倪正洪

(四川省涼山州甘洛縣農(nóng)牧局土肥站，四川 甘洛 616850)

青衣江中游土壤速效鉀空間分布特征研究

倪正洪

(四川省涼山州甘洛縣農(nóng)牧局土肥站，四川 甘洛 616850)

根據(jù)3753個樣點表層(0～20cm)土壤速效鉀的化驗數(shù)據(jù),在ArcGIS 9.0平臺上運用地統(tǒng)計學方法研究了青衣江中游流域土壤速效鉀的空間分布特征及其影響因素。結(jié)果表明：研究區(qū)域土壤速效鉀含量總體處于中等水平(根據(jù)全國第二次土壤普查速效鉀含量分級標準)，含量介于3.00～723.00mg/kg之間，均值為71.53mg/kg。從空間分布上看，土壤速效鉀含量總體上呈條帶狀和不規(guī)則的斑塊狀分布，含量由西南向東北逐漸增加，且以70.00～86.00mg/kg級別為主，占區(qū)域面積的44.012%。高值區(qū)(>86.00mg/kg)主要分布于東北和西北方向，集中在中保鎮(zhèn)、漢王鄉(xiāng)、新廟鄉(xiāng)等一帶，并以此為中心向北和向西逐漸降低，向西南呈現(xiàn)出先逐漸降低后又有所上升的趨勢。低值區(qū)(<61.00mg/kg)主要位于柳江鎮(zhèn)、槽漁灘鎮(zhèn)、止戈鎮(zhèn)、三寶鎮(zhèn)等一帶，并呈現(xiàn)出以此為中心向四周波動增加的趨勢。研究區(qū)域土壤速效鉀含量與氣候、土壤質(zhì)地、海拔、坡度、土壤侵蝕等因素密切相關，其中在不同氣候條件、土壤質(zhì)地、海拔、坡度、土壤侵蝕狀況下土壤速效鉀含量差異達極顯著水平。

土壤速效鉀；普通克里格空間插值法；空間分布特征；影響因素

速效鉀是作物可以直接吸收利用的有效養(yǎng)分。在我國鉀資源仍十分缺乏的情況下，土壤鉀素水平及其發(fā)展趨勢受到極大關注，尤其是土壤速效鉀含量是衡量土壤鉀素養(yǎng)分供應能力的現(xiàn)實指標，它標志著目前乃至近期內(nèi)可供植物吸收利用的鉀的數(shù)量，是影響農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素之一[1-4]。研究農(nóng)田土壤速效鉀的時空演變規(guī)律對改善土壤管理和提高土壤質(zhì)量具有重要的指導作用。因此，了解和掌握土壤速效鉀含量及其影響因素勢在必行。迄今為止，在研究方法上學者們大多采用地統(tǒng)計分析法來定量研究土壤速效鉀含量的分布特征[5-12]，采用統(tǒng)計法來定性研究其影響因素[13-16]。同時對土壤速效鉀影響因素的研究也多以單因素的研究為主[17-19]。而本文不僅沿用以上方法，且通過對比驗證來選取最適合本區(qū)域土壤速效鉀的最優(yōu)模型，而且也在定性研究影響因素中添加了地形和氣候等進行多因素分析。本文通過以青衣江中游為研究區(qū)域，對流域范圍內(nèi)土壤速效鉀含量的空間分布特征進行深入研究和分析，得出了該區(qū)域內(nèi)土壤速效鉀含量的分布特征及其影響因素。

1 研究區(qū)域概況和研究方法

1.1 研究區(qū)域

青衣江中游主要流經(jīng)洪雅縣境內(nèi)，所以本次研究主要集中于洪雅縣的青衣江沿岸的典型鄉(xiāng)鎮(zhèn)。洪雅縣地處四川盆地西南邊緣，地理坐標為102°49＇E～103°32＇，29°24＇～30°00＇N。全縣最高海拔3090m，最低海拔417.5m?？h內(nèi)氣候溫和濕潤，年降雨量1435.5mm(1971～2000)，年日照1006.1h，年無霜期307d，年平均氣溫16.6℃，屬中亞熱帶濕潤氣候。全縣幅員面積1896.49km2，地形由西南向東北高低梯次變化形成高山、中山、深丘、淺丘、臺地、河谷、平壩，地貌以山地丘陵為主，河谷平壩分布在青衣江、花溪河兩岸，素有“七山二水一分田”之稱。全縣呈南北兩端寬，中間狹窄，形狀如啞鈴。南北長64km，北部寬46km，中間僅15km。全縣現(xiàn)有林地11.21萬hm2，森林覆蓋率達65.7%，因山川青秀、資源豐富，享有“綠海明珠”的美譽。全縣位于成都、樂山、雅安三角地帶，東接夾江縣、峨眉山市，南靠漢源縣、金口河區(qū)，西臨雅安雨城區(qū)、滎經(jīng)縣，北界名山縣、丹棱縣，距成都147km、樂山55km、眉山50km、雅安62km。全縣轄15個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，265個行政村，1979個村民小組，14個居民委員會，總?cè)丝?3.08萬。

