馬樺薇, 師學(xué)義, 張美榮, 張 琛, 王 晶

(中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院, 北京 100083)

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待復(fù)墾村莊土壤養(yǎng)分特征研究
——以山西省西郜村為例

馬樺薇, 師學(xué)義, 張美榮, 張 琛, 王 晶

(中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院, 北京 100083)

掌握復(fù)墾村莊土壤養(yǎng)分狀況，有助于探究長期作為村莊的土壤養(yǎng)分特點(diǎn)，為土地復(fù)墾過程中改善土壤質(zhì)量與土壤培肥提供依據(jù)。以山西省晉城市澤州縣西郜村煤炭基地復(fù)墾村莊為研究區(qū)，運(yùn)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)與GIS相結(jié)合的方法，研究土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀和有效磷養(yǎng)分含量及空間分布特征，并在地理信息系統(tǒng)支持下繪制土壤養(yǎng)分的空間分布圖。研究結(jié)果表明：土壤這4種養(yǎng)分的變異系數(shù)范圍為19.78%～29.45%，變異程度較小，有機(jī)質(zhì)、速效鉀的半方差擬合模型為球狀模型，全氮、有效磷的半方差擬合模型為高斯模型；有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀和有效磷的變程分別為59.70，54.47，55.89，66.87 m，塊金系數(shù)分別為74.2%，74.9%，69.1%，76.5%，具有中等程度的空間相關(guān)性；研究區(qū)內(nèi)4種養(yǎng)分分布略有差異，但整體上均在村莊中部含量較高，逐次向周圍遞減，土壤養(yǎng)分空間分布格局是在地形變化、人類活動以及其他隨機(jī)因素共同作用下而形成的。掌握村莊土壤養(yǎng)分的空間分布規(guī)律，能夠?yàn)槊禾炕卮迩f復(fù)墾后耕地質(zhì)量提升、農(nóng)田土壤養(yǎng)分精準(zhǔn)管理和施肥決策提供一定的依據(jù)。

土壤養(yǎng)分; 地統(tǒng)計(jì)學(xué);GIS; 空間分布; 復(fù)墾村莊

我國黃土高原地區(qū)煤炭基地范圍內(nèi)，由于土地塌陷、水資源枯竭、生態(tài)環(huán)境惡化等災(zāi)害性問題，以及煤炭資源的開發(fā)、人口向城鎮(zhèn)遷移、新農(nóng)村建設(shè)等原因，現(xiàn)有大量村莊土地即將被廢棄，僅山西省晉城市就有此類可復(fù)墾村莊土地面積4 900 hm2，村莊土地的復(fù)墾整理已成為該地區(qū)土地綜合整治的一項(xiàng)重要內(nèi)容。掌握黃土高原地區(qū)待復(fù)墾村莊土壤養(yǎng)分空間分布規(guī)律，探究村莊的土壤養(yǎng)分長期存在問題，是村莊復(fù)墾過程中保護(hù)土壤養(yǎng)分、研究土壤培肥技術(shù)的基礎(chǔ)和重要環(huán)節(jié)，可以為村莊復(fù)墾提供有利依據(jù)。

利用地統(tǒng)計(jì)學(xué)和GIS相結(jié)合的方法研究土壤養(yǎng)分的空間變異規(guī)律，已成為土壤科學(xué)研究熱點(diǎn)之一，并得到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[1-5]。從研究尺度來看，目前的研究主要從地塊尺度、流域尺度和區(qū)域尺度來分析土壤養(yǎng)分的空間變異特征，進(jìn)而揭示不同空間信息的相似性與相異性。地塊尺度屬于小尺度研究，可以為提高土壤養(yǎng)分管理效率提供數(shù)據(jù)支持，也是實(shí)現(xiàn)精確施肥的基礎(chǔ)。張淑娟等[6]、胡克林等[7]采用GIS與地統(tǒng)計(jì)學(xué)相結(jié)合的方法對農(nóng)田的土壤空間分布狀況進(jìn)行了研究；劉國順等[8]對緩坡煙田土壤養(yǎng)分空間變異特征進(jìn)行了研究，并根據(jù)影響因素提出了改善煙田土壤養(yǎng)分狀況的建議措施。流域尺度屬于大中尺度研究，其研究成果有助于特定流域范圍農(nóng)業(yè)面源污染的識別，對區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境管理有著十分重要的意義。劉付程等[9]對太湖流域典型地區(qū)土壤全氮的空間變異特征進(jìn)行了研究，研究表明土壤全氮的空間分布體現(xiàn)了地貌過程的影響；王軍等[10]則對黃土高原小流域土壤養(yǎng)分空間異質(zhì)性進(jìn)行了研究。區(qū)域尺度一般屬于大尺度，其研究主要是為了掌握區(qū)域土壤質(zhì)量的狀況，實(shí)現(xiàn)區(qū)域土壤的數(shù)字化管理。苑小勇等[11]利用GIS與地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法初步研究了北京市平谷區(qū)農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)含量的空間分布規(guī)律及其影響因素；司建華等[13]則分別研究了額濟(jì)納綠洲和喀斯特木論自然保護(hù)區(qū)土壤養(yǎng)分空間變異特征[12-13]。

