精准养分管理基于Arc/Info的土壤养分图制作技术白由路，梁鸣早，杨俐苹中国农业科学院土壤肥料研究所，北京 100081）土壤养分图是精准农业中土壤养分管理的基础［1］，也是研究土壤养分空间变异特征的基本方法之一［2］然而，土壤养分 图不象地形图和行政图那样可通过现有地图直接数字化而成土壤养分图必须在野外采样、室内化验的基础上，经过一系列 数学处理才能制成土壤养分的分布图［讥目前制图的软件很多，但都存在着一定的局限性，随着GPS技术的发展，可以使得 土壤养分图的制作大为简便和精确本文通过在 Arc/Info7.1 平台上［4］，以一个村为例，介绍土壤养分图的基本制作过程， 旨在为精准农业技术的推广和土壤养分精准管理服务1 土壤养分图制作流程土壤养分图的制作过程可分为网格取样、数据库建立、采样点导入、数据库链接、空间插值、养分分类等步骤其流程 示于图 12 土壤养分图的制作过程2.1 网格取样为了了解土壤养分的分布状况，土壤样品采集多采用系统取样法，即网格取样其基本方法是将所取样的地块分成一定 大小的网格（图2），在网格中心 2~3m 的半径内取8~10钻土样，然后将这些土样混合成一个样品，作为该样点的土壤样品， 混合这些土样的目的是消除土壤在小范围内的变异［5］。
在实际取样过程中，也可在网结上取样，只要保证样点间距基本一致 即可，当样点确实不能代表该地块的状况时，也应因地制宜地适当移动样点，以取得有代表性的土壤样品，在田间操作时， 可通过计算作物的行数、量算距离等方法也能基本确定网格图：图 1 土壤养分图制作流程）（图：图 2 网格取样示意图）样点在半栓2“3m的范围内取440鮎土拝混合成一个为了以后成图方便，最好采用差分式GPS在每个取样点进行定位，这样在取样时就可得到每个样点的精确坐标当没有 GPS 的情况下，最好在大比例尺的地形图上随时标注取样点的位置，以便以后进行数字化采用网格取样有两个优点：①可以避免人为因素对土壤取样过程的干扰，可均匀采取研究区域的土壤样品，使其更具有 代表性；②可以利用Arc/Info软件进行土壤养分的插值因为Arc/Info软件在计算半方差时，要求每一种采样间距必须有 三个以上相同距离的样点才能工作，而非等距离的随机采样很难满足其要求关于网格取样的间距，目前还没有一个具体的规定，根据一些学者的研究，随着取样间距的减小，变量施肥的费用逐渐 增加，当网格间距小于60m时，变量施肥的费用迅速增加（图3）但是，土壤养分图的准确性决定于取样方法和取样密度叭 一般以 100m 的间距为宜［7］。
图：图MM科(MB3 网格取样间距与成本的关系 ）2.2 室内养分分析从田间采集的土壤样品，须在室内经过风干、磨碎、过筛等处理，然后进行土壤养分的化学分析目前土壤养分的 化学分析方法很多［8］，但大部分都将土壤养分的形态分为三大类，第一类为土壤的有效养分，即能被作物立即吸收的土壤养 分；第二类为缓效养分，即经过简单转化被作物吸收的养分；第三类为迟效养分，即经过长时间转化才能为作物吸收的养分 根据土壤养分图制作目的不同，土壤养分分析方法也不同，当用于土壤养分管理时，最好选择土壤的有效养分，而用于土壤 评价时，可选用土壤的缓效养分或迟效养分需要注意的是，不同的养分种类、不同养分形态，其分类方法都不相同不同 的分析方法，其测定值的分类也不同所以，在制图时，养分种类、养分形态、分类指标等均应匹配本文举例中使用的是 土壤养分系统研究法（ASI）的测定方法，其养分的分类也与之对应2.3 建立土壤养分数据库土壤养分数据库建立的方法很多，不同的数据库平台，其方法各异当土壤养分仅用于土壤养分制图时，可建立较 为简单的数据库，或将电子表格的养分数据存为数据库格式的文件即可，在 Arc/Info 平台上制图时，最好将土壤养分的分 析数据存为Dbase III文件格式。
为了和Arc/Info较好地实现链接，土壤养分数据库可转化为info文件，命令为:arc： dbaseinfo nutrient.dbf nutrient.dat (nutrient.dbf 为土壤养分数据库库文件名，nutrient.dat 为 info 文 件名）2.4 采样点坐标导入，建立采样点图层土壤养分的田间采样结束后，在土壤养分分析的同时，即可建立采样点图层，根据采样时是否使用GPS，这里将其分为 两类介绍2.4.1 使用 GPS 时的采样点图层建立当采用GPS定位的方法采取土壤时，每一个采样点均有一个样品编号和X、Y的坐标，如表1,这时，在EXCEL上将其 保存为CSV格式（逗号分隔）文件，并将文件复制到Arc/Info的工作目录下，然后运行下列命令：Arc: generate ptcov （建立一个名为 ptcov 的图层）Generate: input pt.file （从文件 pt.file 上导入样点号与样点坐标）Generate: points （输入导入属性，其中： point 为点、 line 为线、 poly 为多边形）Generating points...Generate: quit （退出）Externalling BND and TIC...此时，土壤采样点的编号与坐标全部导入Arc/Info系统，为了和土壤养分数据库实现链接，需要给土壤采样点图层建 立拓扑关系。
