Использование геостатистических методов для характеристики вариабельности агрохимических свойств (на примере изучения пахотных угодий Северного Казахстана)

К.Г. Гиниятуллин ¹, С.С. Рязанов ², Б.Р. Григорьян ², И.В. Шакирзянов ³, Р.В. Шакирзянов ¹, Е.С. Ваганова ¹, А.Г. Галиуллина ¹

¹ Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, 420008, Россия

² Институт проблем экологии и недропользования Академии наук Республики Татарстан, г. Казань, 420087, Россия

³ АО «Атамекен Агро», г. Кокшетау, 020000, Республика Казахстан

Полный текст PDF

Аннотация

Изучены агрохимические свойства (содержание гумуса, доступных форм азота, фосфора и калия, а также рН и удельную электропроводность водной вытяжки) двух массивов пашни площадью 1468 и 1378 га, расположенных в Петропавловской области Северного Казахстана. Проведенные исследования показывают, что эти массивы пашни по средним величинам и показателям вариабельности агрохимических свойств могут оцениваться как однотипные. Однако анализ экспериментальных вариограмм свидетельствует о том, что поля отличаются друг от друга по характеру пространственной изменчивости агрохимических свойств. Показано, что для построения интерполированных картограмм обеспеченности полей необходим дифференцированный выбор методов интерполирования данных, соответствующих результатам аппроксимации вариограмм.

Ключевые слова: пахотные почвы Северного Казахстана, агрохимические свойства, пространственная вариабельность, геостатистический анализ

Литература

1. Методические указания по проведению комплексного агрохимического обследования почв сельскохозяйственных угодий. – М.: Центр научн.-техн. информ., пропаганды и рекламы, 1994. – 96 с.
2. Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения / Под ред. Л.М. Державина, Д.С. Булгакова. – М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2003. – 240 с.
3. ГОСТ 28168-89. Почвы. Отбор проб. – М.: Стандартинформ, 2008. – 6 с.
4. Gebbers R., de Bruin S. Application of geostatistical simulation in precision // Geostatistical Applications for Precision Agriculture / Ed. by M.A. Oliver. – Springer Science+Business Media B.V., 2010. – P. 269–304.
5. Якушев В.В. Информационно-технологические основы прецизионного производства растениеводческой продукции: Автореф. дис. … д-ра c.-х. наук. – СПб., 2013. – 50 с.
6. ГОСТ 26213-91. Почвы. Методы определения органического вещества. – М.: Изд-во стандартов, 1992. – 9 с.
7. Методические указания по определению щелочногидролизуемого азота в почве по методу Корнфилда. – М.: МСХ СССР, 1985. – 9 с.
8. ГОСТ 26205-91. Почвы. Определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Мачигина в модификации ЦИНАО. – М.: Изд-во стандартов, 1992. – 9 с.
9. ГОСТ 26423-85. Почвы. Методы определения удельной электрической проводимости, pH и плотного остатка водной вытяжки. – М.: Изд-во стандартов, 1985. – 7 с.
10. Pebesma E. Multivariable geostatistics in S: the gstat package // Comput. Geosci. – 2004. – V. 30, No 7. – P. 683–691. – doi: 10.1016/j.cageo.2004.03.012.
11. Зимовец Б.А. Экология и мелиорация почв сухостепной зоны. – М.: ГосНИТИ, 1991. – 249 с.
12. Васенев И.И., Мешалкина Ю.Л., Грачев Д.А. Геоинформационные системы в почвоведении и экологии. – М.: Изд-во РГАУ-МСХА, 2010. – 212 с.
13. Козловский Ф.И. Теория и методы изучения почвенного покрова. – М.: ГЕОС, 2003. – 536 с.
14. Дмитриев Е.А. Математическая статистика в почвоведении. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1972. – 292 с.
15. Матерон Ж. Основы прикладной геостатистики. – М.: Мир, 1968. – 408 с.
16. Дмитриев Е.А. Закономерности пространственной неоднородности состава и свойств почв: Автореф. дис. … д-ра биол. наук. – М., 1985. – 51 с.
17. Козловский Ф.И. Почвенный индивидуум и методы его определения // Закономерности пространственного варьирования свойств почв и информационно-статистические методы их изучения. – М.: Наука, 1970. – С. 42–59.
18. Иванникова Л.А., Мироненко Е.В. Теория регионализированных переменных при исследовании пространственной вариабельности показателей агрохимических свойств почвы // Почвоведение. – 1988. – № 5. – С. 113–120.
19. Webster R., Oliver M.A. Spatial dependence in statistical methods in soil and land resource survey. – Oxford: Oxford Univ. Press, 1990. – 307 p.
20. Самсонова В.П., Мешалкина Ю.Л., Дмитриев Е.А. Структуры пространственной вариабельности агрохимических свойств пахотной дерново-подзолистой почвы // Почвоведение. – 1999. – № 11. – С. 1359–1366.
21. Самсонова В.П. Пространственная изменчивость почвенных свойств: На примере дерново-подзолистых почв. – М.: Изд-во ЛКИ, 2008. – 156 с.
22. Кузякова И.Ф., Романенков В.А., Кузяков Я.В. Применение метода геостатистики при обработке результатов почвенных и агрохимических исследований // Почвоведение. – 2001. – № 11. – С. 1365–1376.
23. Геостатистика и география почв / Oтв. ред. П.В. Красильников. – М.: Наука, 2007. – 175 с.
24. Савельев А.А., Мухарамова С.С., Пилюгин А.Г., Чижикова Н.А. Геостатистический анализ данных в экологии и природопользовании (с применением пакета R). – Казань: Казан. ун-т, 2012. – 120 с.
25. Cambardella C.A., Moorman T.B., Novak J.M., Parkin T.B., Karlen D.L., Turco R.F., Konopka A.E. Field-scale variability of soil properties in central Iowa soils // Soil Sci. Soc. Am. J. – 1994. – V. 58, No 5. – P. 1501–1511.
26. Webster R., Oliver M.A. Sample adequately to estimate variograms of soil properties // J. Soil Sci. – 1992. – V. 43, No 1. – P. 177–192. – doi: 10.1111/j.1365-2389.1992.tb00128.x.
27. Kerry R., Oliver V.A., Frogbrook Z.L. Sampling in Precision Agriculture // Geostatistical Applications for Precision Agriculture / Ed. by M.A. Oliver. – Springer Science+Business Media B.V., 2010. – P. 35–64.
28. Goovaerts P., Kerry R. Using Ancillary Data to Improve Prediction of Soil and Crop Attributes in Precision Agriculture // Geostatistical Applications for Precision Agriculture / Ed. by M.A. Oliver. – Springer Science+Business Media B.V., 2010. – P. 167–194.
29. Brus D.J., Heuvelink G.B.M. Optimization of sample patterns for universal kriging of environmental variables // Geoderma. – 2007. – V. 138, No 1–2. – P. 86–95. – doi: 10.1016/j.geoderma.2006.10.016.
30. Laslett G.M., McBratney A.B., Pahl P.J., Hutchinson M.F. Comparison of several spatial prediction methods for soil pH // J. Soil Sci. – 1987. – V. 38, No 2. – P. 325–341. – doi: 10.1111/j.1365-2389.1987.tb02148.x.
31. Goovaerts P. Geostatistical tools for characterizing the spatial variability of microbiological and physico-chemical soil properties // Biol. Fertil. Soils. – 1998. – V. 27, No 4. – P. 315–334. – doi: 10.1007/s003740050439.
32. Brus D.J., Spätjens L.E.E.M., de Gruijter J.J. A sampling scheme for estimating the mean extractable phosphorus concentration of fields for environmental regulation // Geoderma. – 1999. – V. 89, No 1–2. – P. 129–148. – doi: 10.1016/S0016-7061(98)00123-2.
33. Brus D.J., de Gruijter J.J. Random sampling or geostatistical modelling? Choosing between design-based and model-based sampling strategies for soil (with discussion) // Geoderma. – 1997. – V. 80, No 1–2. – P. 1–44. – doi: 10.1016/S0016-7061(97)00072-4.
34. Walvoort D.J.J., Brus D.J., de Gruijter J.J. An R package for spatial coverage sampling and random sampling from compact geographical strata by k-means // Comput. Geosci. – 2010. – V. 36, No 10. – P. 1261–1267. – doi: 10.1016/j.cageo.2010.04.005.
35. Verordnung über die Anwendung von Düngemitteln, Bodenhilfsstoffen, Kultursubstraten und Pflanzenhilfsmitteln nach den Grundsätzen der guten fachlichen Praxis beim Düngen (Düngeverordnung – DüV) // Bundesgesetzblatt. – 2007. – T. I, Nr. 7. – S. 221.
36. Johnston K., Ver Hoef J.M., Krivoruchko K., Lucas N. Using ArcGISTM Geostatistical Analyst. – Redlands, CA: ESRI Press, 2001. – 306 p.
37. Li J., Heap A. A review of spatial interpolation methods for environmental scientists. Record 2008/023. – Canberra: Geoscience Australia, 2008. – 154 p.
38. Van Meirvenne M. Is the soil variability within the small fields of Flanders structured enough to allow precision agriculture? // Precision Agriculture. – 2003. – V. 4, No 2. – P. 193–201. – doi: 10.1023/A:1024561406780.

