樊燕

摘 要 采用地統(tǒng)計學及GIS技術對三峽庫區(qū)土壤養(yǎng)分的空間變異性及空間分布狀況進行研究，評價研究區(qū)土壤養(yǎng)分含量水平。結果表明，試驗區(qū)土壤養(yǎng)分變異較大，但均為中等變異，其中氮的空間變異主要來自結構性因素，而有機質、磷、鉀的空間變異性主要來自于隨機因素的影響。另外，研究區(qū)各種土壤養(yǎng)分含量水平均不高，其中有機質、磷、鉀非常缺乏，鉀大部分區(qū)域含量中等，部分地區(qū)也比較缺乏。

關鍵詞 三峽庫區(qū) ；土壤養(yǎng)分 ；空間分布

分類號 S159

由于在形成過程中受到成土母質、地形、人類活動等自然因素和人為因素的影響，土壤成為在時間和空間上不均一、變化的時空連續(xù)體，并表現(xiàn)出高度的變異性。20世紀80年代開始，土壤空間變異性研究在我國勃然興起，并取得了豐碩的研究成果[1-4]。土壤的空間變異性對于評價和有效利用土壤具有十分重要的作用[5]。近年來，由于地統(tǒng)計學、GIS和GPS等研究方法廣泛應用在土壤科學領域，并由此推進了我國對土壤養(yǎng)分空間特性的研究，并取得了一定成果[6-8]。然而，三峽庫區(qū)作為全國農業(yè)生產(chǎn)的重要區(qū)域，在土壤空間變異性研究方面卻相對較少。因此，本研究以三峽庫區(qū)腹心地帶重慶市忠縣為例，應用地統(tǒng)計學并結合GIS技術，對土壤有機質、氮、磷、鉀等養(yǎng)分的空間變異情況進行研究，從而為三峽庫區(qū)農業(yè)生產(chǎn)規(guī)劃、養(yǎng)分的管理及合理施肥等提供科學依據(jù)，以期為庫區(qū)生態(tài)環(huán)境建設、耕地質量保護以及農業(yè)可持續(xù)發(fā)展等提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

忠縣地處重慶市中部，是三峽庫區(qū)腹心地帶，面積2 187 km2，最高海拔1 680 m，最低117 m，典型的丘陵地貌，處于暖濕亞熱帶東南季風區(qū)，屬亞熱帶東南季風區(qū)山地氣候。年均溫18.2℃，≥10℃年積溫5 787℃，無霜期341 d，日照時數(shù)1 327.5 h，太陽總輻射能350.43 kj/cm2，年降雨量1 200 mm，相對濕度80%。

1.2 方法

本研究在忠縣全縣范圍內采集土壤樣品1 980個，隨機采樣，同時利用GPS確定樣點經(jīng)緯度，由此得到忠縣土壤樣點分布圖（圖1）。

采樣方法：在隨機選取的樣點附近采用“S”法均勻采取0～20 cm深的耕層土壤，每一個樣點采集10個點，然后將其進行充分混合后，用四分法留取1 kg作為樣品。

樣品分析方法：本研究采用土壤養(yǎng)分狀況系統(tǒng)研究方法（ASI法）[9]分析土壤樣品，分析土樣的項目主要包括土壤有機質（OM）、堿解氮、有效磷和速效鉀等大量養(yǎng)分元素。

數(shù)據(jù)分析方法：本研究利用SPSS對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計及相關性分析。數(shù)據(jù)統(tǒng)計包括平均值、標準差、方差、變異系數(shù)等的計算，數(shù)據(jù)分析利用ArcGIS采用地統(tǒng)計分析及kriging空間插值的方法進行半方差函數(shù)分析、函數(shù)模型擬合、土壤養(yǎng)分空間分布圖及土壤養(yǎng)分分級分布圖的繪制[10]。

2 結果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分的基本統(tǒng)計值特征

首先用閾值識別法對所有1 980個土壤樣本數(shù)據(jù)進行處理，然后再利用SPSS進行常規(guī)統(tǒng)計分析，其分析結果見表1。

從變異系數(shù)看，磷的變異系數(shù)最高為89.54%，其次是鉀和有機質，變異系數(shù)分別為60.02%和38.50%，而變異最小的均為N（34.32%），這說明研究區(qū)的土壤養(yǎng)分含量差異很大。但由于研究區(qū)0.1

2.2 土壤養(yǎng)分空間變異特征

采用克里格（kring）空間插值法分析土壤養(yǎng)分的空間變異性。采用ArcGIS10.1軟件中的空間分析模塊來進行分析。首先要計算各土壤養(yǎng)分含量的半方差函數(shù)，并選擇出最合適的半方差函數(shù)模型進行擬合，并用交叉驗證法來修正模型的參數(shù)，得到研究區(qū)各土壤養(yǎng)分的半方差分析結果（表2）。

