土壤作为一个时空连续的变异体,具有高度的空间异质性。土壤肥力状况是影响烟叶产量与质量的重要因素。因此,精确的掌握田间土壤特性的空间分布状况,确定合理的土壤养分管理单元,并以此调整相应的肥料投入量,是实现烟田土壤精准管理的基础。对确保烟草产业稳步发展,烟叶质量不断提高,烟农增产增收都具有重要的意义。地理信息系统(GIS)具有较强的空间数据管理功能,地统计学则具有较强的空间分析功能,二者的结合可以取长补短,充分发挥各自的优势,揭示植烟土壤肥力的空间变异特征。本研究基于GIS和GPS定位技术,结合网格取样,用地统计学方法研究了河南省洛宁县王岭现代烟草示范基地植烟土壤养分的空间变异规律,并绘制了土壤养分空间分布图。农田土壤养分时空变异特征进行研究的基础上,对植烟土壤属性的农田精确管理分区研究,采用模糊c-均值聚类算法(FCM),用以评价植烟土壤养分分区管理的可行性,为实现烟区土壤的差异化管理奠定了基础。主要研究结果如下:(1)在整个研究区域内:有机质和碱解氮的平均含量为13.49 g/kg和65.39 mg/kg,属偏低范围,全氮的平均含量为0.743 g/kg,属于低范围;土壤速效磷的平均含量为9.88 mg/kg,属于适宜范围;速效钾的平均含量为158.8 mg/kg,属于高范围。土壤速效微量元素中,速效铁、速效铜和速效锌的平均含量分别为3.27 mg/kg、0.256 mg/kg和0.244 mg/kg,属于很缺范围;速效锰的平均含量为7.11 mg/kg,属于适中范围。土壤各指标存在不同程度的变异,变异范围在4.43~39.3%。土壤pH值和碱解氮的变异系数分别为4.43%和9.2%,均小于10%,属于弱变异;其他的土壤养分变异系数为17.36-39.3%,均属于中变异,土壤全磷、速效磷和速效锌的变异系数较大,土壤养分的最大差异率为25.08-423.4%,其中pH值最小,为25.08%。偏态检验除pH值外均为正值,表明分布曲线以向左侧倾斜为主;对土壤养分用K-S正态分验概率进行检验,除速效钾外,其他各养分的K-S值均大于5%,达到显著水平,呈正态分布;速效钾为偏态分布,经对数转化后,服从对数正态分布。(2)在研究区域内,大部分植烟土壤养分间存在显著或极显著的相关关系。除碱解氮和速效铜外,所有的养分属性均与土壤pH值存在负相关关系,表明在一定程度上降低土壤pH值能够提高各养分的含量及有效性,土壤有机质与速效铜存在极显著的负相关,与全钾、速效钾和速效磷、全氮、碱解氮、全磷和速效铁、锰、锌存在正相关,表明提高土壤有机质含量对提高其它养分的含量有促进作用。(3)对研究区域土壤养分属性进行半方差函数分析,研究土壤养分属性在空间上的变异特征。研究结果表明:植烟土壤养分要素除碱解氮表现为块金效应外,其余的土壤养分表现出明显的空间相关性,较好地拟合了地统计学模型,主要是球状模型、指数模型和线型模型,其中碱解氮为线型模型,pH值、全钾和速效铜理论模型与球状模型拟和较好,其决定系数为0.954、0.965和0.947,其余的土壤养分的理论模型均为指数模型,各模型决定系数较大,表明模型的拟合度高。pH值的基底效应为23.99%,小于25%,具有强空间相关性,说明在该研究区域内pH值的强烈空间相关性的变量说明其变异程度主要由结构性因素引起;碱解氮的基底效应为100%,说明在该采样尺度下不存在空间相关性;速效铁的基底效应为76.9%,其变量空间相关性很弱,说明其空间变异主要是人类活动引起的;其余土壤养分的基底效应为26.21-73.7%,具有中等的空间相关性,表明其变异是由结构性因素作用的结果;说明气候、母质、地形、土壤类型等结构因素使得植烟土壤的空间结构性增强。不同土壤养分的变程差异较大,介于43.5 m– 610.7 m之间,其中pH值相关距离最大,pH值达到610.7 m;土壤全氮、全磷、速效铜和速效锌的空间自相关距离次之,均在230m以上;土壤有机质、速效钾和速效锰的空间自相关距离较小,在50m以下。(4)从Kriging插值结果可知,在研究区域内,植烟土壤pH值呈现自西北向东南逐渐升高的趋势。速效钾和有机质含量在研究区域中心和东南角较高,植烟土壤碱解氮的最高或最低含量在研究区域内呈点块状分布,其含量在65.53-73.65mg kg-1的面积占研究区域面积的73.65%,主要分布在研究区域的西部和东南角的区域;植烟土壤速效磷含量在6.65mg kg-1-11.69 mg kg-1的占整个研究区域的86.59%,整个研究区域磷含量普遍较低,建议依据磷含量空间分布图,全区补施磷肥,以确保烟叶正常生长;植烟土壤速效钾含量在145.21-190.74 mg kg-1的面积占研究区域面积的70.45%,主要分布在研究区域的西部、中部和东部的部分区域。土壤微量养分含量空间分布图表明速效铁在研究区普遍严重缺乏,速效锰在研究区内含量较丰富,均处于中等含量偏高水平,速效锌含量在研究区内差异性较大,呈现零星分布,70%的地区含量处于偏低水平,速效铜在整个研究区内含量都处于中等偏上水平。故建议依据微量养分空间分布图,全区补施铁肥,西北和东南补施锌肥,以确保烟叶正常生长。通过土壤养分的空间格局,可以直观的了解烟田土壤养分的空间分布,为烟田土壤的差异化管理奠定了基础。(5)在充分了解研究区域土壤养分空间变异特征,并利用主成分分析法对原始数据进行压缩后,应用模糊c-均值聚类算法对研究区域烟田进行了精确的田间管理分区划分研究。主成分分析表明,提取了4个主成分,并且其特征值均大于1,即前4个主成分能把全部土壤指标提供信息的70.19%反映出来。因此,该研究利用主成分分析是科学的、可靠的。利用两个聚类效果评价指标模糊效果指数FPI和归一化分类墒NCE,确定了最适宜的分区数。结果表明,研究区域最佳分区数为3个,并对分区结果进行了评价和建立了施肥模型。