摘要根據(jù)44個表層土壤（0～20 cm）樣點速效磷的化驗數(shù)據(jù)，應用地統(tǒng)計學的基本原理和方法，結合GIS技術，研究名山縣城東鄉(xiāng)漂洗水稻土速效磷在田間尺度下的空間變異規(guī)律及其影響因素。結果表明：研究區(qū)土壤速效磷含量為16.51±15.85 mg/kg，具有較強的變異性；速效磷具有中等空間相關性，空間插值結果呈塊狀分布；pH、坡向與速效磷含量相關性不顯著，而坡度與速效磷含量呈極顯著負相關關系，有機質、高程與速效磷含量均呈極顯著正相關關系，表明高程、坡度與有機質對速效磷含量具有比較明顯的影響。

關鍵詞漂洗水稻土；速效磷；田間尺度；空間變異

中圖分類號S511文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）01-00102-05

作者簡介彭滔（1989-），男，重慶人，碩士研究生，研究方向：景觀生態(tài)，Email：236404727@qq.com。

收稿日期20131205土壤速效磷（SAP）作為磷的一種常見形態(tài)，是標志土壤磷素供應水平的重要指標之一，對作物的生長發(fā)育及作物產(chǎn)量有重要影響。研究區(qū)所在的名山縣素有雅安“糧倉”之稱，盛產(chǎn)茶葉，是全國重要的茶葉生產(chǎn)基地，因此對研究區(qū)土壤速效磷空間變異規(guī)律進行研究，對改良土壤和發(fā)展當?shù)厣a(chǎn)具有指導意義。地形因子與土壤中物質的運移有著緊密的聯(lián)系，會影響土壤中元素的分布情況[1]。雖然磷素在土壤中的移動是很微弱的，但是在長期的成土和利用過程中土壤磷素不僅形成大的地帶性差異，而且在一個局部范圍內，也可以通過淋溶、淀積和人為活動而重新分布，在丘陵地區(qū)這種局部變異很明顯[2]。地統(tǒng)計學已被證明是分析土壤性狀空間分布和空間異質性的最有效方法之一。它彌補了以概率論為基礎的經(jīng)典統(tǒng)計分析方法在結構和過程分析方面的不足[3]。

以往關于磷素空間變異特征的研究，大多集中在大尺度方面，在微尺度方面的研究相對較少。多數(shù)學者認為，在大尺度下土壤速效磷含量主要受成土母質、海拔、坡度、氣候差異、土壤侵蝕程度和土地利用方式等因素的影響[4-5]。但，對于田間尺度下利用方式、地形地貌等差異都較小的研究區(qū)，其土壤速效磷含量及影響因素是否與其他區(qū)域相似以及有無其特殊性等問題是值得探討的內容[6]。筆者擬在前人研究的基礎上，主要運用土壤學、測量學、統(tǒng)計學和地理信息系統(tǒng)（GIS）知識，在對研究區(qū)地形進行測量和對土壤進行采樣分析的基礎上得到研究區(qū)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，利用空間數(shù)據(jù)制作數(shù)字高程模型（DEM）以提取地形因子，利用ArcGIS空間插值實現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)的融合。然后，運用ArcGIS中地統(tǒng)計學分析組件對土壤速效磷進行空間分析，綜合利用ArcGIS、SPSS、Excel等軟件統(tǒng)計分析各種因子對研究區(qū)土壤速效磷空間變異的影響，從而為土地利用規(guī)劃，養(yǎng)分的精準化管理提供科學依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況研究區(qū)位于雅安市名山縣城東鄉(xiāng)雙田村四組境內國道318線與成雅高速公路之間，處于第四級階地上，地勢西南低其他三面高，呈喇叭形向西南開口，屬于緩丘地形、丘陵臺地地貌，海拔在450～550 m，面積約1.8 hm2。區(qū)內主要土壤為白鱔泥，地塊多為水田改造而成的茶園。研究區(qū)內國道318線自南部經(jīng)過，成雅高速公路自東北向西南方向經(jīng)過，東北側有一鄉(xiāng)道和幾處居民點。

1.2研究方法

1.2.1DEM的獲取和地形因子的提取。采用尼康全站儀對研究區(qū)進行研究區(qū)進行三維坐標的測定，得到以此作為生成研究區(qū)DEM的基礎數(shù)據(jù)。在具體操作中，將第一站坐標假設為一個已知點（500，500，500）。并且根據(jù)羅盤定位及測站位置，估算一個坐標方位角，進而測出各個研究區(qū)特征點的坐標和高程。DEM獲取是將研究區(qū)的特征點三維坐標數(shù)據(jù)建立要素類，在ArcGIS9.0中將要素類轉化為TIN，并由TIN生成DEM（圖1）。在DEM上，分別提取研究區(qū)高程、坡度、坡向等地形因子。

