曹榕彬

(寧德市土壤肥料技術(shù)站，福建 寧德 352100)

土壤養(yǎng)分的優(yōu)劣直接影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，而土壤養(yǎng)分指標(biāo)是判定土壤養(yǎng)分優(yōu)劣的重要依據(jù)。關(guān)于土壤養(yǎng)分空間變異的研究已有相關(guān)報道[1-10]；但在市級耕地范圍內(nèi)，利用序貫高斯模擬等，分析寧德市耕地土壤養(yǎng)分空間分布特征并提出甘薯施肥建議的研究尚少。本文利用寧德市9縣(市、區(qū))近9年測土配方施肥土壤取樣測定結(jié)果和序貫高斯模擬等，分析該地區(qū)耕地土壤養(yǎng)分空間分布特征，旨在了解寧德耕地土壤pH值、有機(jī)質(zhì)和速效氮、磷、鉀空間分布情況，為甘薯合理施肥提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

寧德俗稱閩東，位于福建省東北翼。地形以丘陵山地為主，沿海為小平原。地處東經(jīng)118°32′～120°43′，北緯26°18′～27°40′之間。全市耕地1.63×105hm2，分布于蕉城區(qū)、福安市、福鼎市、古田縣、霞浦縣、周寧縣、壽寧縣、屏南縣、柘榮縣9縣(市、區(qū))。

1.2 土樣采集和檢驗方法

利用第二次全國土壤普查的資料[主要是各鄉(xiāng)(鎮(zhèn))的土壤圖和土壤普查地塊登記表]，兼顧每個村的土壤類型情況，并考慮面積、土種、土地利用等因素，確保每個采樣點能夠代表周圍平均6.67 hm2的耕地同時覆蓋全市1.63×105hm2耕地。2006～2014年，在9縣(市、區(qū))耕地采集耕作層土樣，采用“S”法或棋盤法均勻隨機(jī)地采集15～20個樣點土樣，經(jīng)充分混勻后，采用四分法留取2 kg樣品，注明樣品的野外編號、采樣地點、采樣時間和采樣人等，共采集34 998個土壤樣品。土樣帶回實驗室，經(jīng)風(fēng)干、去雜、磨細(xì)、過篩、混勻、裝瓶后，采用常規(guī)方法[11]測定土壤pH值、有機(jī)質(zhì)和堿解氮、有效磷、速效鉀含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

耕地土壤養(yǎng)分分級主要參考已有的研究結(jié)果[12]；另因?qū)幍赂赝寥纏H值>7.5的土樣數(shù)僅占0.02%，再細(xì)化pH值>7.5的分級無實際意義，故將土壤pH值>7.5一并劃為堿性，見表1。采用Excel 2010軟件和SPSS 23.0軟件對各指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)特征分析。采用K-S法檢測數(shù)據(jù)正態(tài)性[3]。運用GS+10.0軟件，利用數(shù)據(jù)的半變異函數(shù)云剔除或改正異常離群值，計算半變異函數(shù)，進(jìn)行高斯序貫?zāi)M插值[4-7,13-17]。利用DPS 16.05軟件計算半變異函數(shù)F檢驗的P值。利用ARCGIS 12.2軟件和插值成圖，剔除非耕地，完成耕地的制圖、出圖等。

圖1 寧德市耕地土壤采樣點分布圖

圖2 寧德耕地海拔高度分布圖

指標(biāo)分級強(qiáng)酸性(缺乏)酸性-微酸性(一般)中性-堿性(豐富)pH值≤4.54.5～5.55.5～6.56.5～7.5>7.5有機(jī)質(zhì)(g/kg)<20-20～30->30堿解氮(mg/kg)<100-100～250->250有效磷(mg/kg)<8-8～15->15速效鉀(mg/kg)<80-80～100->100

