趙業(yè)婷，李志鵬，常慶瑞，齊雁冰，劉京

(西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西楊凌712100)

土壤速效養(yǎng)分是土壤所提供的易被作物吸收利用的營(yíng)養(yǎng)元素，其含量對(duì)作物的供肥強(qiáng)度有重要意義［1］。土壤速效氮、磷、鉀含量常作為土壤特性空間變異特征研究的對(duì)象，對(duì)其充分了解是土壤養(yǎng)分管理和合理施肥的基礎(chǔ)［1-12］。作物在生長(zhǎng)發(fā)育過程中，按照一定比例吸收土壤養(yǎng)分，土壤養(yǎng)分的比值研究可為平衡施肥提供有力借鑒。不同研究區(qū)、不同研究尺度下，引起土壤養(yǎng)分發(fā)生變異的因素存在較大差異［1-12］。已有區(qū)域研究多基于大、中采樣尺度，小尺度下的結(jié)構(gòu)特征易被掩蓋，樣本信息不充分，影響插值精度［13］。以往研究多側(cè)重于地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法及其參數(shù)的選取，而有關(guān)影響因子的系統(tǒng)定量分析較少，更缺乏土壤氮磷鉀比值的研究。本文選取西安市糧食主產(chǎn)區(qū)—西南郊區(qū)為研究區(qū)，該區(qū)在上世紀(jì)80年代土壤氮、磷俱缺，且氮磷比值過大，氮磷比例失調(diào)［14］;30年來，農(nóng)民對(duì)土壤的改造規(guī)模不斷增大、強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，為追求高產(chǎn)，施肥量急劇增加，勢(shì)必使得土壤養(yǎng)分比例發(fā)生較大變化，加劇了受納地表水體的富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì)，易產(chǎn)生環(huán)境壓力［15-16］。準(zhǔn)確了解土壤養(yǎng)分現(xiàn)狀及其影響因子，對(duì)提高西安市糧食生產(chǎn)能力具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文采用傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)學(xué)、地統(tǒng)計(jì)學(xué)與地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)相結(jié)合的方法，基于西安市耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評(píng)價(jià)項(xiàng)目，進(jìn)行高密度采樣，同時(shí)結(jié)合測(cè)土配方施肥項(xiàng)目中的“3414”田間試驗(yàn)成果，對(duì)研究區(qū)耕層土壤速效養(yǎng)分的空間變異性、豐缺格局和影響因素進(jìn)行定量研究與分析，以明確西安市土壤養(yǎng)分現(xiàn)狀及其障礙因素，為保護(hù)土壤環(huán)境、平衡施肥和提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本項(xiàng)研究在中國(guó)陜西省西安市的糧食主產(chǎn)區(qū)進(jìn)行，地理位置為東經(jīng) 107°59' 109°13'，北緯 34°00'～34°18'，區(qū)域面積 2134.39 km2，范圍包括長(zhǎng)安區(qū)、戶縣和周至縣的農(nóng)業(yè)區(qū)，土地墾殖率高達(dá)72%，糧食播種面積184128 hm2，糧食產(chǎn)量874950 t，占西安市總糧食產(chǎn)量的50%，農(nóng)用化肥施用折純量達(dá)110379 t，農(nóng)業(yè)機(jī)械化動(dòng)力達(dá)1358612 kw。該區(qū)位于渭河平原中部，南靠秦嶺山脈，北以渭河為界，是在地塹式構(gòu)造盆地基礎(chǔ)上，經(jīng)渭河干、支流沖積、洪積而成。地勢(shì)北低南高，海拔介于385 1160 m，平均473.68 m，自北向南依次分布著渭河河漫灘、渭河階地、黃土臺(tái)塬和山前洪積扇4種地貌類型。屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸季風(fēng)氣候，冷暖干濕，四季分明，年均降水量為620～670 mm。由于人們長(zhǎng)期耕作，堆起覆蓋的影響，在原來的自然褐土上覆蓋了數(shù)10 cm厚的熟化層，創(chuàng)造了新型的主要農(nóng)業(yè)土壤— 土，此外有少量潮土、淤土和黃綿土，土壤質(zhì)地以粘壤土為主，土壤pH值介于5.0～8.6。本區(qū)植被主要為大田農(nóng)作物，以小麥—玉米種植模式為主導(dǎo)，水源充足，灌溉便利，多為水澆地［14］。

