基于GIS技术和农业地质环境评价的余干县水稻施肥研究
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摘要
农业是国民经济的基础,农业生产是生态系统中的第一生产力,而产地环境是农业生产的基本条件,产地环境质量的好坏,直接影响到作物的生产和农产品质量安全。产地作物生产环境问题已成为影响作物生产布局、作物产量和质量的重要因素,甚至对农业和农村经济可持续发展和生态环境建设也有重要影响。因此,开展作物产地环境质量综合评价,并研究切实可行的保护对策措施是十分必要的。本研究在余干县开展了产地环境质量调查,分别对该区域地质环境、生态环境及土壤养分丰缺状况进行了采样和监测,根据《土壤环境质量标准》、《地表水环境质量标准》、《生态环境质量评价技术方法》及《中国土壤普查技术》,运用综合污染指数对该区域地质环境质量、生态环境质量及土壤养分丰缺度进行了定量化综合评价,结合水稻适宜性评价结果,进行了水稻种植分区,在此基础上,依据“3414”试验数据构建了养分丰缺调整系数法施肥模型,并以GIS为工具建立县域水稻分区施肥配方,同时研发基于WebGIS平台与施肥推荐模型有机集成的测土配方施肥专家咨询系统。
1、依据农业地质调查资料、遥感影像资料及测土配方施肥资料,综合评价了余干县水稻生产农业地质环境质量、生态环境质量及土壤养分丰缺。研究结果表明：余干县农业地质环境质量整体良好,极少数地方存在土壤污染或水污染；优质农业区主要分布在湖滨区及河谷平原区,土壤营养元素及有益元素含量丰富,土壤环境质量及地表水环境质量属无污染等级；中等农业区面积最大,占全区总面积84.94%,广泛分布于全县各乡镇,土壤营养元素及有益元素含量比较丰富,土壤环境质量及地表水环境质量无污染或轻度污染；低级农业区主要分布在社庚乡、九龙乡、江埠乡,土壤营养元素及有益元素含量一般或缺乏。余干县生态环境总体较好,植被覆盖度高,生物多样性丰富,生态系统稳定,比较适合人类生存。余干县土壤有机质及碱解氮含量总体较高,缺乏级别主要分布在鹭鸶港乡；有效磷含量整体适中,含量偏低的区域集中分布在洪家嘴乡；速效钾含量整体适中,含量丰富区集中分布于瑞洪镇,缺乏区集中分布于梅港乡。
2、以水田为评价对象,从立地条件、剖面构型、耕层状况、障碍因素及土壤管理等方面选取14个评价因子,运用模糊综合评价模型对水稻适宜性进行了综合评价,结合水稻产地环境研究成果,将水稻种植划分为3个区：高产区、中产区及低产区。研究结果表明：余干县水稻适宜性级别整体较高,其中一级适宜区面积最大,该区域综合条件最好,非常适宜水稻生长,是水稻生长的优势区域；二级适宜区面积仅次于一级区,该区域为水稻生长提供了良好的条件,适宜水稻生长；勉强适宜水稻生长的面积最小,该区域存在重要的限制因子,需采取相应的改良措施。综合产地环境研究专题成果与水稻适宜性评价成果表明余干县高产区面积为23893.50hm2,占水田总面积37.35%,区域内自然环境条件好,基础设施条件好,地质环境及生态环境优越,适合发展优质水稻；中产区面积最大,为33887.22hm2,区域内自然环境条件、地质环境及生态环境优良,适宜水稻生长,是余干县水稻生产的重要区域；低产区面积最小,占水田总面积9.68%,区域内自然条件一般,农田基础设施较差,勉强适宜水稻生长,需加强水利工程建设来提高水稻适宜性。
3、通过测土配方施肥数据,探讨分析余干县水田土壤养分区域化分布特征,在水稻种植区划基础上,实现水田地力综合分区,综合运用GIS和施肥建模技术,得到各区水稻施肥方案。研究结果表明：余干县土壤养分综合分区共十七个区,水稻中产Ⅳ区面积最大,达20314.18公顷,占水田总面积31.75%：其次是高产Ⅳ区,面积为8285.26公顷,占水田总面积12.95%；面积最小的是低产Ⅱ区,仅209.98公顷,仅占水田总面积0.33%。结合“3414”试验数据构建的养分丰缺指标调整系数法施肥模型Winput=Woutput×(G/100)×Tn,克服了传统的目标产量法施肥模型的缺陷,所形成的施肥配方符合余干县的实际情况,可在全县范围内推广指导农民科学施肥。
4、以C#为开发语言,采用ASP.net,Silverlight等技术,在构建施肥模型的基础上,研发了基于WebGIS的测土配方施肥专家咨询系统。研究结果表明：系统采用可视化开发语言C#和Silverlight技术,不仅继承了传统GIS的数据管理和空间分析的功能,而且具有互联网数据共享的特点,为测土配方信息的发布和数据的共享提供了一个很好的平台。测土配方施肥专家咨询系统的功能分为地图显示、推荐施肥、后台管理等相关模块,每个模块中又分若干个子功能,可最大限度的满足农业部门土肥业务管理的需求,同时又达到了方便快捷为农民提供科学施肥指导的要求。
Agriculture is a foundation of the national economy; farm production is the first productivity of eco-system. The environment is the basic condition which farm production depends on. The conditions affect directly the quality of the farm produce. In recent years, because of the pollution, such as waste water\waste gas waste residue from the factory and mining area, urban sanitary sewage and agricultural non-point source pollution, the environment of producing area has been polluted and destroyed seriously. Producing environmental pollution was an important factor to constraint sustainable development of agriculture and rural economic. So it is very important to evaluate the environmental quality in the rice producing area for developing the uncontaminated rice produce property and to study the practical protection measures. In this paper, it is the first time to investigate the environment quality in the rice main production region According to "soil environmental quality standards","Surface Water Quality Standards"," eco-environmental quality evaluation technology and methods "and" Chinese soil survey technology ", the comprehensive pollution index model was used to quantitative evaluate the environment quality. Combined with suitability evaluation result of rice, the rice producing area is divided three zones. Based on "3414" test data, soil nutrient adjustment coefficient model is constructed and regionalized fertilization model of rice is established by GIS. In conclusion, the organic integrated research and development of expert decision system for soil testing and fertilizer recommendation is formed based on WebGIS and fertilizer recommendation model.
