王 珊, 廖桂堂, 熊鴻焰, 羅侯勇, 張 玎, 代光銀

(1.內(nèi)江師范學(xué)院 地理與資源科學(xué)學(xué)院, 四川 內(nèi)江 641112; 2.宜賓市農(nóng)業(yè)局, 四川 宜賓 644000;3.宜賓市南溪區(qū)科技局, 四川 宜賓 644100; 4.內(nèi)江市市中區(qū)政府, 四川 內(nèi)江 641000; 5.內(nèi)江市農(nóng)業(yè)局, 四川 內(nèi)江 641000)

川南丘陵區(qū)近30 a來(lái)土壤養(yǎng)分時(shí)空變化

王 珊1, 廖桂堂2, 熊鴻焰3, 羅侯勇4, 張 玎5, 代光銀5

(1.內(nèi)江師范學(xué)院 地理與資源科學(xué)學(xué)院, 四川 內(nèi)江 641112; 2.宜賓市農(nóng)業(yè)局, 四川 宜賓 644000;3.宜賓市南溪區(qū)科技局, 四川 宜賓 644100; 4.內(nèi)江市市中區(qū)政府, 四川 內(nèi)江 641000; 5.內(nèi)江市農(nóng)業(yè)局, 四川 內(nèi)江 641000)

[目的] 通過(guò)研究川南丘陵地區(qū)區(qū)域尺度上土壤養(yǎng)分的空間分異特征和時(shí)間變化特點(diǎn),為該區(qū)域的土壤質(zhì)量管理和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展服務(wù)。[方法] 基于GIS技術(shù)和地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，分析1982—2011年川南丘陵地區(qū)宜賓市南溪區(qū)長(zhǎng)興鎮(zhèn)耕地土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀的時(shí)空變化情況。[結(jié)果] (1) 研究區(qū)5種土壤指標(biāo)中，有效磷的變異系數(shù)最高，其余指標(biāo)變異系數(shù)在22.18%～37.03%，屬中等程度變異。(2) 結(jié)構(gòu)分析表明，1982年時(shí)土壤養(yǎng)分的塊基比為25%～75%，屬中等變異，結(jié)構(gòu)因素和人為因素對(duì)其都有影響；到了2011年，各指標(biāo)空間自相關(guān)性變?nèi)?，人為因素占主?dǎo)作用。(3) 克里格插值顯示，研究區(qū)近1/2區(qū)域土壤氮素偏高，全氮和堿解氮含量在高等級(jí)及以上面積分別占39.26%和47.94%；磷素雖略有上升，但有52.68%的區(qū)域有效磷含量在5 mg/kg以下，屬?lài)?yán)重缺磷；鉀素含量在中上等級(jí)區(qū)域面積減少，大部分在中下水平，甚至出現(xiàn)了極低水平。[結(jié)論] 經(jīng)過(guò)近30 a土地利用后，整體上研究區(qū)土壤養(yǎng)分北高南低，且呈重氮，輕磷，忽鉀的態(tài)勢(shì)，研究區(qū)以南要注意控制氮肥的輸入，補(bǔ)充磷、鉀肥。

川南丘陵地區(qū); 土壤養(yǎng)分; 時(shí)空變化

了解土壤養(yǎng)分的現(xiàn)狀及動(dòng)態(tài)變化，是實(shí)施精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和防治土壤肥力退化的前提，對(duì)有效利用農(nóng)業(yè)投入、保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境具有重要意義，同時(shí)也為構(gòu)建生態(tài)高值農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系奠定基礎(chǔ)[1]。國(guó)內(nèi)外關(guān)于土壤養(yǎng)分的時(shí)空變異性分析,主要針對(duì)不同區(qū)域進(jìn)行了不同尺度下的研究，如Córdova等[2]以英國(guó)洛桑試驗(yàn)站土壤氮為研究對(duì)象,對(duì)其空間變異性進(jìn)行了分析；高小紅等[3]以新疆為研究區(qū)，探討了干旱區(qū)沖積平原綠洲土壤養(yǎng)分的時(shí)空變異特點(diǎn)；劉欣等[4]、劉曉林等[5]探討了黑龍江省巴彥縣和云南建水縣土壤養(yǎng)分的空間變異性；胡瑞芝等[6]對(duì)比研究了湖南省農(nóng)田土壤近30 a的變化趨勢(shì)；趙業(yè)婷等[7]、武婕等[8]利用GIS技術(shù)分別研究了陜西省興平市和山東省微山縣農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)空間變化特點(diǎn)。這些研究揭示了土壤養(yǎng)分時(shí)空變異性與土壤類(lèi)型、地形、地貌、耕層質(zhì)地、施肥狀況、土地利用類(lèi)型等因素的密切關(guān)系。此外，土壤養(yǎng)分的時(shí)空變異還是造成作物產(chǎn)量甚至作物品質(zhì)變異的主要因素[9-10]。

