黔中喀斯特山区村级尺度土壤养分、水稻生长特性和产量的空间变异及其协同机理研究

以贵州省安顺市西秀区旧州镇文星村为研究区域，采用地统计学的方法，研究稻田土壤养分、水稻生长特性与产量的空间变异特征，并采用协同克立格法就其协同关系进行探讨，同时采用因子克立格法开展变量空间相关分析。本项目旨在探明村级尺度下稻田土壤养分、水稻生长特性与产量的空间变异特征，探讨稻田土壤养分与水稻生长特性、土壤养分与水稻产量、水稻生长特性与水稻产量的空间相关性，阐明稻田土壤养分、水稻生长特性与产量空间变异性的协同关系，对揭示喀斯特山区稻田土壤养分、水稻生长特性与产量的空间变异协同机理，有针对性调控土壤养分，调节水稻生长性状，合理利用和管理水稻养分资源，提高肥料利用率，减少环境污染，降低生产成本，实现水稻高产、优质、高效、生态和安全均具有重要的科学意义和实践意义。

随着地理信息技术的不断发展,用地统计学和GIS技术相结合的方法研究土壤特性和作物生长信息的空间变异已成为目前研究的热点之一。开展土壤养分和作物产量空间变异及其相互关系的研究能明确农田系统内各变量空间变异特性及产生的原因,对推动数字化农业的实施具有重要意义。.本项目以贵州省安顺市西秀区旧州镇文星村为研究区域，采用地统计学的方法，研究稻田土壤养分、水稻生长特性与产量的空间变异特征，并采用协同克立格法和因子克立格法研究了土壤养分、水稻生长特性与产量空间变异性协同机理。研究表明，在土壤各特征值中， pH的变异系数＜10%，表现为弱变异；速效N、P、K、S、Si、Fe、Zn、Cu，全量N、P、K，有机质（OM）、交换性Ca、Mg及CEC的变异系数均在10%-100%之间，属于中等变异，而有效Mn的变异系数为102.81%，表现为强烈的空间变异性。在水稻生长信息中，除拔节期、抽穗期的SPAD值和结实率的变异系数＜10%，表现为弱变异外，其他均为中等强度变异。半方差分析表明，pH、速效N、P、全N、P、有效S、CEC、交换性Ca、Mg、有效Cu、拔节期SPAD值、抽穗期水稻SPAD值和氮、磷、钾吸收量，成熟期干物质积累量(DMA)和磷、钾吸收量的C0/(C0+C)＜25%，表现为强烈的空间自相关性；土壤OM、速效K、Fe、Zn、全K、拔节期叶面积指数（LAI）、抽穗期DMA及LAI、成熟期SPAD值、LAI和氮吸收量、有效穗数、结实率、实收产量的C0/(C0+C)在25%～75%之间，表现为中等强度的空间相关性；而有效Si、有效Mn、拔节期DMA及氮、磷、钾吸收量、千粒重及每穗粒数的C0/(C0+C)＞75%，表现为很弱的空间自相关性。根据克里金插值图，土壤OM、速效N、P、全N、全P、有效硅、硫、交换性钙及CEC呈现出从东北至西南角方向递增的趋势；水稻各生长信息分布趋势在每个生长时期大体一致，随着生长时期的变化有着微弱的改变，产量的分布斑块状较明显，在西北方向及东南方向较高。采用因子克立格法，可以求得块金尺度和变程为300 m尺度水平下土壤养分和水稻生长特性的相关系数。以水稻产量为主变量，土壤OM、速效N、水稻抽穗期LAI和干DMA为辅助变量，利用协同克立格法进行空间插值，发现主变量数目在减少至40个，辅助变量不变的情况下，插值精度仍高于普通克立格法，且空间分布高度相似。