注：pH值分級對應(yīng)強(qiáng)酸性、酸性、微酸性、中性、堿性；其它4項分級對應(yīng)缺乏、一般、豐富。

2 結(jié)果與分析

2.1 統(tǒng)計學(xué)特征分析

對土壤pH值、有機(jī)質(zhì)和速效氮、磷、鉀養(yǎng)分測定值進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)特征分析，結(jié)果列表2。表2表明：第1，利用Cochran[8]隨機(jī)采樣公式對研究區(qū)域的測定值合理采樣數(shù)目進(jìn)行計算。在95%置信水平、5%相對誤差的情況下，測定值合理采樣數(shù)均小于900，遠(yuǎn)低于對應(yīng)的樣點數(shù)，說明樣點數(shù)達(dá)到分析精度的要求。第2，從各項均值來看，寧德耕地土壤pH值屬酸性，有機(jī)質(zhì)含量屬一般偏豐富水平，堿解氮含量屬一般水平，有效磷含量屬豐富水平，速效鉀含量屬缺乏水平。第3，測定值的均值與中值均較接近，說明它們的分布受特異值影響較小，且分布均勻。第4，由變異系數(shù)≤10%為弱變異，10%～100%為中等變異，≥100%為強(qiáng)變異[8-9]。說明各測定值均屬于中等變異。第5，當(dāng)數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布時，才能滿足地統(tǒng)計學(xué)分析的假設(shè)條件[5]。經(jīng)K-S法檢測，只有pH值屬正態(tài)分布，但經(jīng)SPSS 23.0軟件正態(tài)得分變換后的其他4項指標(biāo)數(shù)據(jù)也符合正態(tài)分布。

表2 土壤pH值、有機(jī)質(zhì)和速效氮、磷、鉀養(yǎng)分測定值統(tǒng)計學(xué)特征分析

2.2 土壤pH值、有機(jī)質(zhì)和速效氮、磷、鉀養(yǎng)分測定值的空間分布

2.2.1 正態(tài)得分?jǐn)?shù)據(jù)的逆轉(zhuǎn)換

WinGslib軟件可實現(xiàn)正態(tài)得分?jǐn)?shù)據(jù)逆變換[14,18]。但WinGslib軟件逆變換模型少，且須借助其他軟件計算模型的最佳擬合參數(shù)。運用DPS 16.05軟件，利用耕地土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀測定值和對應(yīng)的正態(tài)得分，分別計算數(shù)據(jù)的下尾(正態(tài)得分<0)和上尾(正態(tài)得分>0)的擬合模型，以決定系數(shù)(R2)較大篩選最佳擬合模型，結(jié)果列表3。表3表明：第1，土壤4項指標(biāo)正態(tài)得分逆變換的最佳擬合模型均為多項式模型，且各多項式模型的F檢驗P值均小于0.05，說明模型均是可靠的。第2，多項式次數(shù)越大，R2越大，但三次及以上多項式模型R2無明顯差異；為節(jié)省運算時間，可選定三次多項式模型。

表3 土壤4項指標(biāo)正態(tài)得分逆變換最佳擬合結(jié)果

注：回歸方程的Y表示土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀測定值，X表示對應(yīng)的正態(tài)得分。

2.2.2 半方差函數(shù)模型的篩選

根據(jù)已有的研究結(jié)果[5,8-9]。以決定系數(shù)(R2)較大且殘差平方和(RSS)較小來篩選土壤養(yǎng)分最優(yōu)半方差函數(shù)模型，結(jié)果列表4。表4表明：第1，土壤養(yǎng)分測定值半方差函數(shù)最優(yōu)模型均為指數(shù)模型，且最優(yōu)模型的F檢驗P值均小于0.05，即模型是可靠的。第2，由塊金系數(shù)<25%時，變量具有強(qiáng)烈的空間相關(guān)性；塊金系數(shù)為25%～75%時，變量具有中等的空間相關(guān)性；塊金系數(shù)>75%時，變量空間相關(guān)性很弱[5,9]。說明土壤養(yǎng)分測定值均為中等的空間相關(guān)性，結(jié)構(gòu)性因素、人為因素給寧德耕地土壤帶來的影響在土壤養(yǎng)分測定值空間變異上均有所體現(xiàn)。第3，在土壤養(yǎng)分測定值中，變異系數(shù)越高，其對應(yīng)的變程則越小，反之，則越大?？赡苁禽^大的空間變異會影響其空間相關(guān)性。

表4 土壤pH值、有機(jī)質(zhì)和速效氮、磷、鉀養(yǎng)分測定值半方差函數(shù)最優(yōu)模型

2.2.3 土壤pH值、有機(jī)質(zhì)和速效氮、磷、鉀養(yǎng)分測定值的插值與分級

因克里格插值相對較強(qiáng)的平滑作用，更適用于變異系數(shù)較小的變量的空間預(yù)測，在空間估計圖上沒有序貫高斯模擬好，且50次以上的模擬可提高精度[6-7,14-17]。運用土壤樣點pH值、其他4項指標(biāo)測定值正態(tài)得分的最優(yōu)半方差函數(shù)和100次序貫高斯模擬進(jìn)行插值，利用表3的回歸方程和表1的分級標(biāo)準(zhǔn)，得耕地土壤分級圖。