結果表明，忠縣土壤有機質、氮、磷和鉀的空間變異性都存在半方差結構，但半方差結構參數(shù)表現(xiàn)不一，其變程范圍在10 118.4～57 252.5 m。由于C0表示由實驗誤差等隨機因素引起的變異，從塊金方差C0看，不同養(yǎng)分的差異較大，N的塊金方差很小，接近于0，表明隨機因素引起的變異??；而有機質、磷和鉀則相對較大，表明隨機因素引起的變異較大。半方差結構[C0/（C0+C）]比值表示養(yǎng)分的空間變異程度，從[C0/（C0+C）]比值看，N的比值為69.642%，在25%～75%，表明具有中等的空間相關性，其空間變異是由結構性和隨機性因素共同作用的結果，而有機質、磷和鉀的比值分別為89.988%、89.101%和79.403%，均大于75%，表明具有很弱的空間相關性，空間變異主要來自隨機因素[11]。就決定系數(shù)R2看，由于決定系數(shù)越大，模型的擬合性越好，本研究中氮的決定系數(shù)最大，其擬合性最好；而P的決定系數(shù)最小，擬合性最差。

2.3 土壤養(yǎng)分的空間分布格局

根據(jù)表2所選擇的半方差函數(shù)模型，采用克里格最優(yōu)內插法，借助地理信息系統(tǒng)軟件ArcGIS10.1的地統(tǒng)計分析模塊，繪制出土壤各養(yǎng)分含量的等值線圖，然后與忠縣的行政區(qū)劃圖相疊加，得到忠縣各土壤養(yǎng)分的空間分布圖（圖2）。

從圖2中可以看出，在整個研究區(qū)范圍內，土壤有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀含量在空間上的分布狀況各不相同，然而部分區(qū)域也具有一定的相似性。首先，土壤有機質含量表現(xiàn)為西部及北部部分區(qū)域較高，而中部及東南部含量較低。而土壤堿解氮則表現(xiàn)為，北部及東部部分區(qū)域的含量較高，西部及南部含量較低。土壤有效磷含量表現(xiàn)為僅有西部及中部極少數(shù)區(qū)域含量較高，其分布特征總體上表現(xiàn)出比較高的均質性，這可能跟磷素在土壤中不太容易遷移有關。土壤速效鉀的含量分布格局相對比較復雜，與其他養(yǎng)分相比，表現(xiàn)出相對較強的空間異質性，這說明土壤中鉀素比較容易受到一些自然因素及人為因素的影響，其含量分布表現(xiàn)為中部地區(qū)含量較低，南部及北部含量較高，東部及西部含量較低?？傮w而言，土壤養(yǎng)分含量呈現(xiàn)北部高，中部低的趨勢，這可能跟研究區(qū)內的地形、地貌特征等因素有關。

2.4 土壤養(yǎng)分含量評價

根據(jù)我國第二次土壤普查制定的土壤養(yǎng)分分級標準（表3），本研究還對忠縣的土壤養(yǎng)分含量狀況進行了分級評價，其評價結果如圖3所示。

結果表明，整個研究區(qū)土壤的有機質含量水平大都處于4級以上，1級很少，5級最多，表明研究區(qū)土壤有機質含量很缺乏，僅南部極少數(shù)區(qū)域含量很豐富；研究區(qū)土壤堿解氮含量水平以4、5級為主，表明研究區(qū)土壤堿解氮含量非常缺乏，僅南部極少數(shù)區(qū)域為2級水平，含量豐富，沒有含量很豐富的區(qū)域；研究區(qū)土壤有效磷含量為5、6級水平，表明整個研究區(qū)土壤有效磷含量極低，非常缺乏；研究區(qū)土壤速效鉀含量主要處于3、4級水平，3級為主，表明總體上研究區(qū)速效鉀含量中等，部分地區(qū)缺乏。

4 結語

研究區(qū)所有1 980個采樣點的數(shù)據(jù)分析結果表明，其土壤有機質、堿解氮、有效磷及速效鉀等土壤養(yǎng)分含量呈正態(tài)分布，但總體變異性較大，其變異系數(shù)為34.32%～89.54%，屬中等變異。土壤有機質含量呈現(xiàn)西部、北部部分區(qū)域較高，而中部、東南部含量較低的趨勢，但其總體含量水平低，處于很缺乏狀態(tài)。土壤堿解氮則呈現(xiàn)北部、東部部分區(qū)域的含量較高，西部、南部含量較低的趨勢，其總體含量水平很低，處于非常缺乏狀態(tài)。土壤有效磷含量呈現(xiàn)出西部、中部極少數(shù)區(qū)域含量較高的趨勢，在其總體分布特征總體上表現(xiàn)出相對較高的均質性，但同樣其總體含量水平低，處于非常缺乏狀態(tài)。而土壤速效鉀的含量分布格局與其他土壤養(yǎng)分相比，相對比較復雜，總體表現(xiàn)出比較強的空間異質性特征，呈現(xiàn)出中部地區(qū)含量較低，南部、北部含量較高，東部、西部含量較低的趨勢，總體含量中等，仍有相當部分區(qū)域處于缺乏狀態(tài)。但就土壤養(yǎng)分整體而言，土壤養(yǎng)分含量表現(xiàn)為北部高，中部低。因此，在該研究區(qū)進行農業(yè)生產(chǎn)時，應加大有機肥、氮肥、磷肥的施用，適當施用鉀肥，以更好的使用和培肥土壤，指導農業(yè)生產(chǎn)，科學施肥。

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