1.2.3數(shù)據(jù)分析方法。

1.2.3.1特異值的識別與處理和經(jīng)典統(tǒng)計學分析。由于特異值的存在會造成變量連續(xù)表面的中斷，影響變量的分布特征，因此采用域法識別特異值，即樣本平均值加減3倍標準差（S），在區(qū)間[-3S，+3S]以外的數(shù)據(jù)均定為特異值，然后分別用正常的最大值和最小值代替特異值[9]。文中，利用SPSS Statistics17.0軟件對研究區(qū)域44個土壤樣本進行描述性統(tǒng)計，并對速效磷與地形因子、土壤pH、有機質含量等影響因素進行相關分析。

1.2.3.2地統(tǒng)計學分析和空間插值。采用ArcCatalog工具對采樣點建立屬性數(shù)據(jù)庫，由數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建要素類實現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)的融合。常規(guī)統(tǒng)計不能全面反映研究區(qū)速效磷空間分布的結構性和隨機性。為了更直觀地了解研究土壤速效磷空間變異特征，筆者利用ArcGIS9.0中地統(tǒng)計分析模塊對速效磷進行趨勢分析，然后用GS+9.0軟件計算速效磷半方差函數(shù)，進行空間變異分析。通過分析，選擇擬合度較好的模型進行插值，獲得研究區(qū)速效磷含量分布圖[10]。運用區(qū)域統(tǒng)計功能，實現(xiàn)對經(jīng)典統(tǒng)計分析和地統(tǒng)計學分析的驗證。

2結果與分析

2.1土壤速效磷、pH、有機質統(tǒng)計分析排除和更正特異值后，利用SPSS Statistics17.0軟件對研究區(qū)44個樣點數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，初步了解其分布信息，便于空間插值分析。

由表1可知，速效磷含量為（16.51±15.85）mg/kg，變異系數(shù)為96.00%。按照反映離散程度的變異系數(shù)大小，可以將土壤變異性進行粗略分級：變異系數(shù)<10%為弱變異性，10%～100%為中變異性，>100%為強變異性。依此得出研究區(qū)土壤速效磷含量相對于其均值離散程度較高，在水平方向上呈強變異性[11]。速效磷含量偏度值和峰度值較大，表明原始數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布，所以需要對數(shù)據(jù)進行轉換。由圖3可知，研究區(qū)土壤速效磷數(shù)據(jù)經(jīng)對數(shù)轉換后符合正態(tài)分布。由于研究區(qū)范圍較小、成土母質相似且基本上都是由稻田改造而成的茶園，所以土壤養(yǎng)分受氣候、母質和用地類型的影響較小。這表明土壤速效磷含量受到外部的強烈影響。該區(qū)土壤呈強酸性，pH為3.03～5.59，均值為4.25，變異系數(shù)在3項指標中最小，表明pH受外部的影響較弱。土壤有機質含量為1.67%～6.05%，均值為3.63%，有機質含量偏低。

根據(jù)以上理論，我們可以分析出研究區(qū)土壤速效磷含量的空間異質性。研究區(qū)塊基比在25%～75%之間，說明速效磷含量具有中等空間相關性，空間變異受結構性因子和隨機因子的共同影響。結構性因子包括土壤形成過程中的成土母質、地形、地下水位及形成的土壤類型等因素；隨機因子是指土壤管理過程的施肥、種植的作物、耕作栽培措施等[3]。研究表明，研究區(qū)土壤35.5%受結構性因子的影響，64.5%受隨機因子的影響。這將在后面的相關分析中得到驗證。

2.4空間分布特征分析由于ArcGIS9.0中沒有線性模型，用普通克里格方法采用同樣參數(shù)下的球狀模型進行擬合，得到研究區(qū)速效磷含量空間分布圖（圖6）。插值結果中，平均值（MS）為13.11；均方根預測誤差（RMS）為4.27；平均標準誤差（ASE）為4.99；標準均方根預測誤差（RMSS）為0.943 8。由圖6可知，土壤速效磷空間分布呈塊狀分布。速效磷含量分布符合趨勢分析的預測，高值（20 mg/kg以上）區(qū)域沿研究區(qū)縱軸南北向分布，南方高于北方，低值（15 mg/kg以下）區(qū)域沿研究區(qū)橫軸東西向分布，東部高于西部?？傮w上，研究區(qū)速效磷含量有以西南部為中心向外遞增的趨勢，在東南方向上增幅最明顯。結合研究區(qū)地形圖對比，發(fā)現(xiàn)速效磷含量<10 mg/kg的區(qū)域和>30 mg/kg的區(qū)域分別對應研究區(qū)地形的低洼處和制高點。因此，可以初步推斷研究區(qū)速效磷含量與高程值呈正相關關系。這將在后面的相關性分析得到驗證。研究區(qū)速效磷含量集中在10～30 mg/kg之間，含量低于10 mg/kg和高于30 mg/kg的土壤面積很小，含量在15 mg/kg以上的區(qū)域約占整個研究區(qū)的75%。根據(jù)全國土壤普查辦公室《中國土壤普查技術》[13]對磷素含量分級標準，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)的速效磷含量較豐富。