圖3表明：第1，寧德市耕地土壤pH值以強(qiáng)酸性(占耕地總面積的10.22%)、酸性(占耕地總面積的63.89%)為主?？赡茉颍簩幍聦僦衼啛釒ШＱ笮约撅L(fēng)氣候，氣候溫暖多雨，土壤中鹽基淋溶較為徹底；強(qiáng)酸性、酸性土壤粘性較大，土壤吸附H+、Al3+量較多；各地農(nóng)民近年普施過磷酸鈣等酸性化肥或生理酸性化肥，而少施有機(jī)肥、堿性化肥或生理堿性化肥。第2，微酸性、中性、堿性的土壤主要集中于蕉城、福安、霞浦、福鼎4個沿?？h(市)靠海的鄉(xiāng)鎮(zhèn)。可能原因：沿海耕地土壤含砂量相對較高，土壤膠體含量低，土壤吸附H+、Al3+量較少；另外，受海風(fēng)雨影響，這些鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地土壤鹽基飽和度較高。

圖3 寧德市耕地土壤pH值分級圖

圖4表明：第1，土壤有機(jī)質(zhì)含量豐富級別占42.36%，分布在海拔較高(均值為609 m±302 m)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，且多為水田?？赡苡捎诤０屋^高，氣溫較低，降水較多，且為淹水環(huán)境，有機(jī)質(zhì)分解率較低；另外，由于耕地復(fù)種指數(shù)較低，當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶又有秸稈還田、施有機(jī)肥等習(xí)慣，有利于土壤有機(jī)質(zhì)累積。第2，土壤有機(jī)質(zhì)含量缺乏級別占21.91%，其中屏南、霞浦兩縣所占比例較大，可能由于屏南耕地種植水稻或水旱輪作較少，當(dāng)?shù)厥卟说膹?fù)種指數(shù)高、產(chǎn)量高、需肥量大，農(nóng)民普施化肥或高濃度復(fù)合肥，而投入有機(jī)物料和有機(jī)肥數(shù)量極少，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)貯量較少。霞浦耕地多為旱作，農(nóng)民在農(nóng)田中投入有機(jī)物料和有機(jī)肥量少，且霞浦地處沿海，海拔低，氣溫較高，降水較少，有機(jī)質(zhì)分解率較高，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)貯量較少。

圖4 寧德市耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量分級圖

圖5表明：第1，土壤堿解氮含量豐富級別占2.66%，分布在海拔較高(均值為600 m±220 m),土壤有機(jī)質(zhì)含量較高(均值為41.27 g/kg±10.54 g/kg)的耕地上。土壤堿解氮含量缺乏級別占18.74%,分布在海拔較低(均值為223 m±206 m),土壤有機(jī)質(zhì)含量較低(均值為23.99 g/kg±4.64 g/kg)的耕地上。主要由于土壤堿解氮包括無機(jī)態(tài)氮和土壤有機(jī)質(zhì)中結(jié)構(gòu)簡單、易分解的有機(jī)態(tài)氮[10,19-20]。土壤有機(jī)質(zhì)含量高，則土壤堿解氮含量相對較高；反之，則相對較低。第2，霞浦耕地土壤堿解氮含量為缺乏級別的比例較大。主要原因：在全市9縣(市、區(qū))中，霞浦土壤有機(jī)質(zhì)含量最低(均值為23.16 g/kg±3.87 g/kg)；另外，當(dāng)?shù)貧鉁剌^高，農(nóng)民投入有機(jī)肥和氮肥少，且普遍撒施化肥，氮肥揮發(fā)、流失較嚴(yán)重，致使土壤堿解氮含量較低。

圖6表明：第1，土壤有效磷含量豐富級別比例為58.86%，分布在海拔較高(均值為573 m±327 m),土壤有機(jī)質(zhì)含量較高(均值為32.49 g/kg±7.45 g/kg)的耕地上。土壤有效磷含量缺乏級別比例為8.98%，分布在海拔較低(均值為274 m±254 m),土壤有機(jī)質(zhì)含量偏低(均值為23.84 g/kg±7.86 g/kg)的耕地上。主要由于土壤有機(jī)質(zhì)含量高時，不僅能增加土壤有機(jī)磷的儲備，能與鐵、鋁、鈣、鎂發(fā)生絡(luò)合作用，降低這些離子的活性，減弱磷的化學(xué)固定作用，還能在土壤固相表面上形成膠膜，減弱固相表面固磷，從而提高磷的有效性[20]。反之，則不利于提高磷的有效性。第2，福鼎市耕地土壤有效磷含量為缺乏級別的比例較大?？赡茉颍焊６κ懈睾底鞅壤^高，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民磷肥用量較少，且習(xí)慣撒施，磷肥易被固定，致使土壤有效磷含量較低。