綜上所述，近年來(lái)，針對(duì)土壤養(yǎng)分的時(shí)空變異中，大多學(xué)者逐漸傾向于從縣域尺度進(jìn)行研究，而川南丘陵區(qū)地勢(shì)起伏，田塊小、多且分散，加之引起土壤養(yǎng)分變化的因素復(fù)雜，因此從更小范圍對(duì)土壤養(yǎng)分情況進(jìn)行研究，更有利于指導(dǎo)區(qū)域土壤質(zhì)量的提升。宜賓市南溪區(qū)是川南地區(qū)的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大縣，經(jīng)過(guò)近30 a的農(nóng)業(yè)發(fā)展，尤其是農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整后，區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)劇烈，土地利用、施肥水平等人類(lèi)活動(dòng)都發(fā)生了變化，但對(duì)該區(qū)域的土壤養(yǎng)分空間變異研究較少。因此，本文以宜賓市南溪區(qū)長(zhǎng)興鎮(zhèn)為研究對(duì)象，利用GIS和地統(tǒng)計(jì)學(xué)相結(jié)合的方法，以1982和2011年的數(shù)據(jù)為參考，探討和研究川南丘陵地區(qū)區(qū)域尺度上土壤養(yǎng)分的空間分異特征和時(shí)間變化特點(diǎn),以期為該區(qū)域的土壤質(zhì)量管理和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展服務(wù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

南溪區(qū)位于成渝經(jīng)濟(jì)區(qū)、長(zhǎng)江上游重要港口城市、川滇黔結(jié)合部商貿(mào)文化和物流中心宜賓市的北部，是該市的“副中心”，面積704 km2，人口42萬(wàn)。全區(qū)以低山丘陵為主，地勢(shì)北高南低，屬亞熱帶濕潤(rùn)型季風(fēng)性氣候區(qū)，年均降雨量1 072.7 mm，有效積溫9 600 ℃，無(wú)霜期351 d。長(zhǎng)興鎮(zhèn)地處南溪區(qū)東北部，是省級(jí)農(nóng)業(yè)暨榨菜標(biāo)準(zhǔn)化示范鎮(zhèn)、川南城市菜園和南溪區(qū)的后勤保障基地，擁有耕地面積1 280 hm2，森林覆蓋率29.5%。全鎮(zhèn)土壤類(lèi)型以水稻土和紫色土為主，由侏羅紀(jì)遂寧組、蓬萊鎮(zhèn)組和沙溪廟組母質(zhì)發(fā)育而成，主要種植水稻、油菜、玉米、榨菜、蔬菜、核桃、麻竹等。

1.2 土壤樣品的采集與測(cè)試方法

數(shù)據(jù)來(lái)源：全國(guó)第二次土壤普查(1982年)和2011年土壤肥力監(jiān)測(cè)資料。采樣方法：根據(jù)區(qū)域內(nèi)土壤類(lèi)型、土地利用等因素，在盡量靠近1982年原采樣處，以6.67～13.33 hm2為一個(gè)采樣單元，在每個(gè)采樣單元中，用GPS記錄中心點(diǎn)位置，按“S”形布15～20個(gè)樣點(diǎn)，進(jìn)行多點(diǎn)混合，取樣深度0—20 cm，共243個(gè)土壤樣品(圖1)。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀的含量，測(cè)定方法均為常規(guī)方法[11]。

