CN109829589A - 制作土壤施肥处方图的方法、土壤精准施肥处方图及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制作土壤施肥处方图的方法、根据该方法制作的土壤精准施肥处方图以及在土壤精准施肥方面的应用。所述方法至少包括步骤：土壤数据的采集：在土壤采样点采集土壤样本，记录所述土壤采样点的经纬度和编号，并调查田块种植信息；土壤数据的分析：整理土壤数据，分析土壤样本的土壤养分的含量，并根据农业模型预测达到目标产量所需的施肥量；土壤数据的处理：将土壤数据导入GIS系统中进行空间插值处理，获得矢量土壤施肥处方图。所述方法和土壤施肥处方图的应用，克服了现有农业生产中肥料利用率低下、生产成本高、耕地破坏等问题，极大的降低了生产成本、提高生产效益，达到了耕地保护的目的。

Description

制作土壤施肥处方图的方法、土壤精准施肥处方图及应用

技术领域

本发明涉及精准农业领域，具体而言，涉及制作土壤施肥处方图的方法、土壤精准施肥处方图及其在土壤精准施肥方面的应用。

背景技术

当前的传统农业生产中，大多数生产采用统一管理、统一施肥的方式，不仅造成肥料的浪费、成产成本的增加；而且由于长期的过量施肥导致土壤板结，耕地退化现象非常严重，造成耕地资源的减少和耕地生产力不足。

近年来，随着农业土地的整合，家庭农场和农业规模经营主体的逐渐形成，精准农业得到了迅速的发展。精准农业概念的提出，可以极大的降低了生产成本、提高生产效益，达到了耕地保护的目的。然而现有技术仍然受到种植方式、地域、土壤特性等诸多因素的限制，基于不同作物的不同种植方式、生产方式、地域等的农田精准施肥处方及其制作方法的开发十分具有现实意义。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供制作土壤施肥处方图的方法，所述方法根据农田土壤养分含量情况，结合农业模型和GIS技术，提供了制作田块土壤施肥处方图的方法，该方法基于不同作物的不同种植方式、生产方式、地域等进行，克服了现有农业生产中统一管理、统一施肥导致的肥料利用率低下、生产成本高、耕地破坏等问题，极大的降低了生产成本、提高生产效益，达到了耕地保护的目的。

本发明的第二目的在于提供根据上述方法制作得到的土壤精准施肥处方图，该处方图是可以根据具体种植信息或变量进行修正，是能够结合地理环境、种植方式、生产方式、土壤特性等进行变量施肥的土壤精准施肥处方。

本发明的第三目的在于提供上述的制作土壤施肥处方图的方法、上述的土壤精准施肥处方图中的至少一种在土壤精准施肥方面的应用。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

制作土壤施肥处方图的方法，所述方法至少包括步骤：

土壤数据的采集：在土壤采样点采集土壤样本，记录所述土壤采样点的经纬度和编号，并调查田块种植信息；

土壤数据的分析：整理土壤数据，分析土壤样本的土壤养分的含量，并根据农业模型预测达到目标产量所需的施肥量；

土壤数据的处理：将土壤数据导入GIS系统中进行空间插值处理，获得矢量土壤施肥处方图。

作为一种实施方式，将土壤数据导入ArcGIS10.3系统中进行空间插值处理，获得矢量土壤施肥处方图。

可选地，所述方法进一步包括步骤：对所述矢量土壤施肥处方图进行编辑修饰，获得田块的土壤施肥处方图。

可选地，所述编辑修饰结合所述田块种植信息、专家调参系统中的至少一种进行。

可选地，所述田块种植信息包括田块种植方式、生产方式、田块的作物单产、田块形状、土壤变异性中的至少一种。

可选地，所述专家调参系统是长期从事变量施肥研究的学者专家，根据研究结果和相关文献得出的经验模型，包括：每100kg经济作物所吸收的养分量、土壤养分校正系数、氮磷钾肥料的利用效率。

