主的耕作制度，在轮作周期中种植其他作物，也要施用不含氯的肥料，以维护烟区的持续发展。

　　参考文献

　　1.赵其国.现代土壤学与农业持续发展土壤学报，1996，33(1)：1—12.

　　2.金继运精准农业及其在我国的应用前景植物营养与肥料学报，1998，4(1)：1-7

　　3.石元春土壤学的数字化和信息化革命.土壤学报，2000，37(4)：289-295

　　4.自由路，金继运，杨丽萍等.基于GIS的土壤养分分区管理模型研究精准农业与土壤养分管理.北京：中国大地出版社.2001：32-37

　　5.刘建利，李志宏，陈江华等GIS应用于植烟土壤肥力分区及施肥区划的研究烟草学报，2004，1 0(3)：1 9-24

　　6.张景略，徐本生等 土壤肥料学 郑州：河南科学技术出版社1985

　　7.赵振山，陈江华等.中国烟叶生产实用技术指南.2005：135-1 73

　　8.刘国顺，刘建利等 中国烟叶生产实用技术指南.2006：109-1 29

　　9.陈瑞泰全国烟草种植区划研究报告[R].全国烟草种植区划研究协作组1985.

　　1 0.刘廉正，张锡标等.三门峡土壤河南科学技术出版社，1996

　　11. http://etc.lyac.edu.cn/jpkc2005/cnzhiwuyingyangfeiliao/zhiwuyingyang/jiaoan_009, htm

　　Research on the Soil Nutrient Management of Tobacco Fields by GIS and GPS

　　CHEN Sheng-Li

　　(Sanmenxia Filiale Of Henan TobaccoCompany,Sanmenxia,472000)

　　Abstract: Based on the platform of ArcGis and soil nutrients database, this study focus on the soil nutrients spatial distributing and variability of Sanmenxia tobacco fields. The research results showed that the content of organic matter is lower, and available Phosphor are moderate compared with organic matter, but the content of Nitrogen is lower in the Lushi tobacco field. According to the fertilizer condition, the author put forward rationalization proposal to the fertilizing. It is prospective way of using GIS to the layout planting, soil nutrients management, fertilizer using and adjustment of tobacco fields.

　　Key words: GIS; soil; nutrient management

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