可以看出，目前的研究多集中于農(nóng)用地、保護(hù)區(qū)等土壤養(yǎng)分空間分布，而缺乏對待復(fù)墾村莊土壤養(yǎng)分的研究。與農(nóng)用地、保護(hù)區(qū)相比，待復(fù)墾村莊與人類活動的關(guān)系更為密切，受人為影響比較大，其生物群落簡單，并且多是人為活動的結(jié)果，而村莊復(fù)墾作為增加耕地的有效手段和重要來源之一，研究其土壤養(yǎng)分狀況對于今后復(fù)墾采取針對性措施、增加耕地?cái)?shù)量、快速提高耕地質(zhì)量具有重要意義。因此，本研究將運(yùn)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)和GIS結(jié)合的方法，對煤炭基地復(fù)墾村莊土壤養(yǎng)分(主要以有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀、有效磷為指標(biāo))空間分布進(jìn)行分析，揭示其變異規(guī)律，探究待復(fù)墾村莊的土壤養(yǎng)分的特點(diǎn)及存在問題，以期為復(fù)墾后耕地質(zhì)量提升、農(nóng)田土壤養(yǎng)分精準(zhǔn)管理和施肥決策提供一定的依據(jù)。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)概況

西郜村地處山西省澤州縣巴公鎮(zhèn)，位于東經(jīng)112°51′38″—112°52′09″，北緯35°40′01″—35°40′39″，交通條件良好，全部為農(nóng)村居民點(diǎn)用地，土地總面積為35.71 hm2。但是，村莊布局相對分散，居住環(huán)境惡劣，群眾生產(chǎn)生活都不便，并壓占大量煤炭資源，為改善農(nóng)民的生活環(huán)境，合理開發(fā)煤炭資源，亟待進(jìn)行整村搬遷改造，村莊土地復(fù)墾對北方煤炭基地具有很好的示范意義。西郜村地勢呈東西北高，中部、南部低的簸箕狀，海拔高度為750～850 m。屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，土壤屬褐土地帶，土層深厚，土壤熟化度較高，土質(zhì)偏粘，土體干旱。西郜村復(fù)墾項(xiàng)目完成后可新增凈耕地29.54 hm2，新增耕地率為82.74%。

1.2樣品采集與分析

針對研究區(qū)域條件與情況，本研究選取西郜村復(fù)墾村莊土壤中的有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀和有效磷作為評價指標(biāo)，采用50 m間隔的“網(wǎng)格法”設(shè)置采樣點(diǎn)128個，并用GPS確定每個樣點(diǎn)的位置。采樣時間是2012年7月18日至20日，每個樣點(diǎn)在直徑10 m范圍內(nèi)按“W”形狀采集五鉆耕作層土壤(0—30 cm)，混合均勻后縮至1～2 kg裝袋。土壤樣品在實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干，剔除石塊等雜質(zhì)用瑪瑙研缽磨成粉末。其中，土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測定；全氮含量采用開式法(半微量法)測定；速效鉀采用乙酸銨提取火焰光度法測定；有效磷采用碳酸氫鈉一鉬藍(lán)比色法測定[14]。為了提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，每個采樣點(diǎn)均設(shè)定5個化驗(yàn)樣本，最后取平均值確定每個樣點(diǎn)土壤養(yǎng)分各指標(biāo)含量水平。

1.3數(shù)據(jù)處理

土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀和有效磷數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)和描述性統(tǒng)計(jì)，半方差函數(shù)分析及理論模型的擬合在GS+9.0中進(jìn)行，Kriging插值及空間分布圖的制作輸出在ARCGIS 10.0軟件中完成。