1.2 土壤樣品采集與測(cè)定

遵照《中國(guó)耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程》(NY/T 1634-2008)，在2009年和2010年作物收獲后、施肥前，根據(jù)地形地貌、土壤性質(zhì)和管理水平等因素特點(diǎn)，以全面性、均勻性和可比性(以上世紀(jì)80年代第二次土壤普查時(shí)期的土壤樣點(diǎn)信息為參照)為原則，確定采樣單元。在每一采樣單元的0—20 cm土層上，根據(jù)單元形狀和大小確定適當(dāng)?shù)牟键c(diǎn)方法，長(zhǎng)方形地塊采用“S”法，近似正方形地塊采用“X”法或棋盤形布點(diǎn)。將采集的樣點(diǎn)土壤充分混勻后，用四分法留取1 kg土樣裝袋以備分析。本次共選取2990個(gè)有效土樣(圖1)，遍及60個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，50多個(gè)土種類型，平均樣點(diǎn)間距約為500 m。測(cè)定項(xiàng)目包括土壤有機(jī)質(zhì)，速效氮、磷、鉀及pH等，均采用常規(guī)方法測(cè)定［17］。

1.3 半方差函數(shù)及其模型選取標(biāo)準(zhǔn)

地統(tǒng)計(jì)學(xué)理論在眾多文獻(xiàn)中已有詳細(xì)的表述。半方差函數(shù)是其最核心的工具之一，是進(jìn)行克里格空間插值的基礎(chǔ)，用于分析區(qū)域化變量的變異特征及結(jié)構(gòu)性狀［18］。本研究應(yīng)用目前較為成熟的球狀、指數(shù)和高斯3種模型，以殘差平方和(RSS)最小、決定系數(shù)(R2)最大為原則，對(duì)試驗(yàn)半方差函數(shù)進(jìn)行擬合，獲取最優(yōu)的半方差函數(shù)理論模型及其具體參數(shù)。單一目標(biāo)變量的半方差函數(shù)式如下:

式中:r(h)是半方差函數(shù);h為兩樣本間的分離距離;z(xi)和z(xi+h)分別是隨機(jī)變量在空間位置xi和xi+h上的取值;N(h)為在分離距離為h時(shí)的樣本對(duì)總數(shù)。

圖1 土壤采樣點(diǎn)與數(shù)字高程模型分布圖Fig.1 Distribution map of soil sampling sites and DEM

1.4 土壤速效養(yǎng)分豐缺指標(biāo)

土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)是根據(jù)農(nóng)作物對(duì)肥料的生物反應(yīng)來確定。本研究在西安市耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評(píng)價(jià)與測(cè)土配方施肥項(xiàng)目的研究基礎(chǔ)上，利用項(xiàng)目調(diào)查與分析成果，針對(duì)主導(dǎo)糧食作物小麥和玉米，采用“3414”最優(yōu)回歸設(shè)計(jì)方案［19］，確定出作物耕層土壤速效養(yǎng)分的豐缺指標(biāo)(表1)。

表1 耕地土壤速效養(yǎng)分豐缺指標(biāo)(mg/kg)Table 1 Abundant indexes of soil available nutrients contents in farmland

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS19軟件分析土壤養(yǎng)分基本統(tǒng)計(jì)學(xué)特征、正態(tài)分布檢驗(yàn)，單因素方差分析和Pearson相關(guān)分析等。利用Minitab15軟件選取最優(yōu)的正態(tài)分布擬合參數(shù)p。在GS+9.0地統(tǒng)計(jì)軟件中分析和建立各土壤養(yǎng)分最優(yōu)半方差理論模型，輸出半方差函數(shù)圖。在 ArcGIS9.3軟件中的“Geostatistical Analyst”模塊進(jìn)行空間克里格插值，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分值由點(diǎn)到面;進(jìn)而在其“Spatial Analyst”模塊中進(jìn)行疊置操作，量化等級(jí)面積，統(tǒng)計(jì)各樣點(diǎn)與其對(duì)應(yīng)的居民點(diǎn)、主干道路、水系溝渠等環(huán)境因子的距離等;在“Layout View”下繪制各專題圖件。