1.2 土壤樣點的采集與化學分析法

土壤樣點的設計是根據(jù)研究區(qū)的實際情況并充分考慮其代表性，采用隨機格網(wǎng)采樣和分層抽樣相結(jié)合的方法，既遵照按成土母質(zhì)、土壤類型等資料布設樣點的原則，又滿足統(tǒng)計學的抽樣要求。野外采樣時利用GPS進行定位，記錄采樣點的經(jīng)緯度坐標，共采集土樣3753個(圖1)。土壤速效鉀的測定方法是均用1mol/L醋酸銨浸提，火焰光度計法測定[20]。

圖1 采樣點分布圖

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

利用統(tǒng)計軟件SPSS17.0對土壤速效鉀含量進行常規(guī)統(tǒng)計分析；在ArcGIS9.0軟件平臺上，繪制樣點分布圖，利用軟件中的地統(tǒng)計學分析模塊計算土

壤速效鉀的變異函數(shù)值，按擬合誤差大小選出最適模型，最后根據(jù)變異函數(shù)的參數(shù)值，用普通克立格法內(nèi)插獲得土壤速效鉀含量等值線圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤速效鉀含量常規(guī)統(tǒng)計分析

常規(guī)統(tǒng)計結(jié)果表明，研究區(qū)土壤速效鉀含量總體水平不高，平均值是71.53mg/kg，變化范圍為11.0～328mg/kg(表1)。經(jīng)過單一樣本K-S檢驗表明，土壤速效鉀含量分布符合正態(tài)分布，偏度值為0.465，峰度值為0.492。從變異系數(shù)看，變異系數(shù)為43.76%，土壤速效鉀相對其均值離散程度較高，觀測數(shù)據(jù)差異性較大。從不同土壤類型土壤速效鉀含量特征來看，研究區(qū)土壤共有4種土類，分別是黃壤、水稻土、新積土、紫色土，利用數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計出不同土類速效鉀的平均含量(表2)。水稻土的土壤速效鉀含量最高，為72.30mg/kg。黃壤的土壤速效鉀含量最低，僅為66.08mg/kg。土壤速效鉀含量從高到低依次為水稻土、紫色土、新積土、黃壤，造成這種情況有多種因素的影響。

表1 土壤速效鉀含量的描述性統(tǒng)計分析

表2 不同土壤類型中速效鉀平均含量統(tǒng)計表

2.2 土壤速效鉀含量的空間變異分析

2.2.1 變異函數(shù)模型的結(jié)構(gòu)分析 單純的常規(guī)統(tǒng)計分析不能很好的反映研究區(qū)域速效鉀含量的空間分布特征，更不能全面反映其空間分布的結(jié)構(gòu)性和隨機性，運用地統(tǒng)計學分析可以較好地彌補上述缺陷。本文在ArcGIS9.0平臺上，運用地統(tǒng)計學模塊計算不同間距的半方差，選擇擬合度較好的球狀模型進行套合，獲得土壤速效鉀的各項參數(shù)(表3)。結(jié)果表明，研究區(qū)土壤速效鉀含量的長軸方向約為西南——東北向，方位角為352.9°，具有顯著的異向性特征；其長、短軸變程分別為8859.9m和5054.9m。土壤速效鉀的C0/(C0+C)值為75.63%，表明土壤速效鉀具有中等空間相關性，空間變異均以隨機變異為主。