可选地，所述土壤采样点的制定采用50～150m×50～150m的格网采样的方法。

可选地，所述土壤采样点的制定采用100m×100m的格网采样的方法。

可选地，所述农业模型包括：确定目标产量、达到所述目标产量所需要的养分量，利用目标产量配方法计算肥料施用量，获得每个采样点每亩施肥量。

可选地，所述目标产量配方法包括：根据目标产量构成，由土壤和肥料两个方面供给养分的原理来计算肥料施用量；

其中，肥料中养分施用量与土壤养分之间的关系为：

养分施用量＝(目标产量×作物单位目标产量养分吸收量)-(土壤养分测定值×校正系数)/肥料当季利用效率；

肥料中养分施用量与肥料施用量的关系之间的关系为：

养分施用量＝肥料施用量×肥料中养分含量。

作为一种实施方式，对于作物单位目标产量养分吸收量，不同种类作物吸收的土壤养分不同，我国主要粮食作物生产100kg经济产量所吸收的养分量(kg)范围参考见表1。

可选地，所述土壤养分包括土壤速效氮、有效磷、速效钾、有机质、及全量氮、全量磷、全量钾中的至少一种。

可选地，所述土壤养分中速效氮的校正系数为0.3～0.7，有效磷的校正系数为0.4～0.5，速效钾的校正系数为0.5～0.85。

表1主要粮食作物经济产量所吸收的养分量

作为一种实施方式，校正系数是空白地块作物吸收的养分含量与土壤速效养分含量的比值，不同作物校正系数不同，同种作物不同地力条件也存在差异，土壤速效氮的校正系数定为0.3～0.7，有效磷的校正系数定为0.4～0.5，速效钾的校正系数定为0.5～0.85实际操作过程中应该结合具体情况进行调整。

可选地，所述肥料的利用效率分别为：氮肥的利用效率为30％～50％，磷肥的利用效率为10％～30％，钾肥的利用效率为40％～70％。

可选地，所述将土壤数据导入GIS系统中进行空间插值处理包括：

利用所述采样点的经纬度，将土壤数据，导入到GIS系统中，利用空间插值法将土壤数据进行插值，获得空间插值栅格数据图；将所述空间插值栅格数据图转成矢量数据，利用GIS系统进行修饰，结合所述田块种植信息，对施肥区域进行合并，获得矢量施肥处方图。

可选地，所述土壤数据包括采样点编号、采样点经纬度、采样点对应的土壤养分含量中的至少一种。

作为一种实施方式，利用每个点的经纬度，将整理完成的每种土壤养分施肥量数据，导入到GIS系统中，如图1所示；通过ArcGIS系统中的Kring功能对速效氮、速效钾、有效磷等施肥量进行空间插值，得到栅格数据，如图2所示；利用Raster to polygon功能将栅格数据转成矢量数据格式，然后结合当地的实际情况，利用Editor编辑功能对矢量进行修饰，修饰完成的矢量图如图3所示。

作为一种实施方式，所述方法包括步骤：

根据农田面积和农田实际情况，制定土壤采样点，可以根据地块形状和土壤变异性适当调整，记录每个采样点的经纬度和编号；

采集土样通过实验室化验测试，测得土壤速效氮、有效磷、有效钾等含量；采样过程中，调查并记录该采样田块的作物单产和土壤施肥量等信息；分析整理土壤和调查信息，形成数据表格；根据农业模型，利用目标产量配方法计算肥料施用量，得到每个采样点每亩施肥量；

利用每个点的经纬度，将整理完成的每种土壤养分施肥量数据，导入到GIS系统中，利用克里金空间插值方法将土壤施肥数据进行插值，得到空间插值栅格数据图；然后将栅格数据转成矢量数据，利用GIS系统进行修饰，结合当地实际情况，对面积小的施肥区域进行合并；得到较为规整的矢量施肥处方图；