2 結(jié)果與分析

2.1 基本統(tǒng)計(jì)特征

檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的正態(tài)分布是使用空間統(tǒng)計(jì)學(xué)克里格方法進(jìn)行土壤特性空間分析的前提。經(jīng)單一樣本K-S檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，原始數(shù)據(jù)集中土壤速效氮符合正態(tài)分布，速效鉀經(jīng)自然對(duì)數(shù)變換，土壤速效磷經(jīng)Box-Cox變換(P=0.50)后均符合正態(tài)分布，即 PK-S均大于0.05。研究區(qū)耕層土壤速效養(yǎng)分統(tǒng)計(jì)特征如表2所示。

表2 土壤速效養(yǎng)分含量統(tǒng)計(jì)特征Table 2 Statistical characteristics of soil available nutrients in farmland

當(dāng)前研究區(qū)耕層土壤速效氮、磷、鉀平均含量依次為 59.06 mg/kg，21.26 mg/kg，127.66 mg/kg，分別處于陜西省土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的第5、3、3級(jí)［14］。3項(xiàng)土壤速效養(yǎng)分均屬中等變異強(qiáng)度，其以速效磷的變異強(qiáng)度最大，極差比近60倍，分析其原因不僅與該地區(qū)不同部位的土壤類型，地形地貌有關(guān)外，也與磷在土壤中的化學(xué)行為及施磷肥狀況有關(guān)，因施入土壤中的磷移動(dòng)較小、當(dāng)季利用率低等原因，使土壤中磷的殘留較多，導(dǎo)致土壤中磷分布不均勻［8］;土壤速效鉀次之，速效氮變異系數(shù)最小。

上世紀(jì)80年代第二次土壤普查時(shí)期，研究區(qū)耕層土壤速效氮含量偏低，速效磷極缺，速效鉀豐盈(表1)［14］。經(jīng)30年的生產(chǎn)活動(dòng)，研究區(qū)土壤速效氮、鉀含量整體分別下降了9.70%、22.53%，子區(qū)降幅自東向西增大，遠(yuǎn)郊縣周至縣分別下降了18.27%、40.38%;土壤速效磷含量整體提升了172.17%，子區(qū)增幅自東向西明顯增大，周至縣增幅高達(dá)337.35%;可見，30年來研究區(qū)耕層土壤養(yǎng)分變化具有明顯的城鄉(xiāng)過渡特征。

2.2 半方差函數(shù)結(jié)構(gòu)

土壤速效養(yǎng)分半方差函數(shù)具體參數(shù)(表3)和半方差擬合圖(圖2)可知，各養(yǎng)分指標(biāo)在變程范圍以內(nèi)的點(diǎn)離理論模型曲線很近，且決定系數(shù)(R2)均達(dá)到0.90以上，表明本研究所選取的模型具有較高擬合精度。本采樣尺度下，研究區(qū)3項(xiàng)土壤速效養(yǎng)分的最優(yōu)半方差模型均為指數(shù)模型，塊金系數(shù)C0/(C0+C)均介于0.25～ 0.75，即表現(xiàn)為中等強(qiáng)度的空間相關(guān)性，其空間變異性是自然因素和人為因素共同作用的結(jié)果［18］。

表3 土壤速效養(yǎng)分半方差函數(shù)及插值精度Table 3 Parameters fitted by semivariogram models for soil available nutrients and interpolation accuracy

圖2 土壤速效養(yǎng)分半方差函數(shù)圖Fig.2 Semi-variogram maps of soil available nutrients

2.3 空間豐缺格局

基于符合正態(tài)分布的各土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)，選用各自最優(yōu)半方差函數(shù)理論模型及參數(shù)(表3)，運(yùn)用普通克里格插值方法，繪制研究區(qū)耕層土壤速效養(yǎng)分空間分布圖(15 m ×15 m，圖3)，其插值精度見表3。繼而以2009年耕地分布為本底，編制各行政單位的耕地土壤養(yǎng)分等級(jí)面積比例(表4)。

