方 斌，吳金鳳

(1. 南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院， 南京 210023; 2. 中國科學(xué)院地理與資源研究所， 北京 100101)

作物種植前后土壤有機質(zhì)及養(yǎng)分因子的空間變異分析

方 斌1,*，吳金鳳1，2

(1. 南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院， 南京 210023; 2. 中國科學(xué)院地理與資源研究所， 北京 100101)

以作物土壤試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合多年的農(nóng)戶調(diào)查數(shù)據(jù)，采用Moran′s I指數(shù)分析、Pearson相關(guān)系數(shù)分析和Kriging插值3種地統(tǒng)計學(xué)方法，探討了浙江省浦江縣作物種植前后土壤有機質(zhì)及氮磷鉀等養(yǎng)分因子的空間演化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)Moran′s I指數(shù)分析證實隨著區(qū)域范圍的加大，各因子間自相關(guān)程度產(chǎn)生較大差異。這一點在Pearson相關(guān)系數(shù)分析中也得到證實，并在kriging插值圖中直觀表達。結(jié)果還表明：有機質(zhì)和堿解氮的形成與水的關(guān)系較為密切，水源區(qū)兩因子的含量較周邊高，且會促進前者向后者轉(zhuǎn)化。養(yǎng)分投入后，過多的養(yǎng)分在土壤中降解過程與區(qū)域自然環(huán)境條件的關(guān)系較密切。同一作物的農(nóng)戶養(yǎng)分投入在不同區(qū)域差異較大，不同作物的農(nóng)戶養(yǎng)分投入在區(qū)域內(nèi)卻存在量的相關(guān)。

作物種植前后；土壤養(yǎng)分；空間變異分析

土壤養(yǎng)分的空間變異規(guī)律可作為土壤資源合理利用與改良、精準(zhǔn)施肥和環(huán)境物質(zhì)修復(fù)的基本依據(jù)[1- 3]。土壤的變異來源可分為系統(tǒng)變異和隨機變異, 其中前者可認為是由母質(zhì)、氣候、水文、地形、生物等相對穩(wěn)定的因素產(chǎn)生，后者可認為是由不同土地利用方式和行為，以及取樣、分析等的誤差產(chǎn)生[4- 6]。大量的研究表明地統(tǒng)計學(xué)方法能較好地揭示土壤異質(zhì)性機理[7- 11]。近幾年, 國內(nèi)外學(xué)者對不同尺度( 鄉(xiāng)鎮(zhèn)級、村級、田間尺度和微尺度) 的土壤性質(zhì)( 土壤水分、鹽分、養(yǎng)分、理化性質(zhì)及生物學(xué)性質(zhì)等)進行了廣泛研究, 如，連綱等通過對黃土高原縣域土壤養(yǎng)分空間變異分析后，認為不同土地利用類型的養(yǎng)分含量差異顯著，水田和川地的有機質(zhì)和全氮含量較高，全磷含量以梯田最高。高義民等通過對黃土區(qū)村級農(nóng)田土壤養(yǎng)分空間變異特征分析，認為施肥是導(dǎo)致該村土壤養(yǎng)分空間變異性的主要原因。張博等通過對江蘇灘涂圍墾區(qū)土壤養(yǎng)分空間變異分析得出該區(qū)域應(yīng)多施有機肥和氮肥，少施或不施鉀肥和磷肥的結(jié)論。這些研究都在一定程度上揭示了土壤有機質(zhì)、水解氮、速效磷、速效鉀等土壤因子在各自環(huán)境區(qū)內(nèi)的空間變異規(guī)律[12- 19]。在方法論的研究上，GIS技術(shù)被引入進行景觀空間異質(zhì)性分析，并將景觀斑塊結(jié)構(gòu)、形態(tài)、數(shù)量的變化特征，作為景觀連通性、穩(wěn)定性和破碎化的重要依據(jù)[20- 24]。但是，運用地統(tǒng)計學(xué)方法探討作物種植前后土壤養(yǎng)分空間變異性的文獻則鮮有發(fā)現(xiàn)。本文以浦江縣作物土壤試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合多年的農(nóng)戶調(diào)查數(shù)據(jù)，以地統(tǒng)計學(xué)方法為工具，探討作物種植前后土壤有機質(zhì)及其養(yǎng)分因子的空間演化規(guī)律，為不同區(qū)域作物養(yǎng)分合理實施與種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整進行分區(qū)指導(dǎo)提供理論依據(jù)。