2.2.2 土壤速效鉀空間分布特征 根據(jù)以上獲得的半方差理論模型，采用普通克立格法進行最優(yōu)內(nèi)插獲得了土壤速效鉀含量空間分布圖(圖2)。研究區(qū)土壤速效鉀含量總體上呈條狀帶或不規(guī)則的斑塊狀分布，隨著地形地貌由西南向東北逐漸變化，地勢由西南向東北逐漸降低，土壤速效鉀含量由西南向東北逐漸增加。高值區(qū)(>86.00mg/kg)主要分布于東北和西北方向，集中在中保鎮(zhèn)、漢王鄉(xiāng)、新廟鄉(xiāng)等一帶，并以此為中心向北和向西逐漸降低，向西南呈現(xiàn)出先逐漸降低后又有所上升的趨勢。低值區(qū)(<61.00mg/kg)主要位于柳江鎮(zhèn)、槽漁灘鎮(zhèn)、止戈鎮(zhèn)、三寶鎮(zhèn)等一帶，并呈現(xiàn)出以此為中心向四周波動增加的趨勢。對土壤速效鉀含量空間分布的估算結(jié)果進行面積統(tǒng)計(表4)，結(jié)果表明，研究區(qū)土壤速效鉀含量以70.00～86.00mg/kg級別為主，占區(qū)域面積的44.012%；其次是61.00～70.00 mg/kg級別的占區(qū)域面積的26.932%；再次是86.00～723.00mg/kg、51.00～61.00mg/kg級別的，分別占區(qū)域面積15.435%和12.450%；最后是3.00～51.00mg/kg級別的，占區(qū)域面積的1.171%。

圖2 普通克里格估算的土壤速效鉀含量空間分布圖

模型Model變程Range(m)長軸方位角(°)塊金值C0基臺值C0+C塊金值/基臺值C0/(C0+C)%長軸Majorrange短軸Minorrange球狀8859.95054.9352.9925.161223.2775.63

表4 普通克里格法估算的土壤速效鉀含量面積統(tǒng)計

2.3 土壤中速效鉀影響因素分析

影響土壤速效鉀的因素較多，本研究主要從海拔、坡度、土壤質(zhì)地、有效積溫、降雨量、土壤侵蝕等探討多種因素對土壤速效鉀含量的影響。

2.3.1 海拔 海拔主要通過影響水熱和物質(zhì)的再分配從而影響土壤的發(fā)育和土壤性質(zhì)。方差分析結(jié)果表明，研究區(qū)不同海拔土壤速效鉀含量存在著極顯著差異(速效鉀F=11.186，P=0.000)(表5)。研究區(qū)土壤速效鉀隨著海拔的升高，含量逐漸降低。其中海拔在≤450m和450～600m時速效鉀含量極顯著高于其余3項，而其余3項之間土壤速效鉀含量差異未達顯著水平。

表5 不同海拔土壤速效鉀含量

注：多重比較采用新復極差法，小寫字母代表0.05顯著水平，大寫字母代表0.01顯著水平。處理之間有相同字母者差異不顯著；**代表0.01顯著水平;*代表0.05顯著水平。

2.3.2 坡度 研究區(qū)將坡度分為0～5°、5～10°、10～15°、15～20°、20～25°以上5個范圍(圖3)，土壤速效鉀含量在67.31～85.06mg/kg之間。其中坡度在0～5°時，土壤速效鉀含量最高，達到85.06mg/kg。當坡度在20～25°時，土壤速效鉀含量最低，為67.31mg/kg。土壤速效鉀含量呈現(xiàn)出隨著坡度的增加，速效鉀含量逐漸減少的特點。經(jīng)方差分析顯示，研究區(qū)不同坡度土壤速效鉀含量存在極顯著差異(速效鉀F=22.092，P=0.000)。其中坡度在0～5°時土壤速效鉀含量差異極顯著高于坡度在20～25°。由于降雨較多，在坡度較大的地方部分養(yǎng)分流失較為嚴重，速效鉀含量較低。而其余4項之間土壤速效鉀含量差異也存在著極顯著或顯著水平。

2.3.3 土壤質(zhì)地 從研究區(qū)不同土壤質(zhì)地速效鉀含量來看，表現(xiàn)出粘土>重壤>中壤>砂壤的特點，經(jīng)檢驗其差異達極顯著水平(速效鉀F=3.522，P=0.000)(表6)。其中砂壤與粘土速效鉀含量差異達顯著水平，與另外2種土壤質(zhì)地速效鉀含量差異不明顯。砂壤的保肥保水能力相對較差是造成速效鉀含量較低的原因。而粘土與中壤、重壤三者之間速效鉀含量差異未達顯著水平。

圖3 不同坡度下土壤速效鉀含量

表6 不同質(zhì)地土壤速效鉀含量

注：多重比較采用新復極差法，小寫字母代表0.05顯著水平，大寫字母代表0.01顯著水平。處理之間有相同字母者差異不顯著；**代表0.01顯著水平;*代表0.05顯著水平。