圖1 土壤采樣點(diǎn)分布

1.3 數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計(jì)方法

數(shù)據(jù)分析采用常規(guī)統(tǒng)計(jì)分析和地統(tǒng)計(jì)分析。常規(guī)統(tǒng)計(jì)分析使用SPSS 17.0軟件，插值分析使用ArcGIS 9.3軟件中Geostatistical Analyst模塊的Kriging插值法。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分常規(guī)統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)土壤指標(biāo)進(jìn)行常規(guī)統(tǒng)計(jì)分析(表1)，從均值上可以看出，除速效鉀外，1982—2011年土壤養(yǎng)分均有不同程度的增加，其中有機(jī)質(zhì)、全氮及堿解氮含量明顯提高，增長(zhǎng)率分別為47.16%，57.78%，52.41%；有效磷增幅小，僅為1.12%。

變異系數(shù)表示土壤特性空間變異性的大小，一般情況下，該值在0%～10%之間屬于弱變異強(qiáng)度，在10%～100%屬于中等變異強(qiáng)度，100%以上屬于強(qiáng)變異強(qiáng)度。

表1 土壤養(yǎng)分含量的描述性統(tǒng)計(jì)

本研究中，除1982年有效磷的變異系數(shù)高達(dá)100.09%，為強(qiáng)變異程度外，其余指標(biāo)范圍在23.74%～37.03%，屬中等變異強(qiáng)度。2011年土壤變異系數(shù)在22.18%～87.71%，也屬中等變異強(qiáng)度，該值最大的仍為有效磷，速效鉀次之，有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮變異較小。除速效鉀外，變異系數(shù)的降幅從大到小分別為：有機(jī)質(zhì)>全氮>有效磷>堿解氮。雖然有效磷、速效鉀的變異系數(shù)較大，但其降幅卻低于有機(jī)質(zhì)及全氮。

2.2 土壤養(yǎng)分空間結(jié)構(gòu)分析

采用3σ準(zhǔn)則剔除特值，再利用地統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，對(duì)1982，2011年土壤養(yǎng)分進(jìn)行半方差分析，得到各養(yǎng)分最優(yōu)擬合模型和參數(shù)(表2)。塊金值表示由試驗(yàn)誤差和小于試驗(yàn)取樣尺度引起的變異，其大小直接限制了空間內(nèi)插的精度?？偟膩?lái)看，所有模型的塊金值均為正值，說(shuō)明存在由采樣誤差、短距離變異、隨機(jī)和固有變異引起的各種正基底效應(yīng)?；_(tái)值通常表示系統(tǒng)內(nèi)總的變異，塊基比(塊金值/基臺(tái)值)是指由隨機(jī)性因素引起的空間變異占系統(tǒng)總變異的比例，常用其表征土壤特性的空間相關(guān)程度。若該比值越小，說(shuō)明由隨機(jī)部分引起的空間變異性程度越?。幌喾?，則由空間自相關(guān)部分引起的空間變異性程度越大。當(dāng)該比值在<25%，25%～75%和>75%這3種范圍內(nèi)時(shí)，分別表明土壤屬性空間相關(guān)性為強(qiáng)烈、中等和很弱[12]。根據(jù)表2可知，除速效鉀外，1982年土壤養(yǎng)分的塊基比在25%～75%，為中等變異；而到了2011年，各指標(biāo)塊基比都增高，接近或超過(guò)75%，表明氣候、母質(zhì)、地形等內(nèi)在結(jié)構(gòu)因子對(duì)養(yǎng)分的空間變異性影響變?nèi)?，而施肥、耕作措施、種植制度、土地利用方式等人為因素對(duì)其影響更強(qiáng)烈。

表2 不同年份土壤養(yǎng)分半方差函數(shù)模型及其相關(guān)參數(shù)

變程體現(xiàn)了隨機(jī)變量在空間上自相關(guān)的尺度，同時(shí)表示了空間內(nèi)插的極限距離，在此范圍內(nèi)的內(nèi)插是有意義的。從變程上看，整體范圍在438.27～738.20 m，超過(guò)了本研究中土壤樣點(diǎn)的平均距離300～400 m，故各樣點(diǎn)在空間變異范圍內(nèi)具有很好的代表性，該取樣尺度滿足研究需求。