1 研究對象與方法

1.1 研究區(qū)簡介

圖1 浦江縣的地理特征Fig.1 Geographical Feature of PuJiang county

浙江省浦江縣位于浙江省中部偏西，金衢盆地的北緣，是浦陽、壺源兩江之發(fā)源地。地理坐標(biāo)界于東經(jīng)119°42′—120° 07′、北緯29°21′—29°41′。東西寬39.25 km，南北長36.5 km。全縣土地面積為907.6637km2。境內(nèi)地貌分西北山區(qū)和浦江盆地兩大類型。西北部山區(qū)屬浙中丘陵山地地貌，以低、高丘為主。浦江盆地屬于金衢丘陵盆地地貌。以平畈、崗地、低丘為主。根據(jù)海拔高度和農(nóng)業(yè)利用特點可將浦江的地形分這平原區(qū)(海拔<150 m)、半山區(qū)(150 m<海拔< 500 m)、中低山區(qū)(海拔>500 m)，符合“七山二水一分田”中國東部地形特征。

浦江縣屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，氣溫適中，光照充足，雨量豐沛，自然資源豐富。由于農(nóng)業(yè)用地分別鄰近浦陽江、壺源江和大陳江，因而又形成3種小氣候帶，分別是浦江盆地溫暖少雨區(qū)(Ⅰ區(qū))、壺源江谷溫和次多雨區(qū)(Ⅱ區(qū))、中低山溫涼多雨區(qū)(Ⅲ區(qū))(見圖1)。各氣候帶特征見表1。

浦江縣區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展水平略高于全國平均水平，隨著產(chǎn)業(yè)擴張速度的不斷加快，耕地保護的壓力也面臨前所未有的挑戰(zhàn)如何優(yōu)化區(qū)域資源是亟待解決的重要問題。本研究正是在歐盟項目IRMLA (綜合農(nóng)業(yè)資源管理與土地利用分析)成果的基礎(chǔ)上，以正在執(zhí)行的國家基金為支助，以連續(xù)10a的農(nóng)戶土地利用與管理的調(diào)查數(shù)據(jù)和土壤、作物的試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，探討縣域農(nóng)地資源的優(yōu)化利用。

表1 浦江各農(nóng)業(yè)氣候帶的主要土壤特征

C:粘性Cohesive soil;L:壤性Loam soil;CL:粘壤性Cohesive and Loam soil;EL:海拔Elevation;MAT:年平均溫度Mean annual temperature;ARF:年降雨量Annual rainfall;AT: 積溫Accumulated temperature;T:類型Type;CT:質(zhì)地Character;SL:表層Surface layer,;OM:有機質(zhì)Organic matter

1.2 主要研究方法

1.2.1 土地利用與管理調(diào)查

(1)調(diào)查方法

在浦江縣選取了107個代表性農(nóng)戶進行調(diào)查，農(nóng)戶的選取采取點、線、面相結(jié)合的方式。面：盡量做到覆蓋面廣。將全縣分3片：平原、半山區(qū)、中低山區(qū)，并兼顧到全縣的每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。同時把農(nóng)作物種類和種植面積、各地氣候差異、典型產(chǎn)品和重點產(chǎn)業(yè)相結(jié)合綜合考慮，盡量做到平衡。線：以公路為一線，池塘、溝渠為二線，山間小路為三線。點：除考慮各種不同的作物外，還兼顧好、中、差3類生產(chǎn)水平的農(nóng)戶。具體調(diào)查點分布見圖1。在調(diào)查人員的安排上，采取鄉(xiāng)鎮(zhèn)從事農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣專業(yè)人員和在校教師、研究生相結(jié)合的方式，根據(jù)選取的農(nóng)戶、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、逐戶調(diào)查。

