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县域水稻精确施肥地理信息系统研究与开发_以姜堰市为例

中国农学通报

2011,27(26):187-192

Chinese Agricultural Science Bulletin

县域水稻精确施肥地理信息系统研究与开发
——以姜堰市为例
高 辉, 琳, 邢 仲晓春, 张洪程
(扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室, 江苏扬州 225009)

摘 要: 针对生产上重施氮肥现象普遍存在, 且缺少定量施肥决策信息技术支撑问题, 基于 Visual Basic 6.0 与 MapObjects 2.2 开发出县域水稻精确施肥地理信息系统。该系统具有电子地图、 施肥决策、 施肥 知识等模块, 可实现信息浏览、 地图导航、 属性查询、 决策支持、 学习辅导等功能。系统具有功能可用性、 可靠性、 易用性强等特点, 达到系统设计目标。 关键词: 水稻; 因土精确施肥; 地理信息系统 中图分类号: S126 文献标志码: B 论文编号: 2011-0552

Study and Development on the Geographic Information System of Rice Precise Fertilization Gao Hui, Xing Lin, Zhong Xiaochun, Zhang Hongcheng in County Scale-Take Jiangyan City as a Case

Abstract: Aiming at the more nitrogen applied in production and short of information technology of

(Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology of Jiangsu Province, Yangzhou University, Yangzhou Jiangsu 225009)

quantitative fertilizers, the geographic information system of precise fertilization in rice based on Visual Basic 6.0 and MapObjects 2.2 was developed. The system consisted of E-map, fertilizer decision, fertilizer achieved system design goal. 0 引言 精确施肥技术把以往表述模糊的 “科学诊断” 合 、 “ 理施肥” “因地制宜” 与 加以定量化, 增强了生产应用的 可操作性。传统水稻施肥方式氮肥利用率低下, 而精 确施肥条件下可将氮肥利用率提高到 40%左右
[1-2]

knowledge, et al. It had many functions such as information browse, map navigation, property query, decision support, learning tutorship, et al. It owned advantage such as usability, reliability and ease of use, which Key words: rice; precise fertilization according to soil; geographic information system 信息系统难以具有通用性, 制约了其深入应用。 高辉等研究结果表明, 姜堰市传统施肥上普遍存 在过量施肥, 氮肥用量呈现逐年上升等现象。2004 年 对该市 200 多个农户的调查, 姜堰水稻施用纯氮量一 般为 375 kg/hm2, 2000 年上升了约 40%。这与 2005 比 年江苏在耕地持续减少情况下, 全省纯化肥施用量达 到 340.8 万 t, 1990 年增长了 53.7%的现状相一致 [4]。 比 传统施肥技术往往脱离土壤肥力测试与评价, 缺乏定 量施肥概念, 大都凭经验施用化肥, 化肥投入回报率 低, 导致水稻产量不高、 品质不优、 效益不佳等。

, 且

通过肥料配比、 叶色诊断与施肥时期调整等[3], 还可提 高水稻产量、 改善品质。由于土壤种类分布复杂、 土壤 养分时空变异与县域农业生产差异等, 往往忽略土壤 因子的地域性分布及其不同肥力水平的表达, 而强调 作物本身的生长机理模型为多, 使得已有的水稻施肥

基金项目: 江苏高校优势学科建设工程资助项目 “土壤养分时空格局诊断及其对稻麦产量形成的影响研究” 国家粮食丰产科技工程江苏粳稻项目 ; “长江下游(江苏)粳稻丰产高效技术集成研究与示范” (2011BAD16B03) 江苏省粮食丰产科技工程项目 ; “稻麦周年优质高产新技术集成创新与示范” (BE2009425) 江苏省高校自然科学研究计划项目 ; “不同土类土壤养分时空变异特征与信息管理技术研究” (09KJD210005) 扬州大学科技创新培育 ; 基金项目 “不同土类土壤养分时空变异特征与培肥机理研究” (2009CXJ027) 。 第一作者简介: 高辉, 1975 年出生, 男, 江苏启东人, 农学院农村发展与信息技术系副主任, 讲师, 博士, 主要从事农作物施肥信息系统开发研究。通 信地址: 225009 江苏省扬州市文汇东路 12 号 扬州大学农学院, 0514-87979381, Tel: E-mail: gaohui@yzu.edu.cn。 收稿日期: 2011-03-04, 修回日期: 2011-05-11。

