(7) X2=305.1-17.86Py/Px (8) X3=280.2-19.01Py/Px (9) 式中Py为氮肥实时价格，元/kg; Px为棉花实时价格，元/kg; Χι-低氮区经济最佳施肥量，kg/hm2;X2-中氮区经济最佳施肥量，kg/hm2; X3-高氮区经济最佳施肥量，kg/hm2; 以施尿素为例，氮肥价格为2.1元/kg，棉花价格为7元/kg，可得到低氮、中氮、高氮区经 济最佳施氮量分别为384.304 kg/hm2,299.642 kg/hm2和274.497 kg/hm2;将经济最佳施氮 量分别代入相应的式（4-6)，得经济最佳产量分别为6303.7 kg/hm2，6760.8 kg/hm2和 6792.7 kg/hm2〇
[0048] 4.2不同分区的NDVI值与施氮总量线性分析 由表9可知，在2011-2012年两年所测生育期内，棉花冠层NDVI均表现出随氮素施肥总 量的增加而逐渐增加的线性趋势，且二者的决定系数均较高(R2>〇. 8000)，但相关性随棉花 生育期的推进先呈现先升高后下降的趋势，其中花期的决定系数最高，盛铃期决定系数较 低，而初絮期决定系数最低。这是由于花期生长环境良好，水肥充足，棉花对氮肥需求敏感， NDVI与施氮总量相关性高;而在吐絮期，营养生长大幅度衰退，叶片干枯，对氮肥需求小，这 就导致各处理的NDVI稳定性差;而在盛铃期营各氮处理的棉花营养生长达到最大冠层覆盖 度差异不大，并且充足或过量的施肥使NDVI接近饱和，最终影响NDVI值与施氮总量的相关 性。
[0049] 表9 NDVI与施氮量的关系
4.3不同分区的LNA与产量的回归分析 棉花盛蕾期、花期、盛铃期和初絮期叶片氮素积累量(LNA)和产量之间表现为二次曲线 函数关系(表10)。即随着LNA的增加，产量也增加，但当LNA值达到一定值时，产量增加缓慢 或略有下降。主要是由于当LNA增加到一定程度时，棉花植株不再吸收氮素，产量不再增加， 当棉花植株含氮量过高时，反而会抑制棉花植株生长，导致产量略有下降。棉花LNA与产量 之间的回归关系为氮素定量化诊断追肥提供了依据。
[0050] 表10 LNA与产量的关系
4.4不同分区的临界NDVI值的确定 基于LNA的氮素营养诊断指标的确定为氮素定量化诊断追肥提供了依据。产量以达到 4.1小节的经济最佳产量所对应的LNA值作为氮素营养的临界值，进而依据LNA与NDVI的回 归方程得到相应的NDVI临界值(表11 )，当测定值低于临界值时，需要补充氮肥，即通过追肥 的方式提供氮肥，否则表明该时期不用施肥。
[0051 ]表11各分区叶片氮素积累量和NDVI临界值
4.4不同分区的追肥模型的建立 由于上面(4.2节）的分析可以看出，棉花各生育时期的NDVI值与施氮总量存在线性关 系，当某生育时期的NDVI实测值小于对应生育时期的NDVI临界值时，实测NDVI所对应的施 氮总量与临界NDVI所对应的施氮总量之间的差值实际反映了需要追施氮素的量(Nd)，因 此，根据棉花各生育时期的NDVI值与施氮总量的线性关系，结合确定的临界NDVI值，可以建 立以NDVI诊断的追肥模型： Nd=(R〇-Rx)/b (10) 或者，Nd=(R〇-Rx)XNNDViX10 (11) 式中Nd -各生育时期追肥量，kg · hnf2 Ro - NDVI临界值 Rx - NDVI实测值 b-各生育时期NDVI值与施氮总量的线性方程的回归系数 NNDVI-各生育时期NDVI值每变动0.1单位所需的施肥量。
[0052]当某生育时期的NDVI实测值大于或等于对应生育时期的NDVI临界值时则不用追 肥。
[0053]表12基于氮素营养诊断的滴灌棉花不同分区追肥模型
[0054]最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明， 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可 以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
【主权项】