(2)調(diào)查內(nèi)容

在調(diào)查之前先設(shè)計詳細的調(diào)查表，與本研究相關(guān)的主要內(nèi)容包括：1)農(nóng)戶家庭土地利用方式與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理，包括養(yǎng)分投入，特別是N投入；2)農(nóng)戶耕種田塊的基本信息，如：種植面積、規(guī)模化程度、地形條件、地理位置、土壤性質(zhì)等，為土地利用方式的空間分析奠定基礎(chǔ)。

1.2.2 土壤采樣與分析方法

(1)采樣點的選取及農(nóng)戶投入

根據(jù)種植作物的不同從107戶農(nóng)戶家庭的責(zé)任田中取樣183個樣點(即183塊田的采樣)，其中，水稻及其它糧油作物共69塊， 葡萄36塊，蔬菜40塊，桃形李及其它水果類31塊，其它作物7塊，各類作物農(nóng)戶平均投入調(diào)查結(jié)果見表2。采樣地塊還需考慮坡度、坡向、相鄰性等特征，并做好地理特征的相關(guān)信息采集。各樣點見圖1。

表2 不同作物N、P、K農(nóng)戶投入均值

N: 堿解氮，P: 速效磷，K: 速效鉀

(2) 土壤取樣方法

1)采樣時間 第1次取樣為作物播種前(3月3日—12日，共10 d)，第2次取樣為作物收獲后、施肥前(11月25日到12月4日共10 d)，這一取樣時間是綜合了該區(qū)域的季節(jié)特征和農(nóng)事活動的特點選擇的。兩次取樣的田塊完全相同。

2)采樣部位和深度 根據(jù)耕層厚度，確定采樣深度，一般取樣深度0—20 cm。

3)采樣方法、數(shù)量 采用多點混合土樣采集方法，每個混合農(nóng)化土樣由20個樣點組成。每個點的取土深度及重量盡量均勻一致，土樣上層和下層的比例基本相同。樣品處理、儲存等過程沒接觸金屬器具和橡膠制品。每個混合樣品一般取1kg左右。

(3) 試驗分析方法

樣品主要參照魯如坤的《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》中的擴散吸收法對土壤有效N進行測定[25]。本文所指的氮、磷、鉀分別是指堿解氮、速效磷和速效鉀。

1.2.3 地統(tǒng)計學(xué)分析

(1)空間自相關(guān)分析可檢驗土壤養(yǎng)分空間相關(guān)性的存在與否(即是否存在區(qū)域的集聚或集中)，一般用全域Moran′s I指數(shù)、局域Moran′s I指數(shù)表達。本文利用ArcGIS空間統(tǒng)計模塊中的全域Moran′s I，對縣域內(nèi)兩個時點因子空間自相關(guān)性進行分析。計算模型已在先前發(fā)表的論文中作了詳細闡述，不再贅述[26]。

(2)半方差函數(shù)是地統(tǒng)計學(xué)的基石，其塊金值、基臺值和變程等參數(shù)能表達區(qū)域化變量在一定尺度上的空間變異和相關(guān)程度，是Kriging精確插值的基礎(chǔ)，也行預(yù)測和模擬的關(guān)鍵[1- 10]。

(3)

式中, RSS是回歸精度的重要參數(shù)，其取值愈小，說明實際觀測值與回歸線靠近，擬合曲線與實際配合愈好。

但是殘差平方和受因變量和自變量絕對值大小的影響，RSS值大的擬合模型不一定不及RSS值小的擬合模型，但是決定系數(shù)R2就不存在這個問題。決定系數(shù)R2，也稱擬合度，其計算公式為:

(4)

