农田养分管理是关系我国粮食生产和粮食安全的关键因素,针对当前农业生产中存在的农田化肥施用过量和养分利用效率低下,土壤面源污染严重等问题,本文以浙江省富阳市为例,在梳理多年农田养分监测数据的基础上,借助GIS分析方法,探讨农田养分监测样点的空间插值预测问题,分析影响土壤养分要素(土壤有机质和氮磷钾的常规监测项目)空间变异的相关因素,并通过不同年份的分析结果,比较各相关要素的特点和规律,探索农田养分协克里格插值中最优辅助因子的选择思路和方法,并对富阳市最优辅助因子协克里格插值结果的精度进行充分的对比验证,然后在总结土壤养分要素空间变异特征和优化预测方案的基础上,指出县域农田监测和数据应用过程中应该注意的问题和改进方法,总结县域农田养分监测过程的指导意见,最后以插值结果为基础,结合富阳市测土配方施肥方案,运用WEB GIS技术,开发富阳市测土配方施肥信息系统,使土壤养分的监测数据得以具体而广泛的应用。本研究的主要工作和结论如下：1.农田养分空间变异性相关因素的分析土壤养分的空间分布经常会与其他性质密切相关。本文分别选择富阳市2006年和2008年土壤监测数据研究了土壤养分与地形因素(高程、坡度、坡向)的相关性,结果发现：地形因素与土壤养分要素之间存在较为显著的相关关系,并且由于高程、坡度、坡向相对固定,一般不会发生较大的变化,因此能够成为研究土壤养分空间变异的普遍因素,在预测土壤养分空间变异过程中成为最稳定的因素,在与其他辅助参量相比,当相关性程度差别不大时,应优先选择地形参量作为辅助参量。本文还研究了土壤微量元素与土壤养分之间的相关关系,结果发现：在众多的微量元素之中,虽然也存在一些元素与土壤养分要素含量存在显著相关性,且年际间相关性也较稳定,但是同时也发现多数微量元素数据与土壤养分含量之间的相关关系较小或者年际差异较大,因此微量元素和土壤养分含量之间的相互关系较为复杂并且稳定性较差,但是因为微量元素的种类众多,数据量大,因此能够为土壤养分空间变异和预测提供更多的相关因子的选择空间。此外,本文还对土壤养分数据之间的相关性进行分析,结果发现：土壤养分要素之间的相关性都较为明显,且年际变化小,关系相对稳定,同时因为土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾是土壤养分监测中的常规监测项目,四个养分要素的采样过程具有同步性、采样点的位置具有一致性,因此利用土壤养分要素之间的相关关系来研究土壤养分要素的空间变异并进行空间预测,数据来源非常便利,具有极大的便利性和实用性。因此,本文根据以上结果,总结不同类型辅助因子数据特征,对日常农田土壤监测项目和不同项目的监测周期等工作,提出了相应的改进建议。2.农田养分最优因子协克里格插值及精度检验由于协克里格插值能够在空间自相关的基础上,结合辅助因子的协相关关系对变量进行空间预测,因此能够在很大程度上优于其他插值方法的预测精度。同时因为土壤养分要素存在诸多与其相关的因子可以作为插值的辅助参量,因此本文在探讨地形、土壤微量元素与土壤养分要素之间相关性和各土壤养分要素之间相关性的基础上,根据相关因子与不同土壤养分要素相关性程度的强弱,优选相关性更强的因子作为协克里格插值的辅助因子；同时在进行不同土壤养分要素空间自相关计算的基础上,探索不同养分要素的空间变异规律,进行土壤养分要素的协克里格空间插值,然后将最优辅助因子插值结果分别采用交叉检验和检验点检验的方法,分别与土壤养分的普通克里格插值和次优辅助因子协克里格插值结果,进行精度对比,结果显示：交叉检验和检验点检验都表明最优辅助因子协克里格插值结果与普通克里格方法和次优辅助因子协克里格方法的结果相比,其预测精度均有较大幅度的提高,从而为面状土壤养分数据的应用提供了精度保证。3.农田养分时空演变规律分析及演变规律在土壤测土配方施肥中的应用。本文在探索了最优辅助因子协克里格土壤养分插值方法的基础上,将该方法应用到多个时间点(2004年、2006年、2008年、2010年和2011年)的土壤养分差值中,得到多个时间点的土壤养分预测结果,然后,在此基础上研究土壤养分时空变异特征,总结土壤时空演变规律,发现所研究的四个土壤养分要素的变化速度都存在着越来越快的变化特点,同时四个养分要素的演变也存在一定的差异：有机质和全氮的变幅相对较小,而有效磷和速效钾的变幅相对较大。另外值得注意的是有机质、全氮、有效磷和速效钾的最大变化幅度虽然差异很大,但是其变化最集中的区域都存在于低变化范围内。本文还从土壤类型、土地利用方式和地形因素三个方面对土壤养分时空变异特征进行了分析,发现土壤类型与土壤养分的时空变异特征的关系不明显；土地利用方式与土壤养分时空变异关系较密切,在人类活动影响大的区域,养分变异速度更快；地形因素也与养分时空变异关系紧密,养分变异剧烈的地区往往存在于平原山地交接、河流上游等地形复杂的地区。除此之外,本文根据富阳土壤测土配方施肥方案中土壤分级标准,按照不同的时间尺度,研究土壤全氮、有效磷、速效钾的含量演变特点,发现短期内(如两年时间)土壤全氮含量的绝对变化量达到土壤分级阈值的比例很低,随着时间尺度的加大,全氮变化量超过阈值的比例则会有明显的上升,结合之前研究结果“土壤有机质和全氮含量存在着极强的相关关系”,因此,建议在日常农田养分监测中,对土壤有机质和全氮含量的监测,可以每隔两到三年监测一次,并且在每次监测时可以只监测其中之一的项目,另一个项目可以根据历史数据,按照有机质和全氮含量的稳定关系,计算得到,而在另一个年度对另外一个项目进行监测；而有效磷和速效钾含量的绝对变化量达到土壤分级阈值的比例一直都很高,因此,建议对土壤有效磷和速效钾的监测应按年度进行。4.测土配方信息管理系统的设计与实现本文在以上工作的基础上,根据最优辅助因子协克里格插值结果,结合富阳市土地利用现状数据,将插值结果赋值到富阳市土地利用现状图的耕地图斑上,结合富阳基础地理数据,建立GIS空间数据库,采用ArcGIS Server建立并发布多种类GIS地图服务和地理处理服务,并结合富阳市测土配方施肥方案,采用Flex技术构建富阳市测土配方施肥信息管理系统的网络应用,通过Microsoft IIS进行网站管理和发布,最终完成了从土壤养分监测样点到土壤养分区域内连续插值,再到网络查询应用的整个工作,整个测土配方施肥信息管理系统已经在富阳市农业部门进入日常应用阶段。