2.3.4 有效積溫 溫度通過影響微生物的活性強度來影響土壤營養(yǎng)物質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化。從研究區(qū)不同有效積溫的土壤速效鉀含量來看，隨著有效積溫的增加，速效鉀含量呈現(xiàn)出逐漸增加的特點。其中有效積溫在≥2850℃時，土壤速效鉀含量最高，達到72.81mg/kg。當有效積溫在2250～2450℃時，土壤速效鉀含量最低，為62.07mg/kg。經(jīng)方差分析表明，研究區(qū)不同有效積溫的土壤速效鉀含量存在著極顯著差異(速效鉀F=10.876，P=0.000)(表7)。其中有效積溫在≥2850℃的土壤速效鉀含量極顯著高于其余3種有效積溫的。而有效積溫在2450～2650℃和2650～2850℃時，土壤速效鉀含量差異未達顯著性水平，但都極顯著高于有效積溫在2250～2450℃的。

2.3.5 降雨量 降雨量直接影響著土壤中含水性，土壤中水分的多少直接影響到土壤物理化學性質(zhì)和演變。從研究區(qū)不同降雨量的土壤速效鉀含量來看，隨著降雨量的增加，土壤速效鉀含量呈現(xiàn)出先上升，后下降的特點。其中降雨量在1785～1935mm時，土壤速效鉀含量最高，達到了78.26mg/kg。當降雨量1485～1635mm時，土壤速效鉀含量最低，為68.59mg/kg。方差結(jié)果表明，研究區(qū)不同降雨量的土壤速效鉀含量存在著極顯著差異(速效鉀F=11.815，P=0.000)(表8)。其中降雨量在1785～1935mm時的土壤速效鉀含量極顯著高于其他3項降雨量。而降雨量在1935mm以上時的土壤速效鉀含量又極顯著高于降雨量在1485～1635mm和1635～1785mm的，后兩者的土壤速效鉀含量差異未達顯著性水平。

注：多重比較采用新復極差法，小寫字母代表0.05顯著水平，大寫字母代表0.01顯著水平。處理之間有相同字母者差異不顯著；**代表0.01顯著水平;*代表0.05顯著水平。

表8 不同年降雨量土壤速效鉀含量

注：多重比較采用新復極差法，小寫字母代表0.05顯著水平，大寫字母代表0.01顯著水平。處理之間有相同字母者差異不顯著；**代表0.01顯著水平;*代表0.05顯著水平。

2.3.6 土壤侵蝕 土壤侵蝕是影響土壤養(yǎng)分的重要因素之一。根據(jù)土壤侵蝕狀況劃分為輕度、中度和強度三級。對研究區(qū)不同侵蝕程度下土壤速效鉀含量統(tǒng)計后(圖4)，得出無明顯侵蝕(73.28mg/kg)>輕度侵蝕(69.94mg/kg)>中度侵蝕(68.97mg/kg)的結(jié)論。經(jīng)方差分析顯示，研究區(qū)不同侵蝕程度土壤速效鉀含量存在極顯著差異(速效鉀F=5.601，P=0.000)。其中無明顯侵蝕的土壤速效鉀含量極顯著高于輕度侵蝕和中度侵蝕狀況的，受侵蝕作用較強，土壤鉀素淋失嚴重。而輕度侵蝕和中度侵蝕狀況之間的土壤速效鉀含量差異未達顯著水平。

圖4 不同土壤侵蝕程度速效鉀含量

3 結(jié)論

研究區(qū)土壤速效鉀含量總體水平不高,含量在11.0～328mg/kg之間，平均含量為71.53mg/kg。不同土壤類型中，速效鉀含量較高的是水稻土和紫色土，分別為72.30mg/kg、69.56mg/kg，而最低的是黃壤，為66.08mg/kg?？臻g變異以隨機變異為主，且表現(xiàn)出各向異性特征。從空間分布來看，研究區(qū)土壤速效鉀含量總體上呈條狀帶或不規(guī)則的斑塊狀分布，含量由西南向東北逐漸增加，高值區(qū)主要分布于東北和西北方向，低值區(qū)主要位于西南角和中部一些地方。土壤速效鉀含量與不同海拔、坡度、土壤質(zhì)地、土壤侵蝕、有效積溫和降雨量等因素密切相關。其中在不同氣候條件、土壤質(zhì)地、海拔、坡度和土壤侵蝕狀況等多種因素下，土壤速效鉀含量之間差異達極顯著水平。因此，本區(qū)在土地利用過程中，為了保證作物生長期間土壤中有充足的速效鉀供應，在土壤管理和施肥技術上，應盡量注意防止鉀的固定與淋失，并加速緩效鉀的釋放。在施肥上應注意：化學鉀肥應適量、分次施用；采用條施、穴施等集中施肥方式。應堅持搞好退耕還林(還草)及坡改梯田(梯地)工作，防止水土流失，改善土地生態(tài)環(huán)境；同時，還應大力推廣免耕、少耕、綠肥輪作和秸桿還田等措施，培肥土壤，增強地力。