1、According to agriculture geological materials, remote sensing image data and soil materials, a comprehensive evaluation of environmental quality is carried in rice production area. The results show that:the geological environment quality overall is good, and there are very few places which the soil and water is polluted. High-quality agricultural areas are mainly distributed in the Lake District and valley plains, soil nutrients are abundant, and there is without pollution in soil and water. Area of middle-quality is the largest with percent accounting to84.94%, it is distributed in all the region, soil nutrients are rich, and soil and surface water quality is non-pollution or light pollution. Low-quality agricultural areas mainly are distributed in Shengeng、Jiulong and Jiangbu township, and there are lack of soil nutrients. The ecological environment quality overall is good in Yugan county, vegetation cover is high, biodiversity is rich, eco-system is stability, it is more suitable for human. Soil OM and available N is rich in generally, there are lack in Lushigang Township. Available phosphorus overall is moderate and is low in Hongjiezhui Township. Available potassium overall is moderate, the rich area concentrate on Ruihong Township and the low area concentrated on Meigang Township.
2、Fourteen factors is selected from the site conditions, profile configuration, topsoil conditions, barriers and soil management, fuzzy comprehensive evaluation model is used to evaluate rice suitability in the paddy fields. Combined with environmental research, the paddy fields are divided into three districts, such as high-yield district, moderate-yield district and low-yield district. The results show that: Rice suitability is high in generally, the largest is grade one, it is advantage region and is very suitable for rice growing which conditions are the best. Grade two is second, it provides a good condition and is suitable for rice growing. The smallest is grade three, there is important factor to limit rice growing, so it is need to take appropriate improvement measures. The high-yield is23893.50hm2, counting for37.35%of the total paddy fields, the conditions including natural environment、infrastructure、 geological environment and ecological environment are excellent, and suitable for high-quality rice. The moderate-yield is the largest which is33887.22hm2, conditions are good and suitable for rice growing, and it is important region for rice production. Low-yield is the smallest, counting for9.68%of the total paddy field, conditions is generally and agricultural infrastructure is poor, barely suitable for rice growing, so it is need to strengthen water conservancy construction for improving the suitability of rice.
3、Union soil testing and fertilizer datum, this research analyzes soil nutrient distribution condition, based on rice zone, obtains the paddy soil fertility comprehensive district, synthesizes GIS and the modeling technology to get paddy fertilization program in all areas of the district. The findings indicate: The soil nutrient at Yugan County can be colligating zoned seventeen districts, the largest district is II-IV which is20314.18hm2, counting for31.75%of the total paddy fields. The second is I-IV with area of8285.26hm2, counting for12.95%of the total paddy field. The smallest is Ⅲ-Ⅱ, which is only209.98hm2, counting for only0.33%of the total paddy fields. Based on "3414" data, soil nutrient adjustment coefficient model is constructed which is Winpu(?)=WoutpUt×(G/100)×Tn, it overcome fertilization model defects of the traditional target yield method, fertilization recommendation is in line with the actual situation of Yugan County, so it can be promoted to guide scientific fertilization for farmers.
