20精準(zhǔn)養(yǎng)分管理-土壤養(yǎng)分變異與合理取樣數(shù)量

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1、精準(zhǔn)養(yǎng)分管理土壤養(yǎng)分變異與合理取樣數(shù)量姜城，楊俐蘋，金繼運(yùn)，張維理（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，北京100081）　　對土壤養(yǎng)分時空變異的了解是進(jìn)行土壤養(yǎng)分科學(xué)管理和合理施肥的基礎(chǔ)[1]。要正確評價整個區(qū)域的土壤肥力狀況，只能通過科學(xué)的取樣技術(shù)，用統(tǒng)計學(xué)方法研究土壤樣本各種養(yǎng)分測試值的統(tǒng)計量，從而估計總體（整個區(qū)域）的土壤肥力狀況。一般來說，雖然適合土壤肥力評價的取樣方法有很多，如名單取樣（包括純隨機(jī)取樣和分層隨機(jī)取樣）、整體取樣和網(wǎng)格取樣等，但無論哪種取樣方法都應(yīng)以土壤養(yǎng)分變異狀況為依據(jù)[1]。一些人對土壤肥力特性變異與取樣的關(guān)系進(jìn)行了研究。如Jacob和Kl

2、ute[2]研究了在一定條件下的取樣小區(qū)、取樣數(shù)量以及測定方法之間的最佳組合。Cipra[3]等研究發(fā)現(xiàn)地塊與地塊之間的差異最大，其次才是地塊內(nèi)取樣區(qū)域之間的變異，同一取樣區(qū)域內(nèi)樣本間的變異最小。近年來，在許多大農(nóng)場里，以隨機(jī)混合樣本決定肥料用量的方法正在逐漸被更為精確的以網(wǎng)格取樣為基礎(chǔ)的地理信息系統(tǒng)管理變量施肥技術(shù)所代替，但我國在這方面的研究還很少，在施肥等農(nóng)藝措施越來越趨于精細(xì)準(zhǔn)確的今天，如何準(zhǔn)確了解土壤肥力狀況，從而為精確施肥打下牢固的基礎(chǔ)，還是一個嶄新的課題。本文旨在結(jié)合地理信息系統(tǒng)技術(shù)、網(wǎng)格取樣技術(shù)及土壤養(yǎng)分狀況系統(tǒng)研究法，研究一定條件下的土壤合理取樣數(shù)

3、量，為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的推廣和應(yīng)用提供理論依據(jù)和基本技術(shù)?！　?材料與方法　　1.1樣品的采集和分析　　試驗(yàn)在河北省邯鄲市陳劉營村34.5ha玉米田上進(jìn)行，土壤為褐土，質(zhì)地砂壤，前作為小麥，取土?xí)r間1999年5月17日?！　±镁W(wǎng)格取樣法采集土壤樣本47個，取樣間隔80m。方法為在以網(wǎng)格點(diǎn)為圓心10m為半徑的范圍內(nèi)采集10鉆0~20cm的耕層土壤組成代表該點(diǎn)的混合樣本（CompositeSample）。取樣點(diǎn)分布如圖1所示?！　⊥寥乐械乃傩Я?P)、鉀(K)、銅(Cu)、鐵(Fe)、錳(Mn)和鋅(Zn)采用國際農(nóng)化服務(wù)中心的ASI聯(lián)合浸提劑[4]同時浸提（0.25m

4、ol/LNaHCO3-0.01mol/LEDTA-0.01mol/LNH4F）；速效硼(B)和硫(S)用0.08mol/L的過磷酸鈣溶液浸提；銨態(tài)氮(N)和速效鈣(Ca)、鎂(Mg)用1mol/L的KCl浸提。土壤樣品用容量法取樣?！　?圖：圖1玉米田土壤取樣點(diǎn)分布狀況)　　1.2數(shù)據(jù)處理　　數(shù)據(jù)分析采用地統(tǒng)計學(xué)方法，主要包括：　　1.2.1半方差函數(shù)　　半方差函數(shù)是描述土壤性質(zhì)空間變異的一個函數(shù)，即：　　　　　　式中：r(h)是間距為h的半方差，該值隨h的增加而增加?！　?.2.2Kriging插值　　本文主要采用Kriging插值法，對點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間內(nèi)插，然后

5、利用GIS進(jìn)行有關(guān)圖幅的處理和相關(guān)的資料統(tǒng)計。　　Kriging插值是目前地統(tǒng)計學(xué)中應(yīng)用最為廣泛的內(nèi)插方法，它是利用已知點(diǎn)的數(shù)據(jù)去估計任意點(diǎn)（x0）處的數(shù)值，其算法可表示為：　　　　式中：λi是考慮了半方差圖中表示空間的權(quán)重，所以，Z值的估計應(yīng)該是無偏的，因?yàn)椋骸　　　」烙嬈羁梢杂上铝蟹匠糖蟪觯骸　　　∈街校篵是被估計點(diǎn)與其它點(diǎn)之間的半方差矩陣，μ為拉格朗日參數(shù)?！　?.2.3GIS平臺及統(tǒng)計軟件　　本文分析主要利用MapGIS地理信息系統(tǒng)軟件及GS+（GammaDesignSoftware）地統(tǒng)計學(xué)分析軟件進(jìn)行?！　?.3取樣數(shù)目的估計　　經(jīng)常用到的是Coch

6、ran[5]針對于區(qū)域純隨機(jī)取樣而構(gòu)造的最佳取樣數(shù)量計算公式，　　n=(tStd)2/d2　　這里，n為需要的取樣數(shù)量，t為與顯著性水平∝相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)偏差，Std為樣本標(biāo)準(zhǔn)差，d=樣本平均值×相對誤差（%）?！　槭雇寥廊痈雍侠?，可以用比重分配法或最適分配法來進(jìn)行分層取樣可能性的分析。計算公式分別為：　　比重分配法：　　總?cè)訑?shù)：n=∑Whsh2/V　　各類型區(qū)取樣數(shù)：nh=n*Wh　　最適分配法：　　總?cè)訑?shù)：n=(∑Whsh)2/V　　各類型區(qū)取樣數(shù)：nh=n(Nhsh/∑Nhsh)　　式中：V=(d2/t2)，Wh=Nh/N，V為樣本估計的必需方差，

7、d為允許誤差范圍，t為t檢驗(yàn)值，Nh和sh分別為各類型區(qū)單元數(shù)目和各類型區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)差，N為區(qū)域總單元數(shù)目，Wh各區(qū)層比例?！　?結(jié)果與分析　　2.1土壤養(yǎng)分的空間變異特征　　對34.5ha玉米田用網(wǎng)格取樣法采集的47個土壤樣本進(jìn)行分析，結(jié)果見表1?！　?表：表1玉米田土壤養(yǎng)分含量范圍及臨界值指標(biāo))pHOMCaMgKNPSBCuFeMnZn最大值8.11.04509.0505.4348.017.0150.1101.54.122.828.95.62.7最小值7.70.41623.2209.035.20.223.117.30.41.07.11.90.8平均值8.00.72

8、358.3