研究區(qū)耕層土壤速效養(yǎng)分空間差異顯著，高、低值區(qū)域分異明了，整體呈東西向變化，縣區(qū)間含量梯次變化明顯，表現(xiàn)出明顯的城鄉(xiāng)過渡的分布特征;縣區(qū)內(nèi)則多呈縱向變化且多團(tuán)狀鑲嵌結(jié)構(gòu)(圖3)。其中，土壤速效氮與速效鉀空間含量達(dá)到極顯著相關(guān)關(guān)系(r=0.474＊＊，P ＜0.01)，空間協(xié)同性強(qiáng)，含量大致呈西高東低態(tài)勢(shì);而土壤速效磷空間分布反向，即呈東高西低格局。從表4可以看出，整體上研究區(qū)土壤鉀素豐富;磷素較豐富，但其含量地域差異大即長(zhǎng)安區(qū)中等、戶縣與周至縣含量豐富;氮素整體水平不高，50.78%耕地存在虧缺，需積極補(bǔ)氮。各養(yǎng)分指標(biāo)具體空間分布特征如下:

土壤速效氮空間上整體呈以戶縣為中心的“幾”字形分布格局，字內(nèi)高外低，空間連續(xù)性較強(qiáng)，現(xiàn)含量基本處于40 ～80 mg/kg。40 60 mg/kg即“缺乏”水平的耕地面積比例達(dá)50.78%，集中分布于西部的周至縣和東部的長(zhǎng)安區(qū)的東、北部地區(qū);余下地區(qū)含量多集中在60～80 mg/kg，其中中部的戶縣和長(zhǎng)安區(qū)的馬王—細(xì)柳—杜曲—鳴犢一線以南區(qū)域含量以60～70 mg/kg為本底，70～80 mg/kg區(qū)域呈五大團(tuán)塊狀鑲嵌于其中，主要分布在靈沼、五竹、東大—五星—灤鎮(zhèn)以南、子午—太乙宮以南和楊莊。

土壤速效磷空間圖層層次簡(jiǎn)單，呈明顯的東高西低的梯次變化趨勢(shì)，含量基本處于10 ～30 mg/kg。10～20 mg/kg即“中等”水平區(qū)集中在高橋—蒼游—五竹—靈沼—灤鎮(zhèn)一線以東的區(qū)域，其次位于戶縣的祖庵與甘河，耕地面積比例共計(jì)40.23%，其中10 15 mg/kg區(qū)域集中分布在長(zhǎng)安區(qū)內(nèi)的王寺—斗門—興隆—黃良一線以東。20～30 mg/kg即“豐富”水平區(qū)，耕地面積比例達(dá)57.63%，分布在余下的戶縣與周至縣內(nèi)，其中20～25 mg/kg區(qū)域多分布在戶縣與周至縣的二曲、馬召及駱峪—翠峰—竹峪中部;25～30 mg/kg區(qū)域分布于周至縣余下的各鎮(zhèn)和戶縣的渭豐、澇店。＞30 mg/kg的“極豐富”區(qū)集中分布在河漫灘上四屯鎮(zhèn)的上、下屯村北部，只分布了1%的耕地。此外，≤10 mg/kg的“缺乏”地塊僅存在于長(zhǎng)安區(qū)內(nèi)，空間呈兩大斑塊即大兆的三益村、中兆村與新莊村以北地塊和杜曲的馮家村、寺坡村和牛家灣村，需積極增補(bǔ)磷肥。

土壤速效鉀空間分布呈明顯的西高東低格局，研究區(qū)及轄內(nèi)子區(qū)均以“豐富”水平即100～150 mg/kg為主體，其中周至縣與戶縣北部灘地和長(zhǎng)安區(qū)的斗門、王寺、五星—灤鎮(zhèn)以南地塊，含量以100～120 mg/kg為本底，120～50 mg/kg區(qū)域集中在余下的戶縣與長(zhǎng)安區(qū)的沖積平原上。＞150 mg/kg“極豐富”水平區(qū)主要分布于長(zhǎng)安區(qū)東部塬面上的炮里、鳴犢和魏寨及中南部的興隆、郭杜、韋曲和王曲，其次存在于戶縣的五竹、余下、秦渡及澇店—玉蟬—渭豐圍拱的區(qū)域，＞200 mg/kg的高值地塊僅分布在長(zhǎng)安區(qū)郭杜的張康村與杜回村。此外，≤100 mg/kg的“中等”水平區(qū)，耕地面積比例為17.50%，多集中在渭河灘地上的聯(lián)二、三村和長(zhǎng)安區(qū)的曹坊村。