半方差函數(shù)也稱為半變異函數(shù),它表述了區(qū)域化變量空間自相關(guān)性，是地統(tǒng)計(jì)學(xué)中研究土壤變異性的關(guān)鍵函數(shù)。半方差函數(shù)描述了不同距離的變量之間空間變異結(jié)構(gòu)，其公式如下：

(1)

式中：r(h)——半方差函數(shù)值；h——樣點(diǎn)間距，在一定范圍內(nèi)r(h)隨h的增大而增大；N(Xi)——樣點(diǎn)Xi處的實(shí)測值；N(Xi+h)——與樣點(diǎn)Xi距離h處的實(shí)測值。通過半變異函數(shù)可以得到4個特征參數(shù)，即變程、基臺值、塊金值和塊金系數(shù)，能夠準(zhǔn)確地描述土壤養(yǎng)分狀況的空間連續(xù)變異狀況，反映土壤養(yǎng)分狀況不同距離觀測值之間的變化。

Kriging插值是根據(jù)區(qū)域變量的原始數(shù)據(jù)與變異函數(shù)提供的空間自相關(guān)性程度信息對未知點(diǎn)的值進(jìn)行線性無偏最優(yōu)化估計(jì)的一種方法，是地統(tǒng)計(jì)學(xué)中目前應(yīng)用較為廣泛的一種最優(yōu)內(nèi)插法：

(2)

式中：Z(x0)——未觀測點(diǎn)x0上的內(nèi)插估計(jì)值；Z(Xi)——點(diǎn)x0附近的若干點(diǎn)上獲取的實(shí)測值；λi——考慮了半方差圖中表示空間的權(quán)重。

2　結(jié)果與分析

2.1土壤養(yǎng)分含量描述統(tǒng)計(jì)特征

對樣品進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和K-S檢驗(yàn)后可知，研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀、有效磷的平均含量分別為18.13 g/kg，1.02 g/kg，300 mg/kg，20 mg/kg。根據(jù)全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷較適宜，分別達(dá)到四級、三級、二級水平，速效鉀含量過高，為一級水平。4種養(yǎng)分變異系數(shù)處于2.24%～16%，變異程度較小，其中速效鉀的變異系數(shù)最低，為2.24%，有機(jī)質(zhì)的變異系數(shù)最高，為16%。對4種養(yǎng)分進(jìn)行Kolmogorov-Smirnov正態(tài)分布檢驗(yàn)，假定p>0.01，檢驗(yàn)結(jié)果顯示4種養(yǎng)分只有速效鉀、有效磷服從正態(tài)分布，有機(jī)質(zhì)、全氮不服從正態(tài)分布。

研究區(qū)土壤描述性統(tǒng)計(jì)特征見表1，描述性統(tǒng)計(jì)只能反映土壤中養(yǎng)分總體含量特征，不能完全反映研究區(qū)域養(yǎng)分含量的空間相關(guān)性及結(jié)構(gòu)特征，因此，需要運(yùn)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)和GIS相結(jié)合的方法做進(jìn)一步分析。

表1　土壤養(yǎng)分含量描述性統(tǒng)計(jì)

2.2土壤養(yǎng)分含量的半方差函數(shù)分析

土壤養(yǎng)分含量的空間變異通過半方差函數(shù)來描述，半方差函數(shù)的計(jì)算一般要求數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布，否則可能存在比例效應(yīng)。表1顯示，只有速效鉀、有效磷服從正態(tài)分布，有機(jī)質(zhì)、全氮不服從正態(tài)分布。因此，在數(shù)據(jù)分析前，需對有機(jī)質(zhì)、全氮進(jìn)行對數(shù)轉(zhuǎn)換和異常值剔除，轉(zhuǎn)換后再對4種養(yǎng)分進(jìn)行半方差函數(shù)分析，得到理論擬合模型及其檢驗(yàn)參數(shù)見表2。

表2　土壤養(yǎng)分含量模型擬合及其檢驗(yàn)參數(shù)

