东北黑土土壤肥力监控系统.pdf

本发明公开了一种东北黑土区域土壤养分变化的监控系统，属于农业信息监控领域。它解决了黑土区域土壤养分数据管理分散，数据和地点不能统一，没有精确的地理坐标，不能合理地、科学地数据处理和分析的问题。它包括：土壤肥力数据采集、输入单元(1)，以输入各区域的土壤肥力数据；土壤肥力数据和对应区域显示单元(2)，以方便调取显示；土壤肥力预警单元(3)，以提示某区域土壤养分值正位于规定的上限值或下限值；施肥量计算单元(4)，以给出某区域应施肥量的多少。该专家施肥指导系统，可以指导区域科学施肥，为精准农业、政府决策和制定施肥标准提供数据支持和信息化平台。

1、  东北黑土土壤肥力监控系统，其特征在于它包括：
土壤肥力数据采集、输入单元(1)，以输入各区域的土壤肥力数据；
土壤肥力数据和对应区域显示单元(2)，将土壤肥力数据与对应区域的地理坐标相链接，以方便调取显示；
土壤肥力预警单元(3)，以提示某区域土壤养分值正位于规定的上限值或下限值；
施肥量计算单元(4)，以给出某区域应施肥量的多少。

东北黑土土壤肥力监控系统
技术领域
本发明属于农业信息监控领域，具体涉及东北黑土区域土壤养分变化的监控系统。
背景技术
东北黑土主要分布在吉林省和黑龙江省，根据土壤普查资料统计，黑土总土地面积为595.6万公顷，其中耕地面积为443.8万公顷。许多土壤工作者曾对黑土进行过大量的调查研究，尤其是全国第2次土壤普查成果，对黑土的分布和理化性状进行了较详细的描述，对后来的配方施肥提供了强有力的理论基础，为粮食生产做出了巨大贡献。在距全国第2次土壤普查的20余年后，我所在中国科学院重大项目的支持下又一次对东北农田黑土区域进行了广泛的采样，采集土壤样本2000余个。用于分析土壤养分变化的规律和目前的状况。
20多年来两次土壤调查数据，涉及到东北黑土区域土壤样本数量大、面积广，同时附带有大量的矢量图和栅格图数据。这些数据目前还没有一个空间的数字化的信息平台来管理，而且以往对黑土区域土壤肥力变化的分析多是从经典统计的方法来分析的，这样的分析即片面又不科学，不能够反映出区域土壤肥力空间变化特征。针对此问题，我们建立了东北黑土区域土壤肥力管理GIS作为信息化工作平台，在这个平台上可以管理区域的土壤调查数据，为分析区域土壤肥力变化提供数据和方法双重支持，也为精准农业研究提供数据基础。
众所周知，3S技术在国外的农业生态研究中得到了广泛的应用。国内的3S技术和精准农业的研究历史不长，但是效益显著，因此也越来越为科技界和社会广为接受，并在实践上有一些应用。如1997年辽宁省用GIS进行下辽河平原农业生态管理的应用研究，吉林省结合其省农业信息网开发万维网地理信息系统(GIS)，北京密云县完成以GIS技术建立的县级农业资源管理信息系统。在智能技术方面，国家863计划在全国20个省市开展了“智能化农业信息技术应用示范工程”。但是我国该项技术的发展很不平衡。以均衡施肥为例，目前农民在施肥上存在很大盲目性；氮、磷、钾肥施用比例不合理；中、微量元素缺乏的情况没有得到及时纠正；肥料利用率低，氮肥当季利用率平均仅为30％左右，肥料的增产效益没能充分发挥。而是形成了有些区域土壤肥力过盛，对环境造成污染，而有些区域肥力不足，土壤质量下降。所以，在东北黑土区域土壤大规模采样的基础上，建立基于3S技术的土壤肥力管理信息系统，是为区域农业生态研究和精准农业提供基础平台。
目前存在的问题是：黑土区域土壤养分数据管理分散，数据和地点不能统一，没有精确的地理坐标，不能合理地、科学地数据处理和分析。
发明内容
本发明提供一种东北黑土土壤肥力监控系统，以解决黑土区域土壤养分数据管理分散，数据和地点不能统一，没有精确的地理坐标，不能合理地、科学地数据处理和分析的问题。
东北黑土土壤肥力监控系统，它包括：
土壤肥力数据采集、输入单元，以输入各区域的土壤肥力数据；
土壤肥力数据和对应区域显示单元，将土壤肥力数据与对应区域的地理坐标相链接，以方便调取显示；