圖3 土壤速效養(yǎng)分含量的空間分布圖Fig.3 Distribution maps of soil available nutrients contents

表4 耕地土壤速效養(yǎng)分豐缺面積比例統(tǒng)計(jì)(%)Table 4 Area ratios of farmland at different soil available nutrients plentiful-lack indexes

2.4 土壤速效氮磷鉀比值分布

第二次土壤普查中發(fā)現(xiàn)研究區(qū)大部分耕地土壤速效氮磷比值過大，特別是周至縣和戶縣的土壤氮磷比值高于4，嚴(yán)重失調(diào)，是限制作物產(chǎn)量的障礙因素之一［14］。本研究以耕層土壤速效氮磷比值為主考量，同時(shí)兼顧土壤鉀素，通過對(duì)養(yǎng)分插值圖進(jìn)行柵格運(yùn)算，繪制現(xiàn)今研究區(qū)土壤速效氮磷鉀比值分布圖(圖4)。經(jīng)過30年的耕作管理，土壤磷素得到有效補(bǔ)充，土壤氮磷鉀比值呈東高西低格局，其中土壤速效氮磷比值空間格局與第二次土壤普查時(shí)期呈反向趨勢(shì)，現(xiàn)今失調(diào)的高比值區(qū)(≥4)集中在長(zhǎng)安區(qū)的東部和南部，其中比值約為5的極高值區(qū)域分布于鳴犢、杜曲、子午、細(xì)柳、太乙宮等鎮(zhèn)，應(yīng)著重按比例施磷肥，以期提升增產(chǎn)效果。≤2的低比值區(qū)主要集中在周至和戶縣的北、南部，施磷肥效果差，需增補(bǔ)氮肥，其中比值約為1的極低值區(qū)域集中于周至縣內(nèi)即東部的尚村、九寨、終南、集賢和西部的侯家村、四屯、啞柏和青化等地，需著力加大氮肥施用比重。本區(qū)適宜的氮磷比值約3∶1，集中分布在戶縣和周至的司竹、富仁、樓觀、馬召、駱峪等鎮(zhèn)，這些區(qū)域施磷肥效果不穩(wěn)定，需在土壤速效養(yǎng)分豐缺狀況的基礎(chǔ)上，參考地塊作物產(chǎn)量等因素按比例進(jìn)行合理培肥，提高經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。

圖4 土壤速效氮磷鉀比值分布圖Fig.4 Soil available nutrients radio distribution map

2.5 影響因子分析

土壤養(yǎng)分空間差異是在內(nèi)外因子長(zhǎng)期共同作用下形成的。30年來，因城鎮(zhèn)建設(shè)等用途，研究區(qū)耕地面積下降了20%，而單位面積耕地化肥施用總量普遍提高了60% 70%，且以氮、磷肥投入為主，農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力提升了近一倍，高投入的耕作模式使得本區(qū)糧食產(chǎn)量普遍提高了30% 40%。本文在肯定培肥的重要影響下，以方差分析和Pearson相關(guān)分析相結(jié)合的方法定量分析該區(qū)土壤速效養(yǎng)分的主要影響因子(表5、表6)，有效指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

研究區(qū)影響因子間相互關(guān)聯(lián)著并表現(xiàn)出一定程度的一致性與繼承性特征。河漫灘，地下水位高，土壤堿性強(qiáng)(pH＞8)，多淤土、潮土分布，土壤質(zhì)地砂化;渭河階地，地勢(shì)平坦，水源充足，多 土分布，質(zhì)地較好，復(fù)種指數(shù)高，作物爭(zhēng)養(yǎng)矛盾大;黃土臺(tái)塬，河流交錯(cuò)，地形起伏，坡向以陽坡和半陰坡為主，水源相對(duì)不足，多黃綿土分布;南部的山前洪積扇區(qū)，地勢(shì)高，溫度低，生物作用弱，土壤有機(jī)質(zhì)積累多，多為粉砂質(zhì)粘壤土，土體構(gòu)型不良，產(chǎn)量低，經(jīng)濟(jì)回報(bào)率低［13-14］。