由表2可以看出，有機(jī)質(zhì)與速效鉀符合球狀模型，全氮和有效磷符合高斯模型。塊金值表示取樣誤差和小于取樣尺度下的空間變異，基臺值反映了變量在研究區(qū)域內(nèi)總的空間變異強(qiáng)度，塊金系數(shù)則表明了系統(tǒng)變量的空間相關(guān)程度。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)研究[15-16]得出的區(qū)域化變量相關(guān)性程度分級標(biāo)準(zhǔn)可知：若塊金系數(shù)小于25%，表明變量具有強(qiáng)烈的空間相關(guān)性；若塊金系數(shù)處于25%～75%，表明變量具有中等程度的空間相關(guān)性；若塊金系數(shù)大于75%，表明變量的空間相關(guān)性較弱。研究區(qū)域內(nèi)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和速效鉀的塊金系數(shù)均在25%～75%，表明變量具有中等的空間相關(guān)性，而速效鉀的塊金系數(shù)大于75%，空間相關(guān)性較弱，其變異受隨機(jī)因素和結(jié)構(gòu)因素共同影響。復(fù)墾村莊土壤特性受人類活動的影響較大，人類活動的差異性和隨機(jī)性增大了隨機(jī)因素的影響，由于地形特征造成對土壤侵蝕與運(yùn)移則增強(qiáng)了土壤養(yǎng)分空間分布的結(jié)構(gòu)性差異。

變程反映了空間相關(guān)性的最大距離?？梢哉J(rèn)為，變量在變程范圍內(nèi)具有空間相關(guān)性，變量之間的距離超過變程時是相互獨(dú)立的。本研究在50 m取樣尺度下4種土壤養(yǎng)分的變程在54.47～66.87 m之間，空間自相關(guān)范圍差異不明顯，表明該待復(fù)墾村莊土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀和有效磷的生態(tài)過程基本在相同的尺度上起作用。在復(fù)墾村莊內(nèi)部，人類活動對土壤特性的擾動較大，使得土壤養(yǎng)分分布特征較以往研究的農(nóng)用地、保護(hù)區(qū)等差別較大。由平均預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)差和標(biāo)準(zhǔn)均方差預(yù)測誤差可以看出，預(yù)測精度滿足區(qū)域差值的要求，可以進(jìn)行克里金插值。

2.3土壤養(yǎng)分含量的空間分布特征

利用ArcGIS地統(tǒng)計(jì)模塊進(jìn)行Kriging插值計(jì)算后，土壤養(yǎng)分的空間分布如圖1所示。研究區(qū)內(nèi)4種養(yǎng)分整體上均在村莊中部含量較高，逐次向周圍遞減，具體來說，有機(jī)質(zhì)的高值集中在村莊的西南和東北，全氮的分布高值多集中在村莊的中東部，速效鉀的高值分布在村莊的西部及中部，有效磷的高值集中在村莊北部偏東地區(qū)。

由于研究對象的尺度較小，造成土壤養(yǎng)分的空間分布差異明顯受到地形、土壤類型、人類活動以及其他隨機(jī)因素的影響，具體可能有以下幾個方面：

(1) 從村莊布局來看：隨著村莊格局不斷變化，新宅多集中在村莊的外圍，而村莊內(nèi)部多為舊宅，且年久失修無人居住，形成了典型的“空心村”。村莊內(nèi)部由于人類擾動較弱，植物覆蓋度高，堆積較多生活垃圾和動物糞便，微生物活動頻繁，土壤質(zhì)量能夠得到有效改善，使得土壤養(yǎng)分得到富集。

(2) 從地勢地形來看：經(jīng)過調(diào)查，西郜村地形呈“西北高、中部低、東南較高”的狀態(tài)，高低落差達(dá)100 m左右，因此可從地勢地形的方面對土壤養(yǎng)分分布不均進(jìn)行解釋。坡度的差異性增強(qiáng)了生活廢水、雨水、地下水等的沖刷作用，造成了土壤侵蝕，土壤養(yǎng)分在地勢較高的地區(qū)容易流失，在地形較低的中部地區(qū)容易積累。

(3) 從土壤性質(zhì)來看：一方面，該村莊土壤類型為褐土，土質(zhì)偏粘，淋溶作用較弱，因此土壤養(yǎng)分豐富，而且有機(jī)質(zhì)含量較高，大多土壤養(yǎng)分不易被雨水和灌溉水淋失，故土壤養(yǎng)分含量整體處于較高水平；另一方面，村莊由于建筑物、道路的修建以及人、畜活動頻繁，土壤壓實(shí)程度較高，特別是周圍新建村莊，中部舊村落由于人類活動較少、壓實(shí)程度相對低一些，使得中部地區(qū)的土壤養(yǎng)分含量高于周圍地區(qū)。

