基于遙感和作物模型的冬小麥水肥生產(chǎn)力及產(chǎn)量差研究.pdf

1、目前作物實(shí)際產(chǎn)量與潛在產(chǎn)量之間存在較大的差距，不同地區(qū)或者同一地區(qū)不同田塊間作物產(chǎn)量差異顯著，這種現(xiàn)象在世界范圍內(nèi)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛存在?？s小這個(gè)差距對(duì)于提高糧食產(chǎn)量，滿足日益增加的糧食需求具有重要意義，特別是針對(duì)我國(guó)人多地少，水資源短缺的情況，其意義更為重要。本文利用多年農(nóng)戶調(diào)查數(shù)據(jù)，采用回歸樹(shù)方法，充分考慮因子間交互作用，對(duì)農(nóng)戶經(jīng)營(yíng)田塊尺度上冬小麥主要產(chǎn)量限制因子進(jìn)行分析，圍繞土壤肥力和養(yǎng)分平衡的時(shí)空變化指標(biāo)，利用土壤采樣數(shù)據(jù)、農(nóng)戶調(diào)

2、查數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)，結(jié)合DNDC模型，分析評(píng)價(jià)土壤養(yǎng)分空間變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制以及農(nóng)戶管理措施對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響。同時(shí)，利用Savitzky-Golay濾波重構(gòu)時(shí)間序列的MODIS-NDVI和MODIS-EVI數(shù)據(jù)，用重構(gòu)后的數(shù)據(jù)提取冬小麥種植空間分布信息，并對(duì)其產(chǎn)量進(jìn)行估測(cè)，結(jié)合已建立的基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫(kù)和作物區(qū)域試驗(yàn)產(chǎn)量數(shù)據(jù)，在區(qū)域尺度上分析冬小麥生產(chǎn)現(xiàn)狀，明確現(xiàn)有生產(chǎn)條件下冬小麥可供挖掘的潛力，并根據(jù)研究結(jié)果有針對(duì)性地提出改進(jìn)措施。全文主要結(jié)

3、論包括以下： 1)利用1996、1999和2004年三年農(nóng)戶調(diào)查數(shù)據(jù)，采用比較優(yōu)勢(shì)和回歸樹(shù)方法對(duì)比分析了華北平原典型農(nóng)區(qū)．曲周的冬小麥產(chǎn)量差及影響因素。分析結(jié)果表明，冬小麥主要產(chǎn)量限制因子在年際間變化較大。對(duì)比幾個(gè)模型可以發(fā)現(xiàn)，除土壤和氣候因子外，管理措施的不同也是造成產(chǎn)量差異的重要因素，也說(shuō)明通過(guò)優(yōu)化管理措施可以顯著提高產(chǎn)量，縮小農(nóng)戶間的產(chǎn)量差異。我們?cè)谡{(diào)整管理措施時(shí)需要充分考慮氣候因素的影響。回歸樹(shù)模型使用相同數(shù)量自變量的解

4、釋能力要明顯好于線性回歸模型，或者可以使用更少數(shù)量的自變量解釋相同的產(chǎn)量差異，是研究區(qū)域作物產(chǎn)量主要限制因子的有效方法。 2)1980-1999共20年來(lái)，隨著集約化農(nóng)業(yè)的發(fā)展，肥料投入快速增加，不論鹽堿地區(qū)域還是整個(gè)曲周地區(qū)，土壤肥力都有了較大地提高。1980年土壤中N、P、K均處于負(fù)平衡狀態(tài)，1999年N平衡和P平衡轉(zhuǎn)變?yōu)檎?，但是K肥施用一直沒(méi)有引起足夠重視，仍處于負(fù)平衡狀態(tài)。隨著作物產(chǎn)量的增加，作物秸稈量也在增加，這在一

5、定程度上促進(jìn)了畜牧業(yè)的發(fā)展，從而大大增加了有機(jī)肥量，進(jìn)而增加土壤有機(jī)質(zhì)含量。單獨(dú)的養(yǎng)分平衡不能作為表征土壤生產(chǎn)力和農(nóng)業(yè)可持續(xù)性的指標(biāo)，雖然它們可以有效地解釋土壤肥力變化趨勢(shì)。不同地區(qū)間及相同地區(qū)不同種植制度間肥料投入相差較大，需要實(shí)施針對(duì)特定地區(qū)和作物的精確養(yǎng)分管理。 3)DNDC模型模擬的20年有機(jī)碳空間變化結(jié)果表明，在曲周這樣的集約化農(nóng)區(qū)，減少1/3氮肥投入量同時(shí)增加秸稈還田率可以有效增加土壤有機(jī)碳含量，特別是將單季棉花替換

6、為冬小麥/夏玉米輪作時(shí)，土壤有機(jī)碳含量可以顯著增加。曲周中部、東部和兩部地區(qū)土壤有機(jī)碳具有較大的增加空間。將來(lái)通過(guò)優(yōu)化農(nóng)作管理措施可以極大的增加土壤碳含量。 4)Savitzky-Golav濾波可以有效去除時(shí)間序列MODIS-NDVI和MODIS-EVI數(shù)據(jù)集中云或其他噪音的影響，重構(gòu)后的MODIS-NDVI和MODIS-EVI數(shù)據(jù)可以更好地反映地表植被的動(dòng)態(tài)變化特征。利用MODIS-NDVI數(shù)據(jù)獲取的河北省2004年冬小麥的種

7、植面積數(shù)據(jù)與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相比，各市分類結(jié)果中最低分類精度為85-9％，按全省計(jì)算的整體精度為95.7％。利用MODIS-EVI數(shù)據(jù)提取了全國(guó)冬小麥的空間分布，與統(tǒng)計(jì)年鑒中的各省作物統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相比，云南省的分類精度最低為85.7％，總體分類精度為98.7％。 5)模擬結(jié)果顯示冬小麥在保定中部、石家莊中部、邢臺(tái)中部、邯鄲東部南北條帶上各水平的產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率都較高，而在邢臺(tái)地區(qū)東部、衡水、滄州、秦皇島等地由于不能灌溉，小麥生育期內(nèi)降雨量無(wú)

8、法滿足小麥生長(zhǎng)所需，產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率均較低。灌溉可以提高小麥產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率，但由于水分生產(chǎn)率定義標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，在引用他人結(jié)果時(shí)，需要明確水分生產(chǎn)率的計(jì)算條件和內(nèi)涵。在應(yīng)用推廣時(shí)，需要考慮水分生產(chǎn)率的尺度效應(yīng)。 6)小麥實(shí)際產(chǎn)量與目前生產(chǎn)水平下的可獲取產(chǎn)量還存在一定的差距，大部分地區(qū)集中在250-1500kg ha<-1>。不同地區(qū)由于資源和生產(chǎn)狀況不同，限制產(chǎn)量發(fā)揮的因子也不同。在河北滄州、衡水和山東西部部分地區(qū)、山西汾渭谷地等