MAPGIS软件在测土配方施肥项目中的应用.doc

MAPGIS地理信息系统软件在测土配方施肥项目中的应用【摘要】：本文论述了MAPGIS地理信息系统软件在土壤养分管理和施肥技术上的运用特点，分析了我国测土配方施肥对信息技术的要求、发展趋势，提出了目前测土配方施肥信息化处理的要求、任务和内容，结合实例分析了该系统通过农业与信息技术的紧密结合，在土壤测试及推荐施肥模型研究的基础上，可以满足土壤养分管理、测土平衡施肥及土壤肥料信息服务的需求。测土配方施肥中信息技术的运用主要包括：(1)应用数据库技术和地理信息系统，按照标准处理和整理土壤肥料等数据和相关图件，建立属性数据库和空间数据库与管理系统；(2)利用地理信息系统和基础数据库，结合应用模型，建立耕地地力评价系统、施肥决策系统等测土配方施肥应用系统；(3)将网络技术与已建立的应用系统结合起来，实现数据库的共享和测土配方施肥的网络化。【关键词】：地理信息系统；土壤；肥料；配方施肥MAPGIS in Soil Determination and Prescription Fertilization【Abstract】:This paper discussed the characteristic of information technology applied on soil nutrient management and fertilizing technology in occident，analyzed the requests of soil determination and prescription fertilization for information technology and it developing trend in china，pointed out the requests，tasks and contents of information processing in it at present in our countryand analyzed the existing problems at agricultural technology extension station in countiesThe application of information technology in soil determination and prescription fertilization was mainly concluded as follow，(1)applying the database technology and GIS，and processing the data about soil and fertilizer and the maps connected according to the standard，to establish the attribute database and space database，and management system(2)using GIS and database，combining the application，to establish application system such as tilth estimate system an d applying decision system(3)utilizing network technology to realize database sharing and long-distance applying decision on web【Key Words】:MAPGIS；Soil； Fertilizer；Prescription fertilization引言传统的施肥方式是在一个地块内使用一个平均施肥量。事实上，同一地块内土壤肥力水平及土壤质地等因素存在着差异。由于采用平均施肥，造成了肥力低而其他生产性状好的区域施肥不足，而肥力高但其他生产性状不好的区域则施肥过量，其结果必然造成肥料浪费、成本提高和环境污染。运用地理信息系统(GIS)建立耕地资源信息数据库后，通过实施变量施肥可以实现在每一操作单元上因土壤、因作物、因时段预计产量的差异而按需变量施肥，从而大大提高肥料的利用率。但要实现对每一操作单元的变量施肥，必须了解该地块每一操作单元的土壤物理性状和化学性状，根据其差异改变施肥量，实现变量施肥的目的。因此要应用地理信息系统建立面向耕地资源信息数据库来组织、管理土壤空间数据和属性数据。1、测土配方施肥与MAPGIS测土配方施肥是调节和解决作物需肥与土壤供肥之间的矛盾的一种科学的作物施肥管理技术，它以土壤测试和肥料田间试验为基础，根据作物需肥规律、土壤供肥性能和肥料效应，在合理施用有机肥料的基础上，提出氮、磷、钾及中、微量元素等肥料的施用数量、施肥时期和施用方法。2005年开始，我国的测土配方施肥工作得到了空前重视，开始在全国范围内推广，到2007年，实施面积将达到6.4亿亩。GIS在测土配方施肥中的运用主要是应用计算机和信息科学相关技术收集、存贮、传递、处理、分析和利用土壤分布数据、社会经济统计数据、大田实验数据、气象数据等各种与测土配方施肥有关的信息，建立土壤养分和施肥信息等数据库和配方施肥等决策应用系统。在全面合理的利用测土配方施肥所获得的土壤性状等数据，进行高效的农田养分管理与施肥决策中，GIS将发挥重要的作用。MAPGIS是比较完善的桌面地图信息系统，作为一类特殊的地理信息系统平台软件，MAPGIS有着它自己的特色：它内置关系型数据库，实现了电子地图与数据库的自动连接和双向查询；在MAPGIS的电子地图中没有拓扑关系的定义，而是通过提供新的地理运行符和面向对象的图形结构使传统GIS 中的地图分析和图形处理功能得以实现。使用MAPGIS的目的是为决策和管理组织分析空间数据，再用于决策支持系统的各类模型中，针对田间的不同管理区求解结果和制定计划。