(4) 從人類活動來看：人類活動與耕種施肥、日常生活、管理習(xí)慣等密切相關(guān)。首先，待復(fù)墾村莊中一些農(nóng)戶種植有菜園，菜園多集中在村莊中部無人使用的空地，村民施用農(nóng)家肥或其他肥料也會對土壤的養(yǎng)分含量產(chǎn)生一定影響；其次，村中土壤養(yǎng)分與人類日常生活的關(guān)系較為緊密，特別是生活污水和生活垃圾的排放，會顯著影響著土壤中有效磷的空間分布。最后，人類活動伴隨著一定的隨機(jī)性和規(guī)律性，村莊布局不盡合理，缺乏統(tǒng)一的組織與管理，使得部分垃圾的排放隨意性較強(qiáng)，有些垃圾定點(diǎn)堆放于無人居住的舊宅區(qū)域，因此，土壤中有效磷的分布在隨機(jī)性因素和結(jié)構(gòu)因素的共同影響下，呈現(xiàn)出由中部向周圍遞減的狀況。

由于本文的研究對象復(fù)墾村莊土壤，研究尺度較小，土壤類型、成土母質(zhì)、氣候條件等因素對土壤養(yǎng)分空間分布影響較小，而坡度與人類活動則是土壤養(yǎng)分的空間分布的重要因素。因此，在對復(fù)墾后耕地進(jìn)行養(yǎng)分分區(qū)管理及精準(zhǔn)施肥研究時，應(yīng)重點(diǎn)考慮。

圖1土壤養(yǎng)分的空間分布格局

3　結(jié)論與討論

經(jīng)典統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示，研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀、有效磷的含量較高，4種養(yǎng)分變異程度較小，其中速效鉀的變異系數(shù)最低，有機(jī)質(zhì)的變異系數(shù)最高。地統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀、有效磷的變程分別為59.70，54.47，55.89，66.87 m，有機(jī)質(zhì)、速效鉀的半方差擬合模型為球狀模型，全氮、有效磷的半方差擬合模型為高斯模型，4種養(yǎng)分的塊金系數(shù)分別為74.2%，74.9%，69.1%，76.5%，具有中等程度的空間相關(guān)性。Kriging插值分析，研究區(qū)土壤養(yǎng)分的分布呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，4種養(yǎng)分均在村莊中部含量較高，逐次向周圍遞減。各養(yǎng)分含量相對集中不均勻。

本研究采用GIS與地統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)合的方法，該方法的運(yùn)用極大地推動了區(qū)域土壤養(yǎng)分空間變異的研究，但目前的研究主要集中在大中尺度的農(nóng)用地、生態(tài)保護(hù)區(qū)等土壤質(zhì)量評價，而關(guān)于微觀尺度的復(fù)墾村莊的研究則較少。待復(fù)墾的村莊土壤養(yǎng)分狀況對于復(fù)墾后耕地質(zhì)量具有重要影響，本研究從微觀尺度上對待復(fù)墾村莊土壤養(yǎng)分的空間分布規(guī)律進(jìn)行分析，能夠?yàn)閺?fù)墾技術(shù)的選擇提供一定的依據(jù)，為復(fù)墾后耕地進(jìn)行養(yǎng)分分區(qū)管理及精準(zhǔn)施肥提供基礎(chǔ)，有助于新增耕地質(zhì)量提高，等級提升。

研究區(qū)土壤養(yǎng)分整體水平較高，在今后復(fù)墾過程中可以發(fā)展玉米、棉花、谷子、小麥等農(nóng)作物的種植，因地耕種，提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量；也可以進(jìn)行多種作物輪作，或林地農(nóng)田間種，改善土壤質(zhì)地與肥力，充分發(fā)展土壤潛力優(yōu)勢。

研究區(qū)養(yǎng)分含量不均勻，今后的復(fù)墾管理實(shí)施中，宜采取分區(qū)、分級別管理。對于村莊中部養(yǎng)分含量較高地區(qū)，應(yīng)注重提高養(yǎng)分利用率，提升土壤的保肥能力；對于村莊周圍養(yǎng)分含量相對較低的土壤，應(yīng)加強(qiáng)松土，提高土壤的通透性與孔隙度，改善土壤容重，增加土壤肥力。