Поступила в редакцию

10.02.16

Гиниятуллин Камиль Гашикович, кандидат биологических наук, доцент кафедры почвоведения

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: ginijatullin@mail.ru

Рязанов Станислав Сергеевич, аспирант кафедры почвоведения

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: erydit@yandex.ru

Григорьян Борис Рубенович, кандидат биологических наук, доцент, заведующий лабораторией экологии почв

Институт проблем экологии и недропользования Академии наук Республики Татарстан

ул. Даурская, д. 28, г. Казань, 420087, Россия

E-mail: bobgrig2@yandex.ru

Шакирзянов Ильнар Васильевич, экономист-менеджер в области сельскохозяйственного производства

АО «Атамекен Агро»

г. Кокшетау, 020000, Республика Казахстан

E-mail: ilnar-vakipov@mail.ru

Шакирзянов Рамиль Васильевич, магистр кафедры прикладной экологии

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: r-shakirzyanov@mail.ru

Ваганова Екатерина Сергеевна, магистр кафедры прикладной экологии

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: kitkaty_1992@mail.ru

Галиуллина Азиля Габдулгазизовна, магистр кафедры прикладной экологии

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: azilya555@mail.ru

Для цитирования: Гиниятуллин К.Г., Рязанов С.С., Григорьян Б.Р., Шакирзянов И.В., Шакирзянов Р.В., Ваганова Е.С., Галиуллина А.Г. Использование геостатистических методов для характеристики вариабельности агрохимических свойств (на примере изучения пахотных угодий Северного Казахстана) // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. – 2016. – Т. 158, кн. 2. – С. 259–276.

For citation: Giniyatullin K.G., Ryazanov S.S., Grigor'yan B.R., Shakirzyanov I.V., Shakirzyanov R.V., Vaganova E.S., Galiullina A.G. Using geostatistical methods for characterization of variations in the agrochemical properties (based on the study of arable lands in Northern Kazakhstan). Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki, 2016, vol. 158, no. 2, pp. 259–276. (In Russian)

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.