土壤肥力预警单元，以提示某区域土壤养分值正位于规定的上限值或下限值；
施肥量计算单元，以给出某区域应施肥量的多少。
本发明是基于国产的地理信息系统处理平台而开发的，是唯一的一个东北黑土区域拥有多年连续数据和空间处理平台的系统。目的是①将多年多次采集的数据集中于一个平台上，便于查找和分析；②将土壤养分数据和各种矢量图结合在一起，使之能够非常直观地将整个黑土区土壤养分状况在区域图上显示出来；③便于进行空间分析，找出土壤肥力空间变化的规律性；④可以直观地按照土壤养分值进行区域分类和预警；⑤根据数据和专家的思想做出的专家施肥指导系统，可以指导区域科学施肥；为精准农业提供数据支持和技术平台；⑥为政府决策和制定施肥标准提供信息化平台。
附图说明
图1是本发明的结构示意图，图2为黑土肥力GIS工作技术流程图；图3系统功能图。
具体实施方式
下面结合图1至图3对本发明进行详细说明。东北黑土土壤肥力监控系统，它由下述四个部分组成：
土壤肥力数据采集、输入单元1，以输入各区域的土壤肥力数据；
土壤肥力数据和对应区域显示单元2，将土壤肥力数据与对应区域的地理坐标相链接，以方便调取显示；
土壤肥力预警单元3，以提示某区域土壤养分值正位于规定的上限值或下限值；
施肥量计算单元4，以给出某区域应施肥量的多少。
本系统首先对各种相关图件进行了收集和数字化处理，对属性数据进行整理和质量检验，然后在中国科学院地理与资源研究所开发的GIS系统软件(SUPERMAP OBJECT)平台上利用VB语言编程，根据东北黑土区域土壤肥力管理和分析的需求开发了本系统。工作流程图见附图2。
本发明开发的功能设计为：(1)用户管理，设置用户名和密码管理，保证系统的安全性。(2)数据采集，调用空间数据源(包括矢量数据和栅格数据)，并将所有图层显示出来，完成数据修改、查询和制作专题图。(3)属性数据为土壤调查数据，其中有一个编码和空间数据源的某一个数据集的编码一一对应，能够将属性数据连接到空间图件中。(4)肥力预警和专家系统，根据专家的经验制定区域土壤养分的适宜值、最高和最低值对区域肥力水平评价和预警；同时根据区域肥力变化分析和专家思想建立测土施肥和区域施肥专家指导系统；(5)工具，工具栏给用户以充分的权利来自行配置自己空间数据源、数据属性和外部文件调用的路径和文件名，配置属性网络数据库网址。见附图3所示。
系统开发采用组件式开发，其物理开发平台见附图4。在SUPERMAP_object开发平台上，调用不同的模块，利用VB语言进行开发，生成必需的工程文件。实现对数据的查询，用户管理，专题图等图件功能的处理，肥力预警和专家施肥指导功能。
具体的开发步骤如下：
(1)用户管理的开发
登陆使用用户名和密码，保证系统安全。
(2)数据采集界面和编码
数据采集是本系统的重点，本系统的数据采集可以根据用户的需求进行自我配置。通过调用工作空间的矢量地图来实现数据采集，对图件进行放大缩小，对图层进行管理编辑。比较灵活。
(3)数据查询
数据库可以方便地实现从属性到空间的查询，空间到属性的查询，多条件的综合查询等功能。根据不同的需求制作专题图和布局。
(4)空间分析
本系统具有空间分析的功能。可以实现对空间数据的拓扑分析，叠加运算，面积量算，数据的转入转出，图件的投影处理等等。
(5)肥力预警和专家施肥指导系统
①肥力预警
土壤肥力预警是根据黑土肥力空间的分布特征，结合各区域多年来施肥状况、粮食产量和专家多年来的经验制定的。能够提示哪些地区的土壤养分值位于规定的上限和下限，会根据不同的情况将土壤养分相近的数值用红灯闪亮显示，并提醒在这些地区针对不同的作物种植应该在施氮肥和磷肥时建议施多少。该模块可以对任意参与运算的图层和字段进行配置。
②专家施肥指导系统
可以实现测土施肥指导，按照区域土壤养分状况，根据不同的种植作物来指导施肥的多少。
(6)工具
工具可以提供用户对自己的图件进行配置，对任意工作空间、图层和属性字段进行配置，对外部exe文件进行配置，对网址进行配置等等。大大地方便了用户的使用。