復(fù)墾過程中還應(yīng)加強(qiáng)水利灌溉建設(shè)。一方面，研究區(qū)所處氣候較干旱，易發(fā)生土壤侵蝕，且土壤養(yǎng)分具有分布不均勻的特征，需要加強(qiáng)灌溉，均衡土壤中養(yǎng)分含量，防止養(yǎng)分流失；另一方面，研究區(qū)地形“西北高、中部低、東南較高”，在建設(shè)水利灌溉時應(yīng)與地形地勢相結(jié)合，發(fā)揮地形優(yōu)勢，規(guī)避地形缺陷。

由于受數(shù)據(jù)獲取的影響，本研究僅分析了西郜村耕作層(0—30 cm)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀和有效磷4種養(yǎng)分的空間變異特征與分布規(guī)律，沒有對深層土壤及其他養(yǎng)分如堿基氮、全磷、全鉀進(jìn)行分析。在今后的復(fù)墾過程中可進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

本文研究區(qū)域?yàn)?5.71 hm2，采樣密度較大(每50 m一個樣點(diǎn))，得到的結(jié)果能夠?yàn)榇迩f的復(fù)墾工作提供指導(dǎo)，為復(fù)墾后農(nóng)田治理提供輔助參考。地統(tǒng)計(jì)方法通過變異函數(shù)可以確定變量因子的空間變異程度及空間變異尺度，在后續(xù)研究中應(yīng)加強(qiáng)待復(fù)墾村莊不同尺度上土壤養(yǎng)分的空間變異特征，分析不同尺度上空間信息的相異性和相似性，這能夠?yàn)槲覈龔?fù)墾村莊土地的整理與復(fù)墾提供一定的參考價值。通過對研究區(qū)土壤養(yǎng)分的結(jié)果分析，可以總結(jié)出該待復(fù)墾村莊土壤養(yǎng)分含量有以下特點(diǎn)：

(1) 土壤養(yǎng)分含量平均水平較高。與全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)相比，該復(fù)墾村莊的養(yǎng)分水平均達(dá)到三級以上，其中速效鉀含量極高，達(dá)到一級以上。與周圍農(nóng)田的養(yǎng)分含量平均水平(經(jīng)調(diào)查，村莊周圍土壤養(yǎng)分含量平均水平為：有機(jī)質(zhì)20.13 g/kg，全氮0.96 g/kg，有效磷10.13 mg/kg，速效鉀155 mg/kg相比，該復(fù)墾村莊的養(yǎng)分平均含量處于較高水平。養(yǎng)分含量的高低可以從一定程度上反映土壤的肥沃程度，但是土壤肥力是土壤物理、化學(xué)、生物化學(xué)和物理化學(xué)特性的綜合表現(xiàn)，養(yǎng)分含量高并不等于土壤肥力高,土壤肥力高低仍需后續(xù)的研究。

(2) 土壤中各養(yǎng)分空間變異大，分布不均勻。分析顯示土壤各養(yǎng)分最高值與最低值相差較大，例如有機(jī)質(zhì)含量，最大值為25.10 g/kg，最小值為18.13 g/kg，相差6.97 g/kg。通過插值圖亦可看出，該地區(qū)土壤養(yǎng)分分布集中在村莊中部，中部地勢較低，同時舊村落、廢棄地及垃圾堆放多在中部地區(qū)，在今后復(fù)墾工作中需要對中部地區(qū)加以重視。

(3) 土壤受人為影響較大。長期作為村莊的土壤，人類活動密集，建筑物、道路等造成土壤壓實(shí)，孔隙度降低，容重增加，對土壤養(yǎng)分的分布會產(chǎn)生很大的影響；加之排放的垃圾以及生活廢水廢物，在自然條件下經(jīng)過物理、化學(xué)、生物反應(yīng)，影響土壤養(yǎng)分含量，造成土壤養(yǎng)分分布不均勻。

今后的復(fù)墾過程中，應(yīng)注意改善土壤理化性質(zhì)，縮小空間變異程度。具體來說有以下幾點(diǎn)參考建議：

(1) 加強(qiáng)農(nóng)田水利等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。由于待復(fù)墾區(qū)域地形呈“西北高、中部低、東南較高”的狀態(tài)，落差達(dá)100 m左右，低洼的地方在平整復(fù)墾后容易積水，因此，在復(fù)墾過程中應(yīng)結(jié)合地下水位的相關(guān)數(shù)據(jù)，加強(qiáng)灌溉排水設(shè)施的建設(shè)，調(diào)節(jié)、改善農(nóng)田水分狀況和地區(qū)水利條件，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)，使之有利于農(nóng)作物的生產(chǎn)。