從1982—2011年，各養(yǎng)分指標(biāo)的變程都有不同程度的增大，在增幅上有機(jī)質(zhì)>有效磷>速效鉀>全氮>堿解氮，其中有機(jī)質(zhì)的變程最小，但其增幅卻最大。說(shuō)明長(zhǎng)期的耕作、種植制度、施肥等措施對(duì)土壤不同屬性自相關(guān)性的影響不盡相同。

2.3 土壤養(yǎng)分空間分布特征

利用普通克里格插值方法預(yù)測(cè)未測(cè)點(diǎn)數(shù)值并進(jìn)行插值，生成土壤養(yǎng)分的空間變異圖(圖2)。

圖2 近30 a來(lái)土壤養(yǎng)分含量空間分布

從圖2(a1—a2)可以看出，研究區(qū)1982和2011年有機(jī)質(zhì)含量分布不一致，1982年時(shí)其含量以研究區(qū)以東的慶林村、西部的新廟村和東巖村交界以及西南方的天臺(tái)村較高，東南方向的東升村含量最低，中部地區(qū)含量居中；2011年時(shí)有機(jī)質(zhì)含量高的區(qū)域有所增加，主要分布在研究區(qū)的東北方向，包括東巖村北、長(zhǎng)春村、慶林村和岫云村；含量偏低的范圍減小，零星分布在東巖、東升、新生等村落。根據(jù)圖2(b1—b2)，1982年土壤全氮與有機(jī)質(zhì)空間分布有相似，也以研究區(qū)以東的慶林村、西部的新廟村和東巖村交界含量最高，向南降低；2011年全氮空間分布較有規(guī)律，整體呈北高南低的特點(diǎn)，大致以東巖—長(zhǎng)春—慶林村一線為界。在堿解氮的變化上(c1—c2)，1982年時(shí)分布大多呈斑塊狀，規(guī)律性差；但到了2011年，高值區(qū)域較集中，整體呈片狀分布在除天臺(tái)村以外的東巖—長(zhǎng)春—慶林以南區(qū)域。有效磷(d1—d2)的空間分布在兩個(gè)時(shí)間段有相似，都呈北高南低的特點(diǎn)。1982年時(shí)南北含量的分界線大致也以東巖—長(zhǎng)春—慶林村為界，該界限以南區(qū)域大部分土壤有效磷含量在5 mg/kg以下；到了2011年，一方面該分界線有所南移，降到東巖—紅德—尖山—新生村一線，另一方面該界限以南區(qū)域有效磷含量進(jìn)一步降低，普遍在3 mg/kg以下。而對(duì)于速效鉀(e1—e2),1982和2011年含量分布較相似，也呈北高南低的特點(diǎn)，但2011年空間分布顯示研究區(qū)以南速效鉀含量低于100 mg/kg范圍較1982年有較大增加。

2.4 土壤養(yǎng)分時(shí)空變異特征

為了更好地反映出1982—2011年近30 a間土壤養(yǎng)分含量的增減情況，利用ArcGIS 軟件得到了1982與2011年差值圖(圖2)，顏色越深表示差值越大。

從圖2(a3—e3)可以看出研究區(qū)近30 a來(lái)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮含量增加明顯，原來(lái)基底差的地方，增幅大；而基底好的區(qū)域卻相反。有效磷含量在研究區(qū)北有大幅度提高，南方區(qū)域不僅增幅小，且集中了負(fù)增長(zhǎng)明顯的水口、天臺(tái)、先鋒、新民、新生村等。研究區(qū)大部分地方速效鉀含量都降低，下降最嚴(yán)重的是位于研究區(qū)中部和南部的慶林、新生、長(zhǎng)春、先鋒、天臺(tái)等村。圖3可以反映出兩個(gè)時(shí)間段養(yǎng)分含量的變化情況，但并不能完全說(shuō)明土壤養(yǎng)分的盈虧，因此，本文依據(jù)“全國(guó)第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)”(表3)，對(duì)土壤養(yǎng)分空間分布進(jìn)行等級(jí)劃分，得到不同等級(jí)的養(yǎng)分所占比例(表4)。