3 研究結(jié)果與分析

本文利用單樣本K-S檢驗對各樣本因子分別進行檢驗，發(fā)現(xiàn)通過對數(shù)轉(zhuǎn)換后各因子均較好地符合正態(tài)分布?？梢赃M行Moran′sI指數(shù)和Kriging插值分析。

3.1 土壤因子空間自關(guān)性分析

不同養(yǎng)分在不同時點的空間自相關(guān)性與步長的總變化趨勢基本一致，在作物種植前后均呈現(xiàn)波動性，說明隨著尺度的變化，土壤養(yǎng)分之間存在一定的空間關(guān)聯(lián)，但又各具特點(這一點與高義民、史利江等學(xué)者得出的結(jié)果基本一致[7,12,21]):(1)各因子的振幅在步長﹤1000m時均達到最高點，并隨著步長的加大而逐漸衰減，說明區(qū)域越近，作物種植結(jié)構(gòu)越相似，養(yǎng)分投入越接近。而隨著步長的加大，范圍的加大，種植多樣性，引起投入的多樣化，但大范圍的多樣化投入又引致相關(guān)性程度加大。(2)作物收獲后，土壤氮和磷的負振幅超過作物種植前，說明不同農(nóng)戶作物養(yǎng)分投入的差異，導(dǎo)致的相關(guān)性增強是由于隨機變異引起的，而經(jīng)過一段時間土壤表層的氮、磷含量趨于穩(wěn)定的原因是由于土壤本身的吸附與消化能力作用的結(jié)果，它屬系統(tǒng)變異。(3)作物收獲后鉀的自相關(guān)強度明顯弱于作物種植前，而且，隨著步長的加大，其相關(guān)性增強。前者與不同區(qū)域人們對鉀肥投入的重視程度不一致有關(guān)，后者則說明鉀的自相關(guān)性與土壤因子系統(tǒng)變異的關(guān)系更加密切。具體見圖2。

2.2 土壤因子交互相關(guān)性分析

為分析土壤因子間的交互相關(guān)性，論文運用SPSS軟件進行Pearson相關(guān)系數(shù)分析，并在0.01 的置信水平下進行T檢驗。得出：(1)作物種植前，在置信0.01水平下，堿解氮- 1與有機質(zhì)- 1有較強相關(guān)性，這一點也與史利江等學(xué)者得出的結(jié)果相一致[7]。而堿解氮- 2與有機質(zhì)- 1之間的相關(guān)性較前兩者明顯減弱。說明有機質(zhì)的含量與堿解氮間的關(guān)系緊密，但前者轉(zhuǎn)化為后者需要一定的時間。在0.05置信水平下，堿解氮- 2與速效磷- 2間存在一定的相關(guān)性，與速效磷- 1、速效鉀之間基本上不相關(guān)，說明氮、磷投入，農(nóng)戶有配施的意識，但對鉀的配施意識不強，這與農(nóng)戶調(diào)查結(jié)果相符合。(2)在0.01置信水平下，速效磷- 1與速效磷- 2之間存在極顯著的相關(guān)性，說明農(nóng)戶對磷的投入相對穩(wěn)定且其投入磷與土壤內(nèi)磷素間成較為固定的比例。(3)速效磷與速效鉀之間在種植前后都具很強的相關(guān)性，這可能與調(diào)查中65.4%的農(nóng)戶喜歡使用復(fù)合肥有關(guān)。具體見表3。

圖2 作物種植前后 Moran′s I指數(shù)隨步長的變化對照Fig.2 Moran′s I index after and before planting crops with step change*-1、-2分別為作物種植前和收獲后的土壤取樣時間

表3 作物種植前后土壤養(yǎng)分交互相關(guān)特征

* 表示在0.05水平上有較顯著的相關(guān)系數(shù)；** 表示在0.01水平上有顯著的相關(guān)系數(shù); 表中XXX- 1表明是作物種植前土壤養(yǎng)分，XXX- 2表示是作物收獲后的土壤養(yǎng)分