1. 基于GIS的滴灌棉田氮素施肥管理方法，包括如下步骤： (A) 滴灌棉田土壤氮素分区的确定 A1:采集土壤样本，测定土壤样本的全氮、有机质和碱解氮含量，获得样本数据集； A2:采用模糊c-均值聚类算法，对样本数据集进行聚类分区，依据最大隶属度原则绘制 滴灌棉田的土壤氮素分区图； (B) 滴灌棉田氮素基肥施用量的确定 B1:根据步骤A绘制的土壤氮素分区图，在各土壤氮素分区中分别随机选取试验区，进 行棉花种植试验，测定播种前土壤的碱解氮含量、棉花产量； B2:对碱解氮含量和棉花产量进行回归分析，获得碱解氮含量与棉花产量的一元二次 回归方程； B3:对B2的一元二次回归方程求导，d(棉花产量)/d(碱解氮含量)=0时的碱解氮含量即 为各土壤氮素分区相应的土壤最佳供氮量； B4:根据土壤氮素分区图及各土壤氮素分区相应的土壤最佳供氮量，氮素基肥施用量= (土壤最佳供氮量-播种前土壤的碱解氮含量）Xf，其中f取值为20%~40%。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(A)聚类分区时分区数为2-10个，加权 指数Φ取1.2~2.0。3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(A)聚类分区时分区数为3个，加权指 数Φ取1.7。4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(B)测定土层浓度为0-20cm的土壤碱 解氮含量。5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(B)的f取值为30%。6. 基于GIS的滴灌棉田氮素施肥管理方法，包括如下步骤： (A)滴灌棉田土壤氮素分区的确定 A1:采集土壤样本，测定土壤样本的全氮、有机质和碱解氮含量，获得样本数据集； A2:采用模糊c-均值聚类算法，对样本数据集进行聚类分区，依据最大隶属度原则绘制 滴灌棉田的土壤氮素分区图； (C) 滴灌棉田氮素追肥施用量的确定 C1:根据步骤A绘制的土壤氮素分区图，在各土壤氮素分区中分别随机选取试验区，进 行棉花种植试验，测定棉花各生育期的冠层NDVI、叶片氮素积累量，以及施氮总量和棉花产 量； C2:对施氮量和棉花产量进行回归分析，获得施氮总量与棉花产量的一元二次回归方 程，对一元二次回归方程求导，得到边际产量与施氮总量的关系式，以边际产量等于氮肥与 棉花的价格比时的施氮总量为各土壤氮素分区的经济最佳施肥量，将经济最佳施肥量代入 一元二次回归方程，得到经济最佳产量； C3:对叶片氮素积累量和棉花产量进行回归分析，获得叶片氮素积累量与棉花产量的 一元二次回归方程，对叶片氮素积累量和冠层NDVI进行回归分析，获得叶片氮素积累量与 冠层NDVI的线性方程； C4:将步骤C2的经济最佳产量代入步骤C3的一元二次回归方程，将计算出的叶片氮素 积累量代入步骤C3的线性方程，得到各土壤氮素分区中棉花各生育期的冠层NDVI临界值； C4:对冠层NDVI和施氮总量进行回归析，获得棉花各生育期的NDVI与施氮总量的线性 方程； C5:在棉花各生育期，比较冠层NDVI实测值与NDVI临界值的大小，判断各生育期是否进 行追肥，并按如下公式确定各生育期时氮素的追肥量:Nd=(Ro_Rx)/b， 式中Nd-各生育期追肥量 Ro - NDVI临界值 Rx - NDVI实测值 b-各生育期NDVI与施氮总量的线性方程的回归系数。
【专利摘要】本发明公开一种基于GIS的滴灌棉田氮素施肥管理方法，以该方法以土壤的全氮、有机质和碱解氮为数据源，应用模糊c-均值聚类算法实现对滴灌棉田氮素养分分区管理，在该基础上，以土壤碱解氮为指标确定氮素基肥施用量，以基于叶片氮素积累量确定棉花各生育期的冠层NDVI临界值，再依据NDVI临界值与实测值，确定氮素追肥施用量。本发明方法可以克服传统施肥过程中没有考虑到不同养分含量导致低氮区施肥不足，高氮区又施肥过量的问题，避免影响作物生长和肥料的浪费。
【IPC分类】A01C21/00
【公开号】CN105557166
【申请号】CN201610052890
【发明人】张泽, 王飞, 吕新, 朱鹏, 王海江, 李新伟, 张强, 张国龙, 温鹏飞, 冯波
【申请人】石河子大学
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2016年1月26日