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中国农学通报 http://www.casb.org.cn 便捷易用的 GIS 空间数据库属性与专题地图查询;2) ( 提供界面友好、 易用性强的水稻因土精确施肥决策支 持;3) ( 提供内容丰富的智能学习辅导等。 2 系统功能与结构 按系统的逻辑功能将整个系统划分为土壤志与土 壤图、 土壤养分电子地图、 精确施肥模型库、 精确施肥 决策、 施肥知识库等子系统, 1 为系统的功能结构图。 图 3 系统的程序实现与应用 在多尺度土壤养分专题地图制作与施肥决策模型 构 建 等 的 研 究 基 础 上 , 于 Visual Basic 6.0 与 基 MapObjects 2.2 软件开发出界面友好、 内容丰富、 使用 便捷的姜堰市水稻精确施肥地理信息系统 V1.0。其 登录界面、 主界面分别见图 2、 3。 图 3.1 系统主要功能 系统具有姜堰概况、 电子地图、 施肥决策、 施肥模

为此, 针对以上问题, 笔者运用 Visual Basic 6.0 与 MapObjects 2.2 开发出县域水稻精确施肥地理信息 系统, 为发展水稻因土精确施肥技术提供空间属性查 询、 施肥决策支持与学习辅导等信息支持服务, 对促进 施肥技术信息化发展具有积极意义, 也可对同类县域 推广水稻因土精确施肥技术发挥示范借鉴作用。 1 系统目标与任务 系统的目标是将农业信息技术引入传统施肥中, 在田间试验和土壤理化分析基础上, 基于 Visual Basic 6.0 与 GIS 二次开发软件——MapObjects 2.2, 开发建 立以土壤肥力评价和分析为基础、 以土壤养分与水稻 基础产量关系决策模型等为依据, 面向基层生产服务 的县域水稻精确施肥地理信息系统, 以拓宽施肥决策 系统开发研究的深度, 促进先进实用施肥技术生产的 应用。为达到这些目标, 系统的任务应包括:1) ( 提供

姜堰市水稻精确施肥地理信息系统 V1.0

姜 堰 土 壤 志 与 土 壤 图 系 统 子 图 地 子 电 分 养 壤

土 确 施 肥 模 型 库

精 确 施 肥 决 策 子 系 统

精 肥 知 识 库

施 统 说 明

系 统 退 出



图 1 系统功能结构图

图 2 系统登录界面

图 3 系统主界面

型、 施肥知识等模块, 可以实现相应功能。 3.1.1 姜堰概况 在系统主界面上点击 “姜堰概况” 菜单 进入 “姜堰概况” (图 4) 可对姜堰市自然地理概 界面 , 况进行了解。在该界面还可点击 “姜堰土壤志” 菜单进

入姜堰土壤志界面 (图 5) 可对姜堰市第二次土壤普 , 查资料进行浏览查阅, 也可打印输出。 3.1.2 电子地图子系统 在系统主界面点击 “电子地图” 菜单进入 “电子地图” (图 6) 界面 。该界面中通过复选

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图 4 姜堰概况界面

图 5 姜堰土壤志界面

框按钮选择性显示姜堰市的土样点、 主居民区、 地块 图、 村图及镇图, 并可进行放大、 缩小、 还原与移动功 能。用鼠标左键点击电子地图上的任何区域可在界面 右侧组合框中显示该区域的属性值, 如所属镇、 地 村、 块号、 有机质、 碱解氮含量等。点击 “帮助” 可获取浏 , 览电子地图方法信息。点击 “打印” 可直接联机打印。 , 在该界面中点击右下方 “专题地图” 菜单, 打开专 题地图窗体显示镇区图、 村图、 有机质、 碱解氮、 速效

钾、 有效磷、 等专题地图 pH (见图 7) 。 3.1.3 施肥决策子系统 系统所提供的精确施肥决策主 要是针对氮肥而言。氮肥对水稻产量形成具有关键的 影响, 且已有系统研究[1-2], 有关农学机理已较为清楚。 针对姜堰市实际, 在目前土肥指导部门推荐的磷肥 (P2O5) 75~120 kg/hm2、 (K2O) 钾肥 120~180 kg/hm2 施肥 水平下, 除该市南部潮土地区 12 个土种须增施钾肥 外, 其余多数土种维持现有施磷与施钾水平, 则可既满