可用以下命令：Arc: Build ptcov point （给名为ptcov的图层文件建立点属性的拓扑关系）建立拓扑关系后，在工作目录中形成一个名为ptcov.pat的属性文件，该属性文件含有AREA、PERIMETER、PTCOV#和 PTCOV-ID 四个字段，其中 PTCOV-ID 字段为样点编号，arc： dbaseinfo nutrient.dbf nutrient.dat （nutrient.dbf 为土 壤养分数据库库文件名， nutrient.dat 为 info 文件名）2.4 采样点坐标导入，建立采样点图层土壤养分的田间采样结束后，在土壤养分分析的同时，即可建立采样点图层，根据采样时是否使用GPS，这里将其分为 两类介绍2.4.1 使用 GPS 时的采样点图层建立当采用GPS定位的方法采取土壤时，每一个采样点均有一个样品编号和X、Y的坐标，如表1,这时，在EXCEL上将其 保存为CSV格式（逗号分隔）文件，并将文件复制到Arc/Info的工作目录下，然后运行下列命令：Arc: generate ptcov （建立一个名为 ptcov 的图层）Generate: input pt.file （从文件 pt.file 上导入样点号与样点坐标）Generate: points （输入导入属性，其中：point为点、line为线、poly为多边形）Generating points...Generate: quit （退出）Externalling BND and TIC...此时，土壤采样点的编号与坐标全部导入Arc/Info系统，为了和土壤养分数据库实现链接，需要给土壤采样点图层建 立拓扑关系。
可用以下命令：Arc: Build ptcovpoint （给名为 ptcov 的图层文件建立点属性的拓扑关系） 建立拓扑关系后，在工作目录中形成一个 名为ptcov.pat的属性文件，该属性文件含有AREA、PERIMETER、PTC0V#和PTCOV-ID四个字段，其中PTCOV-ID字段为样点 编号，该编号可以作为以后链接的关键字段2.4.2不使用GPS采样时的点图层建立不使用GPS采样时，须将采样点精确标记在大比例尺的地形图上，然后通过地图的数字化，将土壤采样点导入GIS,这 样也可以得到网格采样点的绝对坐标（大地坐标）和相对坐标具体步骤为：1）建立图层文件arc： create ptcov （建立一个名为 ptcov 的图层文件）arc： info （进入 Info 模块，注意在该模块下，输入的符号必须是大写）ENTER USER NAME> ARCENTER C0MM0ND> SEL PTCOV.TIC （选择名为PTCOV.TIC的文件，该文件为新建图层的控制点文件）ENTER COMMOND>ADD （增加控制点，控制点不得少于4个）IDTIC, XTIC,YTIC （手工输入控制点的编号、 X 坐标、 Y 坐标）[ENTER] （控制点输入结束）ENTER C0MM0ND> SEL COVER.BND （选择名为PTCOV.BND的文件，该文件为新建图层的边界文件）ENTER COMMOND> UPDATE （更新边界）?> XMIN = XXXXX?> YMIN = XXXXX?> XMAX = XXXXX?> YMAN = XXXXXRECNO?> [ENTER]ENTER COMMOND>Q STOP（输入X坐标的最小值）输入 Y 坐标的最小值）输入 X 坐标的最大值）输入 Y 坐标的最大值）（按回车键退出输入）（退出Info模块）Arc>至此，建立了采样点图层和图层的控制点文件和边界文件。
2）数字化采样点建立好采样点文件后，可在数字化仪上将采样点数字化，也可进行屏幕数字化 这里主要介绍在数字化仪上进行数字化的基本步骤，其基本命令如下：Arc： & station 9100 （运行数字化仪的驱动程序）Arc：ae （进入图层编辑模块）Arcedite： ec ptcov （编辑 ptcov 图层）Arcedite： de tic ids （显示控制点及编号）Arcedite： draw （显示图形）Arcedite： coordinate digitizer ptcov （用数字化仪上的鼠标进行数字化ptcovl图层）然后，将数字化仪上的鼠标放在TIC点上，先按TIC的编号，然后按A键，再按B键依次按下其它TIC，最后按0和A 结束屏幕出现误差值以后用下列命令进行数字化：Arcedite： add增加点）Arcedite：nodesnap closest 20（设定最小点误差）Arcedite：arcsnap on 5 （设定最小线误差）Arcedite：intersectarcs all（将线交叉点设为一个 node）Arcedite：ef point （编辑点属性）数字化点时，1为point,数字化线时，2为node点，1为vertex点。
均经9结束Arcedite： save （保存文件）数字化采样点结束后，用build命令建立图层的拓扑关系（同2.4.1）3）属性赋值通过数字化仪数字化的样点，其编号是按数字化的顺序编排的为了能有一个字段与土壤养分数据库相链接，就需要在点文件的属性数据库中增加一个字段，以便和土壤养分数据库链接增加字段的命令为Arc： additem ptcover.pat ptcover.pat num 4 4 b以上命令的意义为在ptcover.pat文件中增加一个名为num的字段，宽度为4个字节，显示宽度也为4个字节，为字节 型增加好字段后，需要给该字段赋值，赋值的命令为：Arc：aeArcedite： display 9999 3Arcedite： ec ptcovArcedite： drawArcedite： ef pointArcedite： & term 9999Arcedite： forms此时，在屏幕上开出一个fo。