安徽農(nóng)業(yè)科學2014年圖6研究區(qū)速效碳空間分布2.5土壤速效磷影響因素分析由于土壤速效磷含量受結構性因子和隨機因子的共同影響，僅研究土壤速效磷與高程、坡度、坡向等地形因子及pH、有機質等土壤自身性質的關系。

2.5.1地形因子。為了探究土壤速效磷與地形因子的相關性，必須首先對地形因子進行分級。地形因子分級建立在研究區(qū)微地形的基礎上，以體現(xiàn)研究區(qū)域地形特征、符合自然規(guī)律為原則[14] 。根據(jù)研究區(qū)高程特點，將高程的分為484～487、487～490、490～493、493～496、496～499、499～502 m 6個等級。坡度的劃分參考國際地理學會地貌調查與制圖委員會提議使用的7級劃分方案，分為0°～2°、2°～5°、5°～15°、15°～25°、25°～35°、35°～55°、>55°7個等級[15]；坡向分為東（90°）、南（180°）、西（270°）、北（0°）、東北（45°）、東南（135°）、西北（315°）、西南（225°）8個方向[16]。將按照上述標準提取的高程、坡度、坡向分布圖與土壤速效磷含量分布圖疊加分析，得到與各地形因子對應的速效磷含量屬性數(shù)據(jù)庫，通過ArcGIS9.0空間分析里的區(qū)域統(tǒng)計功能計算不同等級的土壤速效磷含量的平均值，得到不同高程、坡度、坡向的土壤速效磷含量的平均值。然后，利用SPSS Statistics17.0軟件計算土壤速效磷與各地形因子的Pearson簡單相關系數(shù)，結果見表2。

2.5.1.1高程。由表2可知，土壤速效磷與高程呈0.01水平顯著正相關關系，表明高程對速效磷分布的影響具有重要意義。按照上述高程劃分方案，ArcGIS 9.0 空間分析區(qū)域統(tǒng)計結果（圖7）表明，496 m以下速效磷含量隨高程降低而迅速減少，而在496 m以上速效磷變化趨緩，并最終穩(wěn)定在23 mg/kg左右。結合研究區(qū)等高線圖和實地調查，發(fā)現(xiàn)496 m以下的區(qū)域在研究區(qū)多集中在溝谷和谷底部分，這一部分不易耕作且水流易匯集，水流對土壤沖蝕比較強烈，造成速效磷的嚴重流失；而在496 m以上區(qū)域多為水平茶園，水流沖蝕較均勻且耕作條件相近，造成速效磷含量差異不大。

3結論

研究表明，土壤速效磷數(shù)據(jù)呈對數(shù)正態(tài)分布，其含量為16.51±15.85 mg/kg；研究區(qū)域土壤速效磷具有較強的變異性，表明該區(qū)域土壤受到較大的外源影響。研究區(qū)土壤速效磷含量具有中等空間相關性，土壤速效磷空間變異35.5%受結構性因子的影響，64.5%受隨機因子受自然因素的影響，受人為因素影響較大。研究區(qū)速效磷含量分布有以西南部為中心向外遞增的趨勢，在東南方向上增幅最明顯。坡度與速效磷含量呈005水平顯著負相關關系，高程與速效磷含量呈005水平顯著正相關關系，而pH、坡向與速效磷含量相關性不顯著。有機質含量對速效磷有比較明顯的影響，可能是由于農(nóng)業(yè)耕作和施肥造成有機質和速效磷含量005水平顯著相關。

研究還表明，研究區(qū)速效磷含量比較豐富但不均衡，具有強變異性和中等程度空間相關性。速效磷的空間變異受結構性因子和隨機因子的共同影響，受高程、坡度和有機質含量的影響較大，水土流失和人為耕作、施肥對速效磷含量的高低具有決定作用。上述研究成果可為及時、準確地為研究區(qū)定位施肥、土壤改良以及其他管理提供一定參考。

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