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图 6 电子地图界面

图 7 县域尺度专题地图界面

足水稻生长需要, 也可提高土壤有效磷、 速效钾含量。 系统提供了 2 种精确施氮决策方法, 分别是基础 产量决策法 (需提供不施氮空白区基础产量数据) 有 、 机质决策法 (需提供土壤有机质含量数据) 。可根据实 际选择相应的决策方法, 进行精确施肥决策。 (1) 基础产量决策法: 基础产量决策法是一种根据

基础产量、 目标产量、 肥料当季利用率等参数, 利用斯 坦福(Stanford)方程来精确求取施氮总量的施肥决策 方法。在 “施肥决策” 界面中输入农户姓名、 所在乡镇、 水稻品种、 决策法 (列表框中选择 “基础产量决策法” 、 ) 土壤类型 (列表框中可选择) 习惯施氮量、 、 目标产量、 基础产量、 氮肥当季利用率的信息, 后点击 “求精确施

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N 量” 命令按钮即可求得施氮总量 (图 8) 。点击右侧的 “施肥决策” 命令按钮就可获取施肥决策意见。决策意 见可通过点击 “打印” 命令按钮直接联机打印, 交用户 决策参考。 (2) 有机质决策法: 有机质决策法是一种根据土壤 有机质含量, 利用有机质与基础产量关系模型, 计算出 基础产量, 进而结合目标产量、 肥料当季利用率等参 数, 利用斯坦福方程来精确求取施氮总量的施肥决策

方法。在施肥决策界面中输入农户姓名、 所在乡镇、 水 稻品种、 决策法 (列表框中选择 “有机质决策法” 、 ) 土壤 类型 (列表框中可选择土种) 习惯施氮量、 、 目标产量、 氮肥利用率的信息, 然后点击 “求精确施 N 量” 命令按 钮即可求得施氮总量 (图 9) 。点击右侧的 “施肥决策” 命令按钮可获取施肥决策意见。 也可利用该系统电子地图子系统, 按照地理学原 理与方法, 利用地图查询得到有机质含量等数据, 再利

图 8 基础产量决策法界面

图 9 有机质决策法界面

用有机质决策法可实现精确施肥决策。 3.1.4 施肥模型查询 建立施肥模型是进行施肥决策的 前提条件。该系统建立了精确施肥量计算模型和 8 个 主要土种的有机质与水稻基础产量关系模型[5]。可在 主界面中点击 “施肥模型” 菜单进入 “施肥模型” 界面, 了解施肥决策的原理与方法。 3.1.5 施肥知识库 可在主界面中点击 “施肥知识” 菜单 进入 “施肥知识” 界面。系统整合了丰富的土壤学、 肥 [6-8] 料学和 GIS 基础知识 等内容。用户可根据需要进行 自主学习。 3.2 系统应用 姜堰市农业局土壤肥料指导站将该系统作为因土 精确施肥决策支持与农技人员技术培训的优质平台, 认为该系统切合姜堰实际, 简便易用, 集电子地图、 施 肥决策与土壤志等资料于一体, 内容丰富, 是县域土壤 肥料指导部门施肥管理的好帮手。 4 结论与讨论 4.1 结论 为增强土壤养分管理与精确施肥决策的定量化和 信息化水平, 笔者研究与开发了县域水稻精确施肥地 理信息系统 V1.0。与前人的系统开发
[9-12]

系统集成应用了 MapObjects, 使海量土壤空间属性数 据信息化管理得以实现; 所建的模型均基于 GPS 定位 测土与大样本田间试验数据, 使系统的可靠性得到增 强; 系统的 GIS 多尺度图件资源丰富; 系统的知识库强 大, 使用价值高。为此, 该系统开发工作量大, 但对基 层用户而言, 其具有鲜明的易于理解、 易用性、 实用性、 价值高等特点。 4.2 讨论 该系统适用于早熟晚粳类型水稻品种决策支持, 但不同类型水稻品种的吸肥特性与需肥量有所不同, 且主要关注土壤养分、 基础产量、 目标产量、 精确施氮 量等因子, 尚未涉及稻米品质[13]方面的施肥决策支持, 有待进一步深入研究。 该系统为单机版软件, 可即时即地随机运行。基 于网络化进程不断加快考虑, 开发出基于 VB.NET[14] 与 WebGIS[15]的县域水稻精确施肥信息系统, 用户可方 便地浏览 WebGIS 站点中的空间数据、 制作专题图, 进 行属性查询、 空间分析与决策支持, 可使系统应用面更 为扩大, 利于技术扩散与服务深入。这方面也有待后 续版本升级开发。

相比, 由于本

· 192 · 参考文献
[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7]

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