[1]蘇永中.甘肅省耕地土壤鉀素變化及鉀肥肥效的初步研究[J].土壤,2001,(2):71-101.

[2]劉麗平,孟亞利,楊佳蒴,等.不同施鉀處理對棉田土壤鉀素形態(tài)與土壤肥力的影響[J].水土保持學報,2014,28(2):138-142.

[3]姜超強,鄭青松,祖朝龍.秸稈還田對土壤鉀素的影響及其替代鉀肥效應研究進展[J].生態(tài)學雜志,2015,34(4):1158-1165.

[4]謝佳貴,侯云鵬,尹彩俠,等.施鉀和秸稈還田對春玉米產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收及土壤鉀素平衡的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學報,2014,10(5):1110-1118.

[5]李曉燕,張樹文.吉林省德惠市土壤速效鉀的空間分異及不同插值方法的比較[J].水土保持學報,2004,18(4):102-110.

[6]石小華,楊聯(lián)安,張蕾.土壤速效鉀養(yǎng)分含量空間插值方法比較研究[J].水土保持學報,2006,20(2):67-76.

[7]熊文晴,王昕,蘭杰,等.隆回植煙土壤鉀素空間分布特征及其影響因子研究[J].中國農(nóng)學通報,2016,11(7):140-146.

[8]王宏庭,金繼運,王斌,等.土壤速效養(yǎng)分空間變異研究[J].植物營養(yǎng)與肥料學報,2004,(4):130-136.

[9]張強.土壤速效鉀的空間分布特征及其影響因素——以植物影響因子為例[J].地球,2016(1):231-238.

[10]Cambardella C A, Yost R S, Wade M K,etal. Field - scale variability of soilproperties in central Iowa soils[J]. Soil Sci. Soc. Am. J , 1994, 58: 1501 - 1511.

[11] Tsegaye T, HillR L. Intensive tillage effects on spatial variability of soil test, plant growth, and nutrient uptake measurement[J ]. Soil Sci1, 1998, 163 2 : 155 - 165.

[12]郭旭東,傅伯杰,馬克明,等.基于GIS和地統(tǒng)計學的土壤養(yǎng)分空間變異特征研究——以河北省遵化市為例[J].應用生態(tài)學報,2000,11(4):175-182.

[13]葉邦局.太湖縣耕層土壤速效鉀時空變化研究[J].安徽農(nóng)學通報,2016,22(9):11-18.

[14]龐夙,李廷軒,王永東,等.土壤速效氮、磷、鉀含量空間變異特征及其影響因子[J].植物營養(yǎng)與肥料學報,2009,15(l):114-120.

[15]張玲娥,雙文元,云安萍,等.30年間河北省曲周縣土壤速效鉀的時空變異特征及其影響因素[J].中國農(nóng)業(yè)科學,2014,47(5):923-933.

[16]孫永健,周蓉蓉,王長松,等.稻麥兩熟農(nóng)田土壤速效鉀時空變異及原因分析——以江蘇省儀征市為例[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報,2008,16(3):38-44.

[17]李婷,張世熔,張林,等.橫斷山北部生態(tài)脆弱區(qū)土壤鉀素的影響因素分析[J].水土保持學報,2006,20(3):140-146.

[18]張水清,黃紹敏,聶勝委,等.長期定位施肥對夏玉米鉀素吸收及土壤鉀素動態(tài)變化的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學報,2014,20(1):56-63.

[19]張會民,徐明崗,呂家瓏,等.長期施鉀下中國3種典型農(nóng)田土壤鉀素固定及其影響因素研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學,2007,40(4):750-756.

[20]魯如坤．土壤農(nóng)業(yè)化學分析方法.北京:中國農(nóng)業(yè)科技出版社,1999,193-195.