表3 全國(guó)第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

從表4中可知，1982年研究區(qū)分別有79.84%和20.16%的面積有機(jī)質(zhì)含量處于中級(jí)和低級(jí)水平，2011年這一比例變成了72.02%和1.64%，并新增高等級(jí)面積占26.34%。在全氮的含量上，1982年研究區(qū)全氮含量缺失極高(Ⅰ)和高(Ⅱ)等級(jí)，中、低等級(jí)水平所占比例分別為65.70%，27.27%，還有極小比例含量極低(Ⅵ)，大部分區(qū)域含量適中；2011年該區(qū)域沒(méi)有了Ⅵ等級(jí)，出現(xiàn)了Ⅰ，Ⅱ等級(jí)，這部分區(qū)域占到整體面積的39.26%。整體來(lái)看，中低等級(jí)所占面積下降，高等級(jí)比例增加。堿解氮變化與全氮相似，1982年只有中上(Ⅲ)、中下(Ⅳ)和低(Ⅴ)等級(jí)，且以中下水平所占比例最大，但2011年出現(xiàn)除極低水平以外的5個(gè)等級(jí)，所占比例最大為高等級(jí)，占42.15%，整個(gè)研究區(qū)有近1/2的面積超過(guò)中等水平。

與有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮一樣，1982年研究區(qū)土壤有效磷也缺失Ⅰ，Ⅱ等級(jí)，從1982—2011年，處于低水平級(jí)所占比例從42.80%降到18.11%，中等及以上水平所占比例從25.92%上升到44.86%，漲幅超過(guò)70%，甚至有少部分研究區(qū)域含量達(dá)到了高等級(jí)。但可以發(fā)現(xiàn)，雖然低等級(jí)所占面積降幅超過(guò)50%，但處于極低水平的面積增幅也超過(guò)了10%?？傮w來(lái)看，近30 a來(lái)，該區(qū)域有效磷的含量空間變異大，整體增加并不明顯，有1/2的區(qū)域甚至還處于嚴(yán)重缺磷(<5 mg/kg)狀態(tài)。在速效鉀的等級(jí)變化上，整個(gè)研究區(qū)超過(guò)80%的面積處于中等水平，但從數(shù)據(jù)的變化可以看出，高含量(Ⅱ，Ⅲ)區(qū)域的面積在下降，而低含量(Ⅳ，Ⅵ)區(qū)域面積上升，整體多處于中下(Ⅳ)水平。

表4 研究區(qū)土壤養(yǎng)分分級(jí)比例情況 %

3 討 論

影響土壤特性空間變異的因素主要包括母質(zhì)、地形和人類(lèi)活動(dòng)等。但在氣候條件一致的區(qū)域內(nèi)，生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期自身演替和人為干擾后，由母質(zhì)等結(jié)構(gòu)性因素的差異引起的空間變異將逐漸減小，而人類(lèi)活動(dòng)的干擾對(duì)土壤性質(zhì)有著深遠(yuǎn)影響[13]。本研究中，各指標(biāo)的塊基比隨時(shí)間變化普遍在75%以上，也說(shuō)明了人為因素是該區(qū)域土壤養(yǎng)分變化的主要原因。全國(guó)第二次土壤普查時(shí)，土地利用方式單一，耕地施肥量相對(duì)較小，種植密度和土地利用強(qiáng)度低。經(jīng)過(guò)近30 a的發(fā)展，有機(jī)質(zhì)含量較低的土壤在人為耕作管理下，基礎(chǔ)地力出現(xiàn)提升，這主要是外源有機(jī)物的輸入比過(guò)去有所增加,尤其是作物秸稈,由過(guò)去的燃料轉(zhuǎn)變?yōu)榉柿?、飼料后再還田，大大促進(jìn)了土壤有機(jī)質(zhì)品質(zhì)的改善和數(shù)量的提高[6]。國(guó)家實(shí)施的測(cè)土肥方工程使有機(jī)肥施入量進(jìn)一步增加，農(nóng)田施肥更加合理，也導(dǎo)致土壤中有機(jī)質(zhì)含量的提高。