統(tǒng)計(jì)分析表明，影響因素中概念型因子如地貌類型、土壤類型、質(zhì)地和坡向?qū)ν寥浪傩юB(yǎng)分含量均有顯著的影響;數(shù)值型因子中距水系溝渠、主干道路及對(duì)應(yīng)居民點(diǎn)的距離等人為利用因素，有機(jī)質(zhì)含量和海拔高度等環(huán)境變量與養(yǎng)分含量間具有極顯著或顯著的相關(guān)關(guān)系。然而，不同養(yǎng)分在各影響因子內(nèi)的差異程度及變化規(guī)律存在明顯分異。土壤速效氮主要依次受地貌類型、土壤質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)及居民點(diǎn)位置的影響;速效磷則多受地貌類型、坡向、土壤質(zhì)地和居民點(diǎn)位置;速效鉀主要受土壤質(zhì)地、地貌類型、坡向、居民點(diǎn)位置與有機(jī)質(zhì)的影響。變化規(guī)律上，土壤速效氮和速效鉀含量大致隨質(zhì)地粘性的增加和由北向南的地形地貌變化而漸次增加，陰坡含量整體高于陽坡，且二者均與土壤有機(jī)質(zhì)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜0.01)，即土壤有機(jī)質(zhì)是土壤氮、鉀素的重要來源之一，與人為利用因素的距離呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P＜0.01)，即人為灌溉、施肥等管理模式精細(xì)化的地塊土壤氮、鉀素含量相對(duì)高(表6)。土壤速效磷的變化規(guī)律與上述反之，調(diào)查分析自第二次土壤普查以來，農(nóng)民深刻認(rèn)識(shí)到磷肥增產(chǎn)效果，尤其是遠(yuǎn)郊區(qū)普遍廣施磷肥，現(xiàn)今土壤速效磷含量較高，土壤耕層的磷素有明顯的下遷富集趨勢(shì)［16］。30年來，農(nóng)民的施肥側(cè)重方向與地形地貌大致相同，使得土壤速效磷與海拔等地形因子具有相對(duì)較高的相關(guān)性;土壤磷素空間移動(dòng)性雖小但因條件便利，人為活動(dòng)頻繁使得地塊產(chǎn)量一般較高，速效磷消耗較多，進(jìn)而使得其與人為利用因素呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜0.01)。

表5 不同因素下土壤速效氮、磷、鉀的方差分析Table 5 Variance analysis of soil available N，P and K for different factors

表6 土壤速效養(yǎng)分與環(huán)境變量間的相關(guān)分析Table 6 Correlations between soil available N，P and K contents and environment variables

3 結(jié)論與討論

通過對(duì)西安市糧食主產(chǎn)區(qū)耕層土壤速效養(yǎng)分空間特征及其影響因素的分析，發(fā)現(xiàn):1)當(dāng)前研究區(qū)耕層土壤速效氮基本處于40 80 mg/kg，速效磷處于10 30 mg/kg，速效鉀多處于100 150 mg/kg之間，土壤速效氮磷鉀比值介于1∶1∶2 5∶1∶15。四者的高低值區(qū)域空間分布明顯，基本呈東西向變化，縣區(qū)內(nèi)多呈縱向變化趨勢(shì)。2)與上世紀(jì)80年代相比，土壤速效氮、磷、鉀平均含量分別變化了-9.70%、172.17%和 -22.53%，變幅表現(xiàn)出城鄉(xiāng)過渡特征;土壤速效氮磷比值高低分布呈反向，高比值失調(diào)區(qū)集中于長(zhǎng)安區(qū)。3)在樣點(diǎn)間距約500 m的采樣尺度下，土壤速效氮、磷和鉀、氮均表現(xiàn)為中等強(qiáng)度的空間相關(guān)性，空間變異受地形地貌、土壤性質(zhì)等自然因素和施肥、灌溉質(zhì)量等人為因素的共同作用，其中人為因素起相對(duì)更為重要的作用。4)按照“3414”田間試驗(yàn)確定的養(yǎng)分豐缺度指標(biāo)，研究區(qū)耕地土壤速效鉀基本豐富，速效磷較豐富但區(qū)域變異大，土壤速效氮普遍缺乏，50.78%的耕地土壤速效氮在缺乏水平，49.22%的為中等沒有達(dá)到豐富的地塊。5)今后的農(nóng)業(yè)實(shí)踐中，應(yīng)密切關(guān)注土壤鉀的消耗、氮的有效補(bǔ)充和磷肥的控制，平衡土壤養(yǎng)分，提升區(qū)域經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。