决策与管理计划考虑影响农田作业的生物特性和环境特性的变化，如耕作、种植、施肥等；也可为产量监测提供决定性的反馈信息，用以评价和调整下一季作物生长周期的管理计划。2、建立土壤信息数据库2.1 信息种类存储于GIS的信息可分为两类：一类是空间参考数据(如样点、地界)，即图形数据。它是地理信息系统的基础，是属性信息的载体；另一类是空间数据的属性数据(如土壤类型描述、土壤肥力等级)，属性数据是信息管理的主要处理对象，是对图形要素的描述。地理信息系统中的属性数据反映了空间事物的客观存在，它不仅包括数值数据，还包括表示事物质量和与之相联系的非数值数据。GIS中的图形信息一般来源于测绘，有比较严格的标准；属性信息则根据应用部门的不同而千差万别。因此，属性数据的获取、分类、组织及编码等诸多环节是GIS数据库建设中的重点问题。下图为数据库的逻辑结构。2.2 数据处理2.2.1 土壤图提取 以县级为单位，有两种提取土壤图的方法：跟踪矢量化：对过去已经有纸介质图形的情况，我们利用MAPGIS跟踪矢量化的功能，将图形进行数字化；对于其它地理信息平台提供的矢量数据我们利用MAPGIS文件转换功能，转换为MAPGIS平台的数据。同时根据第二次土壤普查资料输入土种代码、土种名称等属性。2.2.2 采样点数据处理对采样点数据的处理是获得测土配方施肥属性数据的核心。利用GPS技术取得田间采样点坐标，利用野外调查获得土壤内外条件及相关性状，利用分析化验取得采样点养分数据，形成一个文本文件；利用MAPGIS中的“用户文件投影变换”功能，将文本文件投影成点状图形，同时将采样点的属性存储于点文件中；对采样点的数字型属性进行克里格插值，建立各数字型属性的格网模型。将各数字型属性数据的格网模型输出相应点文件；通过MAPGIS属性连接功能将各属性连接到一个点文件。2.2.3 耕地与园地的提取利用MAPGIS空间分析功能从各县的土地利用数据中提取耕地与园地数据，并与土壤图进行判别分析，从而得到耕地与园地的土壤基础信息。2.2.4 建立耕地土壤信息数据库利用MAPGIS提供的点文件与区文件合并功能，将2.2.2中得到的点文件与2.2.3得到的区文件合并，取得耕地与园地的养分数据，建立耕地土壤信息数据库。数据处理流程见示意图。3、耕地土壤信息数据库在测土配方施肥中的应用耕地土壤信息数据库在测土配方施肥中的应用主要包括：生产全过程的田间管理；评价每一个操作单元的耕地地力等级，预测耕地生产潜力；进行耕地适宜性评价，确定每个操作单元最适宜种植的作物；根据不同作物、不同元素的临界值指标对土壤中各种养分含量的丰缺状况进行评价；绘制测土配方施肥分区图，为合理施肥提供科学决策的数据支持；比较历年数据以分析测土配方施肥的成果和趋势等。3.1 农田管理地理信息系统中，空间数据和属性数据是相互关联的。根据这一特性，可以利用地理信息系统制作农田管理图。针对变量施肥的农田管理图，就是把与作物种植有关的要素以图形的方式直观地表达出来，其要素有作物类型、作物品种、田块面积、播种日期、施肥日期、喷药日期和负责人等，这样使得管理者对农田的种植情况一目了然。测土配方施肥数据处理流程示意图采样点数据处理数据转换hnchnsoil.e00文件，并保存、投影变换图形扫描，生成JPG或TIF文件以G3.TIF为例，参照线文件为标准.WL土壤图数据采样点数据采样点.TXT文件图象分析，数据输入，将G3.TIF转换成G3.MSI文件由经纬度坐标投影变换成北京54坐标，单位为米，比例尺为1对G3.MSI进行镶嵌配准，控制点为内框四点，用空格键确定。用户文件投影变换，生成采样点.WT对采样点.WT的数字型属性进行克里格插值。（以PH值、有机质为例，生成PH.WT和有机质.WT）建立工程(G3.PRJ)，进行矢量化，新建点注释（wt）、等高线(wl)、房屋(wp)三个项目。建立土壤图.PRJ工程文件土壤图属性处理将有机质.WT的属性输出成WB表,根据关键字段ID,将有机质的值连接至PH.WT文件中.土地利用地类图斑数据土地利用现状数据处理合并小多边形区对区判别分析：文件1为LAND.WP，文件2为SOIL.WP，保存生成的文件为SOIL2.WP检索，将地类码为”11”或者”21”的图斑提取,另存为LAND.WP文件合并:将PH.WT点文件与SOIL2.WP文件合并3.2 施肥前期预研究中的应用在变量施肥前期预研究中的应用主要包括3部分：提供土壤养分含量分布图；提供农作物历年产量分布图；提供历年在相同操作单元上所施肥料量分布。耕地土壤资源信息的分布图包含了pH 值、有机质、碱解氮、速效钾、有效磷等信息，为进行土壤肥力的分析提供了基础资料。农作物年产量分布图为变量施肥提供了科学依据，并可以此作为分析变量施肥使作物增产的优势的依据。应用图记录了历年在相同操作单元上所施肥料量的分布，为以后施肥提供参考和比较。3.3 施肥应用利用耕地土壤资源信息数据库中的数据可做相应的施肥决策，并将近年来施肥量以及当年所要施的肥料量以图形的形式直观地表现出来。3.4 变量施肥效果和趋势的初步分析依据数据库建立的各种专题图，用来分析比较变量施肥的成果。其属性数据可以为空间数据提供数值结果，并使结果以图形的方式直观形象地表现出来。4、结束语测土配方施肥的实施能提高肥料利用率，减少农业面源污染，实现农产品优质、安全、高产，农业生产节本增效。 MAPGIS地理信息系统软件在测土配方施肥中，通过地理信息技术、数据库技术、决策系统技术和网络技术的组合与集成，可以实现土壤养分等数据的管理、数据库的共享、实时施肥决策及其成果的可视化。这将促进我国测土配方施肥项目的推广和实施，及其科研成果的持续利用，提高我国的耕地土壤资源管理技术以及农业生产上的宏观调控与微观决策能力，进一步推进我国农业信息化进程与产业化建设。同时，运用地理信息系统(GIS)制作耕地土壤信息数据库不但可以提供耕地土壤信息数据的查询与统计，建立与土壤分布图连接的图形数据查询，而且可以依此做出施肥决策和实施变量施肥效益分析，