2.3 土壤因子空間分布特征分析

作物種植前、收獲后的數(shù)據(jù)表明：(1)自相關(guān)系數(shù)，種植前堿解氮、有機質(zhì)、速效磷和速效鉀4種因子的自相關(guān)系數(shù)均< 25%，且均在11.4% —15.8%之間，表現(xiàn)出強烈的空間相關(guān)。收獲后，它們的自相關(guān)系數(shù)均增大，且除堿解氮外，均處于中等空間相關(guān)程度。(2)變程，種植前，堿解氮和有機質(zhì)的變程最小，均為720.00 m，最大的速效磷為1830.00 m。收獲后，各因子的變程普遍加大，最小的速效磷也達到了6000.00 m。(3)擬合模型，種植前各土壤因子均符合指數(shù)同性模型，擬合效果較好。收獲后，擬合模型有差異，根據(jù)R2，有機質(zhì)、堿解氮、速效磷擬合效果也好于前者(表4)。

表4 作物種植前后土壤養(yǎng)分自相關(guān)特征

*C0為塊金值，C為偏基臺值，C+C0為基臺值，C0/(C+C0)為自相關(guān)系數(shù)，A0為相關(guān)距離，m為變程，R2為決定系數(shù)，RSS為殘差平方和，CV為變異系數(shù)

通過對模型的精度進行分析，各土壤因子空間分布基本符合最優(yōu)模型的條件，即標(biāo)準(zhǔn)平均值最接近0，均方根預(yù)測誤差最接近平均標(biāo)準(zhǔn)誤差，標(biāo)準(zhǔn)均方根預(yù)測誤差最接近1。根據(jù)半方差分析的結(jié)果，利用ArcGIS 9. 0中的Geostatistic analysis模塊采用普通Kriging法進行內(nèi)插，并根據(jù)土壤養(yǎng)分的含量對插值圖進行合理的分級，得到各養(yǎng)分含量等級面積的空間變異(圖3—圖6)。

圖3 作物種植前后有機質(zhì)的空間分布特征Fig.3 Spacial Character of organic matter in the after and before planting crops

有機質(zhì)含量范圍在施肥前后基本保持一致，90%以上處于20—40 g/kg范圍。作物種植前，有機質(zhì)含量分布較為不均，含量較高的區(qū)域主要分布在園地和林地區(qū)。作物收獲后其含量分布呈現(xiàn)總體有差異、局部有均衡的現(xiàn)象，體現(xiàn)2點特征：(1)作物收獲后，有機質(zhì)含量處于30—40 g/kg范圍的區(qū)域面積減少，原有林地區(qū)的有機質(zhì)下降較快，主要原因：其一可能是種植區(qū)內(nèi)作物在生長過程中吸收了土壤原有的碳，而新的有機質(zhì)的形成需要一定時間轉(zhuǎn)化，因此，總體表現(xiàn)為普遍性下降；其二可能是園地和林地較近，林地的有機質(zhì)含量通過園地的取樣點有機質(zhì)含量體現(xiàn)，而水果在生長過程中消耗土壤中原有的有機質(zhì)，而短期內(nèi)又無法及時得到補充。(2)作物收獲后的有機質(zhì)含量以水源地周邊居高，并增加較快，原因可能是有機質(zhì)的形成與水有較密切的關(guān)系。一般而言同一地點土壤有機質(zhì)在短時內(nèi)不會有大的變化，而兩次試驗結(jié)果卻在不同地方有不同表現(xiàn)，這一現(xiàn)象有必要針對不同地區(qū)產(chǎn)生的效應(yīng)驗證其碳收支現(xiàn)象(圖3)。