利用勾画好的田块裁剪修饰完成的矢量施肥处方图，得到每个地块的施肥处方图。

本发明中，GIS系统是指地理信息系统，它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。

本发明中，所述专家调参系统是长期从事变量施肥研究的学者专家，根据研究结果和相关文献得出的经验模型，包括：每100kg经济作物所吸收的养分量，土壤养分校正系数，氮磷钾肥料的利用率。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明所述的制作土壤施肥处方图的方法，基于不同作物的不同种植方式、生产方式、地域等进行，克服了现有农业生产中统一管理、统一施肥导致的肥料利用率低下、生产成本高、耕地破坏等问题，极大的降低了生产成本、提高生产效益，达到了耕地保护的目的。

(2)根据本发明所述的制作土壤施肥处方图的方法制作得到的土壤精准施肥处方，可以根据具体种植信息或变量进行修正，是能够结合地理环境、种植方式、生产方式、土壤特性等进行变量施肥。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种实施方式中，将每个采样点的土壤数据导入GIS系统中的图示；

图2为本发明一种实施方式中，通过ArcGIS系统中的Kring功能对土壤养分中速效氮、速效钾、有效磷等施肥量进行空间插值处理的图示；

图3为本发明一种实施方式中，经空间插值处理后获得的矢量土壤施肥处方图；

图4为本发明一种实施方式中，速效氮的土壤施肥处方图；

图5为本发明一种实施方式中，速效钾的土壤施肥处方图；

图6为本发明一种实施方式中，有效磷的土壤施肥处方图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

实施例1

本发明以湖北省安陆市某合作社为典型例，通过采用本发明的技术方案，最终获得合作社耕地土壤施肥处方图：

1、合作社耕地面积为40公顷，根据当地的实际情况，采集土壤样本35个，采样点如图1中圆点所示；

同时，对该合作社进行调查，得到该耕地种植作物为水稻，往年单产为约650kg/亩，使用的肥料利用效率分别为：速效氮60％，有效磷40％，速效钾25％。

2、将土壤样本带回实验室进行测试，得到土壤速效氮、有效磷、速效钾含量；

整理土壤养分测土数据，根据目标产量配方法求得速效氮、速效钾、有效磷每种肥料养分的施用量，即肥料施用量×肥料养分含量，公式为：

养分施用量＝(目标产量×水稻单位产量养分吸收量)-(土壤养分测定值×校正系数)/肥料当季利用效率

结合往年单产情况，与农户沟通，计划下一年水稻目标产量为700kg/亩；

根据专家调参系统和水稻吸收养分量，确定每生产100kg水稻所吸收速效氮、速效钾、有效磷的含量为2.2kg、1.2kg、1.0kg；

校正系数是空白地块作物吸收的养分含量与土壤速效养分含量的比值，根据实际情况，速效氮、速效钾、有效磷的校正系数分别取为0.65、0.5、0.8；

该区域氮肥利用效率为40％，钾肥利用效率为25％，磷肥利用效率60％。

3、利用每个点的经纬度，将整理完成的每种土壤养分施肥量数据，导入到GIS系统中，如图1所示；通过ArcGIS系统Kring功能对速效氮、速效钾、有效磷的施肥量进行空间插值，得到栅格数据，如图2中所示；利用Raster to polygon功能将栅格数据转成矢量数据格式，然后结合当地的实际情况，利用Editor编辑功能对矢量进行修饰，修饰完成的矢量图，如图3所示，并具体给出了田块各区域每种土壤养分的施肥量数据。

4、利用勾画好的田块裁剪修饰完成的三种元素矢量施肥处方图，得到每个地块的施肥处方图，分别如图4、图5和图6所示，图4～6中一目了然的示出了田块各不同区域每种土壤养分的差异化施肥量。

以所获得的如图4、图5和图6所示的施肥处方图中不同地块各养分的不同施用量处方为依据和指导，对合作社田块的土壤进行施肥、种植水稻，监测水稻生长及收割情况，获得产量等数据。结果发现：同一田块中，与往年相比，水稻长势较为均等，成熟期一致，贪青晚熟的较少，产量明显增高，达到695kg/亩，基本达到目标产量，较往年产量增长7％。