本研究中土壤速效磷因人為施肥側(cè)重方向與地形地貌格局大致相同，從而可能使得其空間結(jié)構(gòu)性比重增加，塊金系數(shù)明顯低于土壤速效氮與鉀。因此，單純地從半方差結(jié)構(gòu)中推算影響因素及其影響程度是不充分的，很有必要系統(tǒng)定量地分析影響因素。目前的區(qū)域土壤速效養(yǎng)分研究多是基于大中尺度的采樣分析，樣本信息不充分，易影響插值精度。本研究基于高密度采樣，采樣間距約為500 m，結(jié)果相對(duì)更真實(shí)可靠。鑒于本研究區(qū)土壤速效養(yǎng)分含量與有機(jī)質(zhì)等屬性間存在極顯著相關(guān)性，可進(jìn)一步嘗試以有機(jī)質(zhì)等相對(duì)易獲取、穩(wěn)定的屬性為輔助變量在協(xié)同克里格法支持下提高土壤養(yǎng)分的估值精度及優(yōu)化采樣數(shù)量，服務(wù)于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。

［1］楊奇勇，楊勁松，劉廣明.土壤速效養(yǎng)分空間變異的尺度效應(yīng)［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，22(2):431-436.Yang Q Y，Yang J S，Liu G M.Scale-dependency of spatial variability of soil available nutrients［J］.Chin.J.Appl.Ecol.，2011，22(2):431-436.

［2］趙業(yè)婷，常慶瑞，李志鵬，張永貴.黃土高原溝壑區(qū)耕地土壤速效養(yǎng)分空間特征及豐缺狀況研究—以陜西省富縣為例［J］.土壤通報(bào)，2012，43(6):1438-1443.Zhao Y T，Chang Q R，Li Z P，Zhang Y G.Study on the spatial variability and distribution pattern of soil available nutrients in gully Loess Plateau farmland—Shaanxi Fuxian as an example［J］.Chin.J.Soil Sci.，2012，43(6):1438-1443.

［3］龐夙，李廷軒，王永東，等.土壤速效氮、磷、鉀含量空間變異特征及其影響因子［J］.植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2009，15(1):114-120.Pang S，Li T X，Wang Y D et al.Spatial variability of soil available N，P and K and influencing factors［J］.Plant Nutr.Fert.Sci.，2009，15(1):114-120.

［4］趙彥鋒，史學(xué)正，于東升，等.小尺度土壤養(yǎng)分的空間變異及其影響因素探討—以江蘇省無錫市典型城鄉(xiāng)交錯(cuò)區(qū)為例［J］.土壤通報(bào)，2006，37(2):214-219.Zhao Y F，Shi X Z，Yu D S et al.Spatial variation of soil nutrients and its affecting factors at small scale—A case study of Peri-urban areas in Wuxi Jiangsu Province［J］.Chin.J.Soil Sci.，2006，37(2):214-219.

［5］Zhang X Y，Sui Y Y，Zhang X D et al.Spatial variability of nutrient propertiesin black soilofNortheastChina［J］.Pedosphere，2007，17(1):19-29.

［6］Darilek J L，Huang B，Wang Z G et al.Changes in soil fertility parameters and the environmental effects in a rapidly developing region in China［J］.Agric.，Ecosys.Environ.，2009，129(1-3):286-292.

［7］王紅娟，白由路，魏義長(zhǎng).東北平原土壤速效養(yǎng)分狀況與分布研究［J］.中國(guó)土壤與肥料，2008，(2):19-23，39.Wang H J，Bai Y L，Wei Y C.Status and distribution of soil nutrients in Northeast plain［J］.Chin.Soils Fert.，2008，(2):19-23，39.

［8］崔瀟瀟，高原，呂貽忠.北京市大興區(qū)土壤肥力的空間變異［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26(9):327-333.Cui X X，Gao Y，Lü Y Z.Spatial variability of soil fertility in Daxing District of Beijing［J］.Trans.Chin.Soc.Agric.Eng.，2010，26(9):327-333.