相關(guān)分析表明，土壤全氮、堿解氮的增加與有機(jī)質(zhì)變化分別呈極顯著和顯著正相關(guān)(表5)，說(shuō)明土壤氮素的提高與有機(jī)質(zhì)增加密切相關(guān)；另一方面不同的土地利用方式不僅使土地覆蓋變化,還會(huì)影響土壤養(yǎng)分的累積。2000年以后，研究區(qū)對(duì)種植業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整，常規(guī)的水稻—小麥輪作改為了水稻—油菜/玉米，而后一種種植方式更有利于土壤養(yǎng)分的提高[14]。此外，從2005年起，長(zhǎng)興鎮(zhèn)開(kāi)始大力發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，東巖—長(zhǎng)春—慶林以北地區(qū)主要種植核桃，以南則重點(diǎn)發(fā)展榨菜、蔬菜和麻竹產(chǎn)業(yè)。榨菜和蔬菜都是需肥性大的作物，尤喜氮肥，氮素化肥使用量的增加也提高了土壤中氮的含量。但調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民常施的氮肥為尿素，這種肥料不能直接被吸收，只有當(dāng)銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮時(shí)才會(huì)被植物利用，若條件不適合，氨的轉(zhuǎn)化就會(huì)受限制，從而造成氮的積累[15]。田間管理中要根據(jù)作物的需肥量和土壤氮素水平，控制氮肥的輸入，避免“過(guò)?！钡斐蓞^(qū)域水體污染和環(huán)境惡化。

表5 土壤各養(yǎng)分指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)

注：*表示相關(guān)性顯著(p<0.05)； **表示相關(guān)性極顯著(p<0.01)。

化學(xué)肥料的施用對(duì)土壤中氮、磷、鉀的增加具有重要作用[6]，當(dāng)前土壤有效磷平均含量比第二次土壤普查時(shí)略有提高，但變異系數(shù)大，研究區(qū)以南有近1/2區(qū)域還處于嚴(yán)重缺磷的狀態(tài)，說(shuō)明研究區(qū)農(nóng)田土壤磷素供應(yīng)的不平衡。出現(xiàn)這種情況，一方面與磷在土壤中的移動(dòng)性差，當(dāng)季利用率低有關(guān)；另一方面這些區(qū)域大部分土壤表現(xiàn)為酸性(pH<5.5)，個(gè)別地方甚至達(dá)到強(qiáng)酸性(pH<4.5)[16]，對(duì)磷的吸附能力較弱，施入土壤中的磷肥大部分轉(zhuǎn)化為固定態(tài)磷，有效性差。速效鉀的含量普遍下降，與速效磷相同的是也以研究區(qū)以南區(qū)域下降最為突出。長(zhǎng)興鎮(zhèn)土壤主要侏羅紀(jì)遂寧組、蓬萊鎮(zhèn)組和沙溪廟組母質(zhì)發(fā)育而來(lái)，土壤普遍缺乏速效磷和速效鉀[17]，加之這些下降的區(qū)域也是榨菜和麻竹的主要生產(chǎn)地，榨菜的菜頭尤喜沙溪廟組下的生態(tài)環(huán)境，對(duì)其中的磷、鉀吸收量大、效應(yīng)好[18]；而麻竹生長(zhǎng)一則對(duì)鉀的需求量本來(lái)就大，二來(lái)該地區(qū)降水大，鉀易通過(guò)地表徑流損失[19-20]；再有蔬菜的復(fù)種指數(shù)高，土壤基底差，隨著產(chǎn)量的提高，對(duì)鉀的需求增加，土壤中速效鉀的消耗也相應(yīng)增加[21]，在長(zhǎng)期“重氮、輕磷、忽鉀”的施肥觀念下，并不能滿足作物需要，造成土壤中鉀素含量急劇下降。土壤中磷、鉀元素的含量可能會(huì)成為制約作物生長(zhǎng)的一個(gè)因素。

4 結(jié) 論

(1) 1982—2011年近30 a間，研究區(qū)土壤養(yǎng)分除速效鉀含量略有下降外，其余土壤養(yǎng)分指標(biāo)均呈上升趨勢(shì)，尤以氮素含量增長(zhǎng)最快。各項(xiàng)指標(biāo)增加值分別為有機(jī)質(zhì)47.16%，全氮57.78%，堿解氮52.41%，有效磷1.12%，而速效鉀減少了5.74%。

(2) 5種土壤指標(biāo)中，有效磷的變異系數(shù)最高，其余指標(biāo)不同年度變異系數(shù)范圍在22.18%～37.03%，屬中等程度變異。整體上來(lái)看，隨時(shí)間的推移，在人為因素的作用下，研究區(qū)養(yǎng)分呈明顯北高南低的特點(diǎn)，各指標(biāo)空間分布相似，土壤性質(zhì)向均一化方向發(fā)展。