对比例1

以实施例1中合作社的另一处40公顷田块为对象，以现有普通的统一管理、统一施肥的方式进行施肥。该田块的实际情况与实施例1中田块大致相同，种植作物为水稻，往年单产为约650kg/亩，使用的肥料利用效率分别为：速效氮60％，有效磷40％，速效钾25％，且下一年水稻目标产量也为700kg/亩。

施肥方式具体如下：在插秧之前统一施肥，未考虑田块中土壤特性的差异，施肥量为整块地统一的100kg/公顷，肥料种类为15：15：15的复合肥，采用人工撒施的施肥方式。

监测水稻生长及收割情况，获得产量等数据。结果发现：水稻的长势出现明显的差异性，收割期出现部分水稻贪青晚熟的现象，单产为660kg/亩，基本与往年的产量持平。

对比分析对比例1与实施例1的结果，可以发现实施例1的作物长势均匀，在每亩节省化肥10kg的情况下，产量却增长显著。由此可见，本发明中处方图具有节约生产成本、增加产量的优势。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.制作土壤施肥处方图的方法，其特征在于，所述方法至少包括步骤：

土壤数据的采集：在土壤采样点采集土壤样本，记录所述土壤采样点的经纬度和编号，并调查田块种植信息；

土壤数据的分析：整理土壤数据，分析土壤样本的土壤养分的含量，并根据农业模型预测达到目标产量所需的施肥量；

土壤数据的处理：将土壤数据导入GIS系统中进行空间插值处理，获得矢量土壤施肥处方图。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括步骤：对所述矢量土壤施肥处方图进行编辑修饰，获得田块的土壤施肥处方图；

优选地，所述编辑修饰结合所述田块种植信息、专家调参系统中的至少一种进行；

进一步优选地，所述田块种植信息包括田块种植方式、生产方式、田块的作物单产、田块形状、土壤变异性中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述土壤采样点的制定采用50～150m×50～150m的格网采样的方法；

优选地，所述土壤采样点的制定采用100m×100m的格网采样的方法。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述农业模型包括：确定目标产量、达到所述目标产量所需要的养分量，利用目标产量配方法计算肥料施用量，获得每个采样点每亩施肥量。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述目标产量配方法包括：根据目标产量构成，由土壤和肥料两个方面供给养分的原理来计算肥料施用量；

其中，肥料中养分施用量与土壤养分之间的关系为：

养分施用量＝(目标产量×作物单位目标产量养分吸收量)-(土壤养分测定值×校正系数)/肥料当季利用效率；

肥料中养分施用量与肥料施用量的关系之间的关系为：

养分施用量＝肥料施用量×肥料中养分含量；

优选地，所述土壤养分包括土壤速效氮、有效磷、速效钾、有机质、及全量氮、全量磷、全量钾中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述土壤养分中速效氮的校正系数为0.3～0.7，有效磷的校正系数为0.4～0.5，速效钾的校正系数为0.5～0.85。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述肥料的利用效率分别为：

氮肥的利用效率为30％～50％，磷肥的利用效率为10％～30％，钾肥的利用效率为40％～70％。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将土壤数据导入GIS系统中进行空间插值处理包括：

利用所述采样点的经纬度，将土壤数据，导入到GIS系统中，利用空间插值法将土壤数据进行插值，获得空间插值栅格数据图；将所述空间插值栅格数据图转成矢量数据，利用GIS系统进行修饰，结合所述田块种植信息，对施肥区域进行合并，获得矢量施肥处方图；

优选地，所述土壤数据包括采样点编号、采样点经纬度、采样点对应的土壤养分含量中的至少一种。

9.土壤精准施肥处方图，其特征在于，所述土壤精准施肥处方根据权利要求1至8中任一项所述的方法制作得到。

10.权利要求1至8中任一项所述的制作土壤施肥处方图的方法、权利要求9中所述的土壤精准施肥处方图中的至少一种在土壤精准施肥方面的应用。