(2) 分區(qū)管理，促進(jìn)養(yǎng)分平衡。待復(fù)墾的土壤養(yǎng)分含量不均，且區(qū)域的地形因素對耕地種植及施肥具有較大影響，在復(fù)墾過程中應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的農(nóng)田分區(qū)管理，不同分區(qū)之間還應(yīng)注意分區(qū)劃分的連續(xù)性、施肥改良的差異性，促進(jìn)各養(yǎng)分均勻分布，提高土壤整體肥力。

(3) 復(fù)墾后耕地進(jìn)行適度松土與翻壓。由于復(fù)墾前的村莊人為活動較為密集，土體壓實(shí)現(xiàn)象較為普遍，村莊外圍的新宅區(qū)域更為顯著。因此，在復(fù)墾過程中應(yīng)注意適度松土，有效減少土壤容重，增加土壤透水性與保肥性，增加土壤養(yǎng)分，促進(jìn)土壤質(zhì)量的提升。

(4) 采用生物技術(shù)對復(fù)墾后的土壤進(jìn)行改良。由于待復(fù)墾的土壤壓實(shí)程度高，土壤內(nèi)的生物含量整體水平較正常農(nóng)田含量低，即使土壤中養(yǎng)分含量高，其保肥性與供肥性可能較低，因此可采用生物制劑，增加土壤生物群落，促進(jìn)土壤中養(yǎng)分的釋放；同時在區(qū)域內(nèi)養(yǎng)分含量較低的地區(qū)可進(jìn)行綠肥種植，可以有效地增加地表植被覆蓋，提高土壤養(yǎng)分，改善土壤理化性質(zhì)，尤其在坡度較大的區(qū)域更應(yīng)加強(qiáng)。

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Research on Spatial Characteristics of Soil Nutrients in Reclaimed Village —Taking Xigao Village in Shanxi Province as an Example

MA Huawei, SHI Xueyi, ZHANG Meirong, ZHANG Chen, WANG Jing

(School of Land Science and Technology, China University of Geosciences, Beijing 100083, China)

Understanding the soil nutrient condition in reclaimed village will make a difference on improving soil quality and soil fertility in the course of land reclamation. A reclaimed village in Zezhou County of Shanxi Province was selected as the study area, the spatial variability of soil nutrients in reclaimed village was comprehensively analyzed by a combination of geostatistics with a geographic information system (GIS). The results were shown as follows. (1) The variation coefficient of 4 soil nutrients ranged from 19.78% to 29.45%, which indicated the variation degree of soil nutrients was relatively small. The semi-variance models of 4 soli nutrients were in line with the Gaussian model. (2) The ranges of organic matter (OM), total nitrogen (TN), available K (AK) and available P (AP) were 59.70, 54.47, 55.59 and 66.87 m, respectively, and the nugget factors were 74.2%, 74.9%, 69.1% and 76.5%, respectively, which suggested that the soil nutrients had medium spatial correlation. (3) The maximum values of OM, TN and AP were concentrated in two parts namely northeast and southwest near central regions, and the distribution of AP was descending from the central to the peripheral areas. (4) The spatial distribution pattern of soil nutrients was formed under the influence of the terrain change, human activity and some random factors. Mastering the distribution of village soli nutrients will provide the basis for enhancing quality of arable land after reclamation, precise management of soil nutrients and fertilization decision in villages of coal base.

soli nutrients; geostatistics; GIS; spatial distribution; reclaimed village

2014-09-07

2014-10-12

國土資源部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)課題“北方地區(qū)村莊土地復(fù)墾整理技術(shù)研究與示范”(201111015-04)

馬樺薇(1990—),女,河南省平頂山人,碩士研究生，主要研究方向?yàn)橥恋刭Y源評價與利用規(guī)劃。E-mail:mahuawei90@126.com

師學(xué)義(1960—),男,山西省祁縣人,博士,教授，主要從事土地利用規(guī)劃與土地利用工程研究。E-mail:shixueyi60@163.com

S153.6

A

1005-3409(2015)04-0107-06