基于高斯-分类混合聚类方法的水稻区域化肥减施潜力研究

【目的】综合土壤养分、自然资源禀赋和种植管理方式等多源要素,构建基于高斯-分类混合聚类模型的农田基础肥力分区,为定性描述、定量估计化肥的"稳-控-增"和提高推荐施肥的准确性提供必要的补充。【方法】2008—2017年,共采集6382个农田土壤样品,现场调查了距村距离、土壤类型、耕层质地、成土母质、地貌类型与种植模式等数据,测定了土壤p H及有机质、全氮、有效磷和速效钾含量。同时,在研究区内典型位置以当地主栽的‘甬优’、‘秀水’系列品种为试材,布设6个"3414"试验点,共开展了28个试验,获得氮、磷、钾(N、P、K)不同施肥水平下的稻谷产量、最佳推荐施肥量等信息。基于高斯-分类混合聚类方法,联合土壤、气候、地形等自然资源禀赋要素与区域性农业种植模式,对农田基础肥力进行分区,并将各区测土配方试验数据与农户典型施肥数据比较,完成各不同分区的化肥减施潜力估计。【结果】整个研究区域稻田可划分为7个大区,各区与已有农田地力评价等级具有较好的吻合度,对应于较高、中等和较低三级别地力水平分别有4、1和2个分区。影响各农田基础肥力分区的重要因子基本一致,主要为地面高程、土壤速效钾含量、降雨、温度和地貌分区。研究区内水稻的化肥减施潜力分别为减纯氮(N)26.2~71.3(平均48.7)kg/hm^2,减磷肥(P_2O_5)9.9~23.5(平均16.7)kg/hm^2,减钾肥(K_2O)18.5~39.9(平均29.2)kg/hm^2。减肥潜力与分区基础肥力高低总体一致,较高肥力区减肥潜力较大,低肥力区减肥潜力相对较小,但也有较高肥力分区减肥潜力低(如分区3)或较低肥力分区减肥潜力高(如分区6)的情形。从空间分布上看,分区4、5、6、7减氮潜力较大,分区2、7减磷钾肥潜力较大,而分区1、5减磷钾肥潜力较小。【结论】综合自然资源禀赋、土壤及种植管理模式的分区划分,比传统依靠土壤养分的肥力分区能更加全面客观地反映区域稻田的基础肥力差异。地形地貌、土壤速效钾含量、降雨和温度是区域基础肥力分区的关键影响因子。从空间分布上定量估计,水稻的化肥减施潜力与基础肥力水平总体一致,总体可减施氮肥(N)26.2~71.3 kg/hm^2、磷肥(P_2O_5)9.9~23.5 kg/hm^2、钾肥(K_2O)18.5~39.9 kg/hm^2。