作物種植前后堿解氮含量的空間分布格局變化不大，作物種植前堿解氮含量75%處于50—60mg/kg，作物收獲后各區(qū)域的氮含量明顯增加，范圍在70—90mg/kg占65%。主要特點：(1)林地和園地的土壤堿解氮的含量較高，這可能與農(nóng)戶長期對經(jīng)濟作物高施肥有較強的相關(guān)性。(2)水源地，特別是水庫和水源下游地帶氮的含量更高?？赡苓^多投入的氮隨著水分的流動而富集在水庫、坑塘或流向地勢較低的區(qū)域。(3)作物收獲后，土壤堿解氮的含量普遍高于作物種植前，主要原因在于土壤中的氮降解和固化需要一定的時間。這一點從第2年作物種植前的土壤抽樣結(jié)果得到證明。具體見較圖4作物收獲后速效磷的含量較種植前普遍性地有所提高，局部性增加較大，其中城郊結(jié)合部和杭坪鎮(zhèn)的磷含量更高，超過了100 mg/kg。原因可能有3點：(1)目前農(nóng)戶主要使用的復(fù)合肥，導(dǎo)致速效磷含量普遍性有所增加，但受使用量的影響，增加的幅度不大。(2)蔬菜和水果種植區(qū)速效磷的濃度增加大。分析原因可能是蔬菜的養(yǎng)分投入較大，除了氮投入超過一般作物的2—3倍外，磷的投入也有明顯增加，這一點可從農(nóng)戶養(yǎng)分投入調(diào)查中得到證實。從地理位置上看，速效磷含量最高的地方正是城郊蔬菜和高山蔬菜所在地(圖5)。

圖4 作物種植前后堿解氮的空間分布特征Fig.4 Spacial character of alkali-hydrolyzable N in the after and before planting crops

作物收獲后速效鉀的含量較種植前普遍性提高不多，但局部性增加卻有超過150 mg/kg。原因可能有3點：(1)目前農(nóng)戶主要使用的復(fù)合肥，導(dǎo)致速效鉀含量普遍性有所增加，但鉀含量并不高，因而，增加的幅度不大。(2)從全縣整體上看，鉀的投入沒有得到人們的重視，蔬菜區(qū)域鉀濃度增大的原因與農(nóng)戶蔬菜養(yǎng)分投入量大有直接關(guān)系。此外，高山蔬菜多是直接銷售到上海，其養(yǎng)分及其主要成份會被檢測，縣內(nèi)有專職人員定期對養(yǎng)分的施用進行指導(dǎo)，鉀的投入也正逐步引起重視。因此，對于農(nóng)村大部分地區(qū)，特別是經(jīng)濟作物種植較為密切的地區(qū)，配備養(yǎng)分指導(dǎo)專家有針對性地進行土壤合理配方是必要的(圖6)。

圖5 作物種植前后速效磷的空間分布特征Fig.5 Spacial character of available P in the after and before planting crops

圖6 作物種植前后速效鉀的空間分布特征Fig.6 Spacial character of available K in the after and before planting crops

3 結(jié)論

(1)運用Moran′s I指數(shù)分析、Pearson相關(guān)系數(shù)分析，以及kriging插值圖等方法對作物種植前和收獲后的土壤因子空間變異進行分析，發(fā)現(xiàn)3種方法所得出的結(jié)果可以相互應(yīng)證，互為補充。Moran′s I指數(shù)分析證實隨著區(qū)域范圍的加大，各因子間自相關(guān)程度存在差異。Pearson相關(guān)系數(shù)分析可檢驗出各因子間的相關(guān)性程度。kriging插值圖則能直觀反應(yīng)各因子在不同區(qū)域的分布特征。

(2)從養(yǎng)分利用特征看：1)有機質(zhì)和堿解氮與水的關(guān)系較為密切，水源區(qū)兩因子的含量較周邊高，可能是水的作用加速了有機質(zhì)向氮的轉(zhuǎn)化。2)養(yǎng)分投入后，過多的養(yǎng)分在土壤中降解有一段時間過程，這種過程與區(qū)域自然環(huán)境條件的關(guān)系較密切。3)由于主要是通過復(fù)合肥被施入到土壤的，測算結(jié)果反映磷、鉀之間有極強的相關(guān)性，作物收獲后兩者在土壤中的含量均高于作物種植前，這可能與農(nóng)戶好用固定磷、鉀比的復(fù)合肥有較密切的關(guān)系，此外，磷、鉀在土壤中降解較慢也是原因之一。