4、Take C#as the development language, using ASP.net and Silverlight, basing on building a fertilization model, the research build the Expert Decision System for Soil Testing and Fertilizer Recommendation base on WebGIS. The results show that:The system uses visual development languages C#and Silverlight technology, not only with the function of GIS data and space analysis like traditional, but also with the specially of function of data sharing, which provides a benign platform for the information of soil test for formulated fertilization publishing and sharing. The functions of Expert Decision System for Soil Testing and Fertilizer is divided into map displaying, fertilizer recommend, administrator management and other relevant modules, every module can be divided into several functions. The system can take the best of fertile business management needs for the agricultural sector, and achieve requests at convenient providing scientific fertilizer guidance for farmers.
1、依据农业地质调查资料、遥感影像资料及测土配方施肥资料,综合评价了余干县水稻生产农业地质环境质量、生态环境质量及土壤养分丰缺。研究结果表明：余干县农业地质环境质量整体良好,极少数地方存在土壤污染或水污染；优质农业区主要分布在湖滨区及河谷平原区,土壤营养元素及有益元素含量丰富,土壤环境质量及地表水环境质量属无污染等级；中等农业区面积最大,占全区总面积84.94%,广泛分布于全县各乡镇,土壤营养元素及有益元素含量比较丰富,土壤环境质量及地表水环境质量无污染或轻度污染；低级农业区主要分布在社庚乡、九龙乡、江埠乡,土壤营养元素及有益元素含量一般或缺乏。余干县生态环境总体较好,植被覆盖度高,生物多样性丰富,生态系统稳定,比较适合人类生存。余干县土壤有机质及碱解氮含量总体较高,缺乏级别主要分布在鹭鸶港乡；有效磷含量整体适中,含量偏低的区域集中分布在洪家嘴乡；速效钾含量整体适中,含量丰富区集中分布于瑞洪镇,缺乏区集中分布于梅港乡。
2、以水田为评价对象,从立地条件、剖面构型、耕层状况、障碍因素及土壤管理等方面选取14个评价因子,运用模糊综合评价模型对水稻适宜性进行了综合评价,结合水稻产地环境研究成果,将水稻种植划分为3个区：高产区、中产区及低产区。研究结果表明：余干县水稻适宜性级别整体较高,其中一级适宜区面积最大,该区域综合条件最好,非常适宜水稻生长,是水稻生长的优势区域；二级适宜区面积仅次于一级区,该区域为水稻生长提供了良好的条件,适宜水稻生长；勉强适宜水稻生长的面积最小,该区域存在重要的限制因子,需采取相应的改良措施。综合产地环境研究专题成果与水稻适宜性评价成果表明余干县高产区面积为23893.50hm2,占水田总面积37.35%,区域内自然环境条件好,基础设施条件好,地质环境及生态环境优越,适合发展优质水稻；中产区面积最大,为33887.22hm2,区域内自然环境条件、地质环境及生态环境优良,适宜水稻生长,是余干县水稻生产的重要区域；低产区面积最小,占水田总面积9.68%,区域内自然条件一般,农田基础设施较差,勉强适宜水稻生长,需加强水利工程建设来提高水稻适宜性。
3、通过测土配方施肥数据,探讨分析余干县水田土壤养分区域化分布特征,在水稻种植区划基础上,实现水田地力综合分区,综合运用GIS和施肥建模技术,得到各区水稻施肥方案。研究结果表明：余干县土壤养分综合分区共十七个区,水稻中产Ⅳ区面积最大,达20314.18公顷,占水田总面积31.75%：其次是高产Ⅳ区,面积为8285.26公顷,占水田总面积12.95%；面积最小的是低产Ⅱ区,仅209.98公顷,仅占水田总面积0.33%。结合“3414”试验数据构建的养分丰缺指标调整系数法施肥模型Winput=Woutput×(G/100)×Tn,克服了传统的目标产量法施肥模型的缺陷,所形成的施肥配方符合余干县的实际情况,可在全县范围内推广指导农民科学施肥。
4、以C#为开发语言,采用ASP.net,Silverlight等技术,在构建施肥模型的基础上,研发了基于WebGIS的测土配方施肥专家咨询系统。研究结果表明：系统采用可视化开发语言C#和Silverlight技术,不仅继承了传统GIS的数据管理和空间分析的功能,而且具有互联网数据共享的特点,为测土配方信息的发布和数据的共享提供了一个很好的平台。测土配方施肥专家咨询系统的功能分为地图显示、推荐施肥、后台管理等相关模块,每个模块中又分若干个子功能,可最大限度的满足农业部门土肥业务管理的需求,同时又达到了方便快捷为农民提供科学施肥指导的要求。
Agriculture is a foundation of the national economy; farm production is the first productivity of eco-system. The environment is the basic condition which farm production depends on. The conditions affect directly the quality of the farm produce. In recent years, because of the pollution, such as waste water\waste gas waste residue from the factory and mining area, urban sanitary sewage and agricultural non-point source pollution, the environment of producing area has been polluted and destroyed seriously. Producing environmental pollution was an important factor to constraint sustainable development of agriculture and rural economic. So it is very important to evaluate the environmental quality in the rice producing area for developing the uncontaminated rice produce property and to study the practical protection measures. In this paper, it is the first time to investigate the environment quality in the rice main production region According to "soil environmental quality standards","Surface Water Quality Standards"," eco-environmental quality evaluation technology and methods "and" Chinese soil survey technology ", the comprehensive pollution index model was used to quantitative evaluate the environment quality. Combined with suitability evaluation result of rice, the rice producing area is divided three zones. Based on "3414" test data, soil nutrient adjustment coefficient model is constructed and regionalized fertilization model of rice is established by GIS. In conclusion, the organic integrated research and development of expert decision system for soil testing and fertilizer recommendation is formed based on WebGIS and fertilizer recommendation model.