［9］徐茂，王緒奎，顧祝軍，沈其榮.江蘇省環(huán)太湖地區(qū)速效磷和速效鉀含量時(shí)空變化研究［J］.植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2007，13(6):983-990.Xu M，Wang X K，Gu Z J，Shen Q R.Spatial-temporal variation of soil available P and K in Taihu Lake region of Jiangsu province，China［J］.Plant Nutr.Fert.Sci.，2007，13(6):983-990.

［10］王豹，龍懷玉，諸葛玉平，等.南方典型菜地土壤速效養(yǎng)分時(shí)空變異特征研究:以岳陽市君山區(qū)廣興洲鎮(zhèn)為例［J］.植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2009，15(3):551-558.Wang B，Long H Y，Zhuge Y P et al.Study on spatio-temporal variability of soil available nutrients in typical vegetable field of South China:a case study at Guangxingzhou，Junshan，Yueyang［J］.Plant Nutr.Fert.Sci.，2009，15(3):551-558.

［11］王宗明，張柏，宋開山，等.東北平原典型農(nóng)業(yè)縣農(nóng)田土壤養(yǎng)分空間分布影響因素分析［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2007，21(2):73-77.Wang Z M，Zhang B，Song K S et al.Analysis of related factors for soil nutrients in croplands of typical agricultural county，Northeast Plain，China［J］.J.Soil Water Conserv.，2007，21(2):73-77.

［12］趙軍，孟凱，隋躍宇，等.海倫黑土有機(jī)碳和速效養(yǎng)分空間異質(zhì)性分析［J］.土壤通報(bào)，2005，36(4):487-492.Zhao J， Meng K， Sui Y Y et al. Analysis for spatial heterogeneity of organic carbon and available nutrients in black soil region of Hailun county［J］.Chin.J.Soil Sci.，2005，36(4):487-492.

［13］趙業(yè)婷，常慶瑞，李志鵬，等.1983 2009年西安市郊區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)空間特征與變化［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013，29(2):132-140.Zhao Y T，Chang Q R，Li Z P et al.Spatial characteristics and changes of soil organic matter for cultivated land in suburban area of Xi’an from 1983 to 2009［J］.Trans.Chin.Soc.Agric.Eng.，2013，29(2):132-140.

［14］西安市土壤普查辦公室，西安市土壤肥料工作站.西安土壤［M］.西安:陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1988.Xi’an Soil Census Office，Xi’an Soil and Fertilizer Station.Xi’an soil［M］.Xi’an:Shaanxi Science Press，1988.

［15］全為民，嚴(yán)力蛟.農(nóng)業(yè)面源污染對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化的影響及其防治措施［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2002，22(3):291-299.Quan W M，Yan L J.Effect of agricultural non-point source pollution on eutrophication of water body and its control measure［J］.Acta Ecol.Sin.，2002，22(3):291-299.

［16］于世鋒，田全明，王艷麗.西安地區(qū)農(nóng)田土壤磷素的研究［J］.中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2004，20(1):167，192.Yu S F，Tian Q M，Wang Y L.Study on the soil phosphorus in Xi’an region［J］.Chin.Agric.Sci.Bull.，2004，20(1):167，192.

［17］鮑士旦.土壤農(nóng)化分析(第三版)［M］.北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2000.Bao S D.Soil and agro-chemistry analysis(3rd Ed.)［M］.Beijing:China Agricultural Press，2000.

［18］劉愛利，王培法，丁園圓.地統(tǒng)計(jì)學(xué)概論［M］.北京:科學(xué)出版社，2011.Liu A L，Wang P F，Ding Y Y.Introduction to geostatistics［M］.Beijing:Science Press，2011.

［19］付瑩瑩，同延安，趙佐平，等.陜西關(guān)中灌區(qū)夏玉米土壤養(yǎng)分豐缺及推薦施肥指標(biāo)體系的建立［J］.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2010，28(1):88-93.Fu Y Y，Tong Y A，Zhao Z P et al.The establishment of soil nutrient abundance and fertilizer recommendation index system for summer maize in Guanzhong Irrigation Areas，Shaanxi Province［J］.Agric.Res.Arid Areas，2010，28(1):88-93.