(3)同一作物的農(nóng)戶養(yǎng)分投入在不同區(qū)域差異較大，不同作物的農(nóng)戶養(yǎng)分投入在區(qū)域內(nèi)卻存在量的相關(guān)。水稻等常規(guī)作物和規(guī)?；?jīng)營的葡萄的養(yǎng)分區(qū)域內(nèi)投入差異相對較小，而其它作物則表現(xiàn)較大差異，空間分析結(jié)果與農(nóng)戶調(diào)查結(jié)果基本一致。

(4)高山蔬菜、城郊蔬菜種植區(qū)和壺源江下游地帶氮的投入過高應(yīng)適當(dāng)管控，山體周邊土壤磷的含量高也需要適當(dāng)管控。鉀的投入普遍不高，雖然部分區(qū)域鉀含量呈較高的現(xiàn)象，但主要分布在高山區(qū)，可能與該區(qū)域山體林木有關(guān)。

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Spatial variation analysis of soil organic matter and nutrient factor for before and after planting crops

FANG Bin1,*, WU Jinfeng1,2

1CollegeofGeography,NanjingNormalUniversity,Nanjing210023,China2InstituteofGeographicSciencesandNaturalResourcesResearch,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China

The soil organic matter and nutrient factor space evolution for before and after planting crops was discussed,based on data of tested soil and household survey over the years. Results could provide the theoretical basis for reasonable input of crop nutrient and planting structure adjustment to divisional guidance in different regional.

The spatial variability of soil factor before and harvest after crops was analyzed by using Moran′s I index analysis, Pearson correlation coefficient analysis, and Kriging interpolation diagram. Results suggested that three methods can interactly examine and complemente. Moran′s I index was proved to the great different of nutrient factor of all kinds with the enlarged area coverage,. The correlation degree among all kinds was tested through Pearson correlation. The feature of space distribution in different area could be directly reacted by Kriging interpolation..

The characteristics of used nutrient was showed as following: 1) The soil organic matter and nitrogen was a very close relationship with water, and they had a high content in the water resource district. Results resulted from the accelerated the transformation of nitrogen by water. 2) The a period of time was needed to degradation of a plethora of nutrients in the soil after input nutrient, and this process was closely related with the regional natural environment condition. 3) The calculated result showed a significant correlation between the content of P and K Because of mainly using the compound fertilizer.The content of P and K of soil were higher after harvest crops than before planting crops, which was contributed to the used compound fertilizer with fixed ratio of P and K by farmers. In addition, another reasons is the slower degradation rate of P and K. For the same crop, nutrient inputs by farmers was differend in different regional, but it was correlations in quantitative in the area for different crop. Input nutrient in the same area was the relatively small differences between in conventional rice crop and in scale management grape. However, input nutrient was bigger different for other crops. Spatial analysis results was basically agreed with the peasant household survey results. Nitrogen input should be properly controlled in high mountain, suburban vegetable growing areas, and pot source river downstream zone due to high input nitrogen. The high content of soil P was also properly needed to control in Mountain surrounding. The content of input K is usually not high. Although the the K content in some areas is higher, it is mainly distributed in the high mountains areas, which may be related to the trees.

before and after planting crops ; soil nutrients; spatial variation analysis

國家自然基金資助項目(40971105, 41271189);江蘇省高校哲學(xué)社會科學(xué)研究重點資助項目(2010ZDIXM049)；江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項目

2012- 09- 30;

2013- 04- 08

10.5846/stxb201209301364

*通訊作者Corresponding author.E-mail: wenyanfang731@163.com

方斌, 吳金鳳.作物種植前后土壤有機質(zhì)及養(yǎng)分因子的空間變異分析.生態(tài)學(xué)報,2014,34(4):983- 992.

Fang B, Wu J F.Spatial variation analysis of soil organic matter and nutrient factor for before and after planting crops.Acta Ecologica Sinica,2014,34(4):983- 992.