1、According to agriculture geological materials, remote sensing image data and soil materials, a comprehensive evaluation of environmental quality is carried in rice production area. The results show that:the geological environment quality overall is good, and there are very few places which the soil and water is polluted. High-quality agricultural areas are mainly distributed in the Lake District and valley plains, soil nutrients are abundant, and there is without pollution in soil and water. Area of middle-quality is the largest with percent accounting to84.94%, it is distributed in all the region, soil nutrients are rich, and soil and surface water quality is non-pollution or light pollution. Low-quality agricultural areas mainly are distributed in Shengeng、Jiulong and Jiangbu township, and there are lack of soil nutrients. The ecological environment quality overall is good in Yugan county, vegetation cover is high, biodiversity is rich, eco-system is stability, it is more suitable for human. Soil OM and available N is rich in generally, there are lack in Lushigang Township. Available phosphorus overall is moderate and is low in Hongjiezhui Township. Available potassium overall is moderate, the rich area concentrate on Ruihong Township and the low area concentrated on Meigang Township.
2、Fourteen factors is selected from the site conditions, profile configuration, topsoil conditions, barriers and soil management, fuzzy comprehensive evaluation model is used to evaluate rice suitability in the paddy fields. Combined with environmental research, the paddy fields are divided into three districts, such as high-yield district, moderate-yield district and low-yield district. The results show that: Rice suitability is high in generally, the largest is grade one, it is advantage region and is very suitable for rice growing which conditions are the best. Grade two is second, it provides a good condition and is suitable for rice growing. The smallest is grade three, there is important factor to limit rice growing, so it is need to take appropriate improvement measures. The high-yield is23893.50hm2, counting for37.35%of the total paddy fields, the conditions including natural environment、infrastructure、 geological environment and ecological environment are excellent, and suitable for high-quality rice. The moderate-yield is the largest which is33887.22hm2, conditions are good and suitable for rice growing, and it is important region for rice production. Low-yield is the smallest, counting for9.68%of the total paddy field, conditions is generally and agricultural infrastructure is poor, barely suitable for rice growing, so it is need to strengthen water conservancy construction for improving the suitability of rice.
3、Union soil testing and fertilizer datum, this research analyzes soil nutrient distribution condition, based on rice zone, obtains the paddy soil fertility comprehensive district, synthesizes GIS and the modeling technology to get paddy fertilization program in all areas of the district. The findings indicate: The soil nutrient at Yugan County can be colligating zoned seventeen districts, the largest district is II-IV which is20314.18hm2, counting for31.75%of the total paddy fields. The second is I-IV with area of8285.26hm2, counting for12.95%of the total paddy field. The smallest is Ⅲ-Ⅱ, which is only209.98hm2, counting for only0.33%of the total paddy fields. Based on "3414" data, soil nutrient adjustment coefficient model is constructed which is Winpu(?)=WoutpUt×(G/100)×Tn, it overcome fertilization model defects of the traditional target yield method, fertilization recommendation is in line with the actual situation of Yugan County, so it can be promoted to guide scientific fertilization for farmers.
4、Take C#as the development language, using ASP.net and Silverlight, basing on building a fertilization model, the research build the Expert Decision System for Soil Testing and Fertilizer Recommendation base on WebGIS. The results show that:The system uses visual development languages C#and Silverlight technology, not only with the function of GIS data and space analysis like traditional, but also with the specially of function of data sharing, which provides a benign platform for the information of soil test for formulated fertilization publishing and sharing. The functions of Expert Decision System for Soil Testing and Fertilizer is divided into map displaying, fertilizer recommend, administrator management and other relevant modules, every module can be divided into several functions. The system can take the best of fertile business management needs for the agricultural sector, and achieve requests at convenient providing scientific fertilizer guidance for farmers.
引文
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