(3) 經(jīng)過(guò)近30 a土地利用后，研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量明顯提高，以中上等級(jí)為主，并出現(xiàn)了高等級(jí)；無(wú)論是全氮還是堿解氮，都有近1/2區(qū)域含量超過(guò)中上等級(jí)，田間管理中這些區(qū)域要控制氮肥的輸入，防止施肥過(guò)量帶來(lái)的環(huán)境壓力；而有效磷的含量整體增加并不明顯，有近1/2的區(qū)域還處于嚴(yán)重缺磷的狀態(tài)；鉀素中上及以上等級(jí)區(qū)域面積減少，大部分集中在中下水平。

(4) 研究區(qū)土壤養(yǎng)分要注意減氮、增磷、補(bǔ)鉀，根據(jù)各村農(nóng)業(yè)發(fā)展，并結(jié)合作物需肥性、土壤肥力水平及目標(biāo)產(chǎn)量合理施肥，平衡有機(jī)肥和化肥施用量，提高肥料利用率，以達(dá)到增產(chǎn)增收的目的。

[1] 趙其國(guó),黃季焜,段增強(qiáng).我國(guó)生態(tài)高值農(nóng)業(yè)的內(nèi)涵、模式及其研發(fā)建議[J].土壤,2012,44(5):705-711.

[2] Córdova C, Sohi S P, Lark R M, et al. Resolving the spatial variability of soil N using fractions of soil organic matter[J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2012,147(1):66-72.

[3] 高小紅,羅格平,陳曦.干旱區(qū)沖積平原綠洲土壤養(yǎng)分的時(shí)空變異性研究:以新疆農(nóng)八師121團(tuán)為例[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用,2011,26(6):814-820.

[4] 劉欣,王紅梅,廖麗君.黑龍江省巴彥縣土壤養(yǎng)分空間變異規(guī)律與格局分析[J].土壤通報(bào),2011,42(1):86-90.

[5] 劉曉林,李文峰,楊林楠,等.基于ArcGIS地統(tǒng)計(jì)分析模塊的土壤養(yǎng)分空間變異分析:以云南省建水縣為例[J].土壤通報(bào),2012,43(6):1432-1437.

[6] 胡瑞芝,王書(shū)偉,林靜慧,等.湖南省典型農(nóng)田土壤養(yǎng)分現(xiàn)狀及近30年變化趨勢(shì)[J].土壤,2013,45(4):585-590.

[7] 趙業(yè)婷,齊雁冰,常慶瑞,等.渭河平原縣域農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)時(shí)空變化特征[J].土壤學(xué)報(bào),2013,50(5):1048-1053.

[8] 武婕,李玉環(huán),李增兵,等.南四湖區(qū)農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)和微量元素空間分布特征及影響因素[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2014,34(6):1596-1605.

[9] Kravchenko A, Bullock D G. Spatial variability of soybean quality data as a function of field topography(Ⅰ): Spatial data analysis[J]. Crop Science, 2002,42(3):804-815.

[10] Eghball B, Schepers J S, Negahban M, et al. Spatial and temporal variability of soil nitrate and corn yield: Multifractal analysis[J]. Agronomy Journal, 2003,95(2):339-346.

[11] 魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社,2000:107-108,147-194.

[12] 張世文,王勝濤,劉娜,等.土壤質(zhì)地空間預(yù)測(cè)方法比較[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2011,27(1):332-339.

[13] 司建華,馮起,魚(yú)騰飛,等.額濟(jì)納綠洲土壤養(yǎng)分的空間異質(zhì)性[J].生態(tài)學(xué)雜志,2009,28(12):2600-2606.

[14] 陳浮,濮勵(lì)杰,曹慧,等.近20年太湖流域典型區(qū)土壤養(yǎng)分時(shí)空變化及驅(qū)動(dòng)機(jī)理[J].土壤學(xué)報(bào),2002,39(2):236-245.

[15] 崔貝,王紀(jì)華,楊武德,等.冬小麥—夏玉米輪作區(qū)土壤養(yǎng)分時(shí)空變化特征[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,46(12):2471-2482.

