环巢湖地区土壤养分空间变异特征与精准管理分区.pdf
摘要
充分了解土壤养分的空间变异性并划分管理区，可以提高作物生产力，同时减少
过度施肥造成的环境威胁。本研究于2022年在环巢湖地区共布设了7624个土壤定位，
采样并检测了其土壤pH、有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾、缓效钾、有效
硫和有效硼等养分指标。采用传统统计学方法、相关性分析和正态分布检验，使用
GIS平台进行地统计分析，探寻土壤养分空间变异特征。通过主成分分析的降维作用
获取更具有代表性的主成分。结合普通克里金法预测的土壤养分空间分布图，得到主
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成分空间分布图。通过模糊均值聚类对研究区分别按照聚类簇数～进行划分。
用模糊效果指数（FPI）和归一化分类墒指数（NCE）判定最佳聚类簇数，并使用单
因素方差分析法和计算变异系数来验证分区效果是否良好。主要研究结论如下：
1pH
（）环巢湖地区土壤、有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾、缓效钾、
有效硫和有效硼平均值分别为6.02、21.06g/kg、1.21g/kg、122.75mg/kg、16.81mg/kg、
127.71mg/kg、272.69mg/kg、24.67mg/kg和0.40mg/kg。变异系数在11.70%～64.36%，
均为中等程度变异。研究区土壤有效硫与其他土壤养分相关性较弱，而其他土壤养分
之间相关性较好。土壤有机质、全氮、碱解氮和有效硫呈现正态分布，而土壤pH、
有效磷、速效钾、缓效钾和有效硼经对数转换符合正态分布。
2pH
（）环巢湖地区土壤地统计分析最佳拟合模型为指数模型，有机质、全氮、
碱解氮、有效磷和有效硼为高斯模型，速效钾、缓效钾和有效硫为球面模型。土壤
pH和有效磷具有强烈的空间自相关性，其空间变异由结构性因素影响较大；速效钾、
缓效钾和有效硫为中等程度空间自相关性，其空间变异由结构性因素和随机性因素共
同影响；有机质、全氮、碱解氮和有效硼具有较弱的空间自相关性，其空间变异由随
机性因素影响较大。
333
（）主成分分析将土壤养分降维成个主成分，个主成分的累积贡献率达到
了70.15%。其中主成分1的主要贡献指标为有机质、全氮和碱解氮等氮素养分指标，
主成分2为速效钾和缓效钾等钾素养分指标，主成分3为有效磷和有效硼。
422
（）管理区划分结果表明，在聚类簇数为时，个管理区呈南北走向。聚类
簇数增加到4时，管理区划分结果与行政区划高度接近。当聚类簇数增加到7时，有
明显的过度划分现象，管理区分布十分零散。FPI和NCE的计算结果表明，最佳管
2
理区数为。且两个管理区土壤养分平均值都存在显著差异，管理区内变异系数较划
分前也均有一定的下降，管理区划分效果良好。
关键词：GIS；土壤养分；空间变异；管理分区
II
目录
第一章绪论1
1.1研究背景与意义1
1.2国内外研究现状2
1.2.1GIS在精准农业中的应用2
1.2.2土壤养分精准管理分区研究3
1.3研究方法5
1.3.1研究区土壤养分描述性统计特征5
1.3.2研究区土壤养分的空间变异特征5
1.3.3管理区划分指标选取与降维5
1.3.4管理区划分6
1.3.5管理区划分效果评价6
1.4技术路线7
第二章材料与方法8
2.1研究区概况8
2.2样品采集与检测9
2.3描述性统计10
2.4地统计分析11