[16] 王珊,廖桂堂,熊鴻焰,等.川南地區(qū)耕地土壤pH時(shí)空變化分析:以宜賓市南溪區(qū)長(zhǎng)興鎮(zhèn)為例[J].內(nèi)江師范學(xué)院學(xué)報(bào),2013,28(2):52-55.

[17] 劉世全,張明.區(qū)域土壤地理[M].成都:四川大學(xué)出版社,1997:229-232.

[18] 李正積,付平都,龐在祥,等.涪陵榨菜菜頭品質(zhì)與地質(zhì)背景關(guān)系的研究[J].四川地質(zhì)學(xué)報(bào),1994,14(2):149-160.

[19] 林電,黃慧德,程寧寧,等.麻竹營(yíng)養(yǎng)規(guī)律的研究[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2005,21(10):364-367.

[20] 邱爾發(fā),陳卓梅,鄭郁善,等.土壤墾復(fù)對(duì)山地麻竹林地表養(yǎng)分流失動(dòng)態(tài)的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2005,16(6):1017-1021.

[21] 阿拉騰希胡日,曾希柏,白玲玉,等.不同土地利用方式對(duì)農(nóng)田土壤養(yǎng)分含量的影響[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究,2010,31(4):492-495.

Spatial and Temporal Change in Soil Nutrients in Hilly Area of Southern Sichuan Basin in Past 30 Years

WANG Shan1, LIAO Guitang2, XIONG Hongyan3, LUO Houyong4, ZHANG Ding5, DAI Guangyin5

(1.CollegeofGeographyandResourceSciences,NeijiangNormalUniversity,Neijiang,Sichuan641112,China; 2.YibinAgricultureBureau,Yibin,Sichuan644000,China; 3.NanxiScienceandTechnologyBureau,Yibin,Sichuan644100,China; 4.ThePeople’sGovernmentofSichuanNeijiangShizhongDistrict,Neijiang,Sichuan641000,China; 5.NeijingAgricultureBureau,Neijiang,Sichuan641000,China)

[Objective] The spatial and temporal changes in soil nutrients in hilly area of Southern Sichuan basin was investigated in order to provide support for the soil quality management and the agricultural sustainable development . [Methods] Using the data of the second soil survey in 1982 and the soil fertility monitoring data in 2011, the article analyzed spatial and temporal changes in soil nutrients in Changxing township, Yibin City under the SPSS 17.0 and ArcGIS 9.3 platforms. [Results] (1) Among the five soil indicators, the highest coefficient of variation was available phosphorus, the rest indexes varied between 22.18% to 37.03%, indicating a moderate variation. (2) Semivariogram analyses indicated that the nugget/sill of soil nutrients ranged from 25% to 75% in 1982, showing a medium variation. Both of the structural and human factors had influence on it. In 2011, the spatial autocorrelation of each index was weak, and the human factor played a dominant role.(3) The ordinary Kriging interpolation showed that nearly half of the study area have high nitrogen, and the area with total nitrogen and alkali-hydrolyzable nitrogen content in high grade and above accounted for 39.26% and 47.94% respectively. Although phosphorus increased slightly, the content of available phosphorus below 5 mg/kg accounted for 52.68% of the area, indicating a serious phosphorus deficiency. The potassium content in the area of an upper-middle class reduced, mostly in the middle and lower levels, or even extremely low levels. [Conclusion] After nearly 30 years of land use, the soil nutrient in the northern area is higher than in the south, with more emphasis on nitrogen and little on phosphorus and potassium fertilizer. More effots should be devoted to limiting inputs of nitrogen and adding phosphorus and potassium in the south of the study area.

hilly area of Southern Sichuan basin; soil nutrients ; spatial-temporal change

2014-04-30

2014-06-20

四川省教育廳項(xiàng)目“四川典型植煙區(qū)連作對(duì)農(nóng)田土壤生態(tài)環(huán)境影響研究”(15ZB0273); 內(nèi)江師范學(xué)院青年教師項(xiàng)目(14ZB05)

王珊(1983—),女(漢族),四川省崇州市人,碩士,講師,主要從事土壤環(huán)境質(zhì)量與可持續(xù)發(fā)展方向研究。 E-mail:wangsh1983@qq.com。

A

1000-288X(2015)05-0289-07

S158.2