圖5 寧德市耕地土壤堿解氮含量分級圖

圖6 寧德市耕地土壤有效磷含量分級圖

圖7表明：第1，耕地土壤速效鉀含量缺乏級別比例為75.59%，分布于9縣(市、區(qū))?？赡苡捎趯幍職夂驕嘏嘤辏寥乐宣}基淋溶較為徹底，從而導(dǎo)致土壤速效鉀含量偏低。第2，耕地土壤速效鉀含量豐富級別比例為12.42%，分布于屏南縣、柘榮縣和沿海的鄉(xiāng)鎮(zhèn)?？赡苡捎谄聊习l(fā)展反季節(jié)蔬菜種植，柘榮發(fā)展太子參種植，鉀肥施用量都較大；且屏南菜農(nóng)普遍采用地膜覆蓋，柘榮耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量較高且參農(nóng)施肥多采用深施覆土，鉀肥不易流失；而沿海鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤的速效鉀含量較高，可能受海水中鉀的影響。

圖7 寧德市耕地土壤速效鉀含量分級圖

2.2.4 海拔與土壤pH值、有機(jī)質(zhì)和速效氮、磷、鉀養(yǎng)分分布關(guān)系

利用以下3類分組方法，計算各組內(nèi)土壤指標(biāo)均值，以分析海拔(圖2)和耕地土壤pH值(圖3)及土壤有機(jī)質(zhì)(圖4)、堿解氮(圖5)、有效磷(圖6)、速效鉀(圖7)含量分布之間的關(guān)系：第1，以100 m為間隔，將寧德市耕地海拔分為14組(nASL=14)。第2，以表1土壤pH值的分級標(biāo)準(zhǔn)，將土壤pH值分為5組(npH=5)。第3，以≤20、20～25、25～30、30～35、35～40、>40 g/kg為分組標(biāo)準(zhǔn)，將土壤有機(jī)質(zhì)含量分為6組(nOM=6)。

2.3 甘薯施肥建議

2.3.1 甘薯田施肥量分布

甘薯是寧德農(nóng)民的傳統(tǒng)種植作物，其適應(yīng)性強(qiáng)，在全市各類耕地上均可種植?？紤]甘薯最適土壤pH值[19-21]，并根據(jù)閩東、閩南多年甘薯“3414”田間試驗、農(nóng)戶調(diào)查、耕地土壤樣品測試結(jié)果和福建省農(nóng)科院專家多年實踐經(jīng)驗[12]，制定甘薯田土測值和石灰、氮肥(N)、磷肥(P2O5)、鉀肥(K2O)推薦用量關(guān)系表，列表5。將表5分別代入圖3、圖5～圖7，得石灰、氮肥、磷肥、鉀肥施用量分布圖，列圖8～圖11。

表5 甘薯田土測值與推薦施肥量關(guān)系表

注：氮肥、磷肥、鉀肥施用量允許在標(biāo)準(zhǔn)誤范圍內(nèi)上下浮動。

圖8表明：施石灰量1 500、1 125、750、0 kg/hm2比例分別為10.22%、40.26%、23.63%、25.89%；較沿海4縣(市、區(qū))和柘榮縣，古田、屏南、壽寧的甘薯田單位面積施石灰量較大。圖9表明：施氮量210.0、193.5、160.5、133.5、112.5、100.5 kg/hm2比例分別為0.53%、18.21%、36.46%、30.03%、12.11%、2.66%；霞浦縣單位面積施氮量較其他縣(市、區(qū))大。圖10表明：施磷量67.5、64.5、58.5、49.5、40.5、37.5 kg/hm2比例分別為13.53%、27.61%、25.19%、21.36%、6.94%、5.38%；福鼎市單位面積施磷量較其他縣(市、區(qū))大。圖11表明：施鉀量255.0、237.0、195.0、151.5、117.0、102.0 kg/hm2比例分別為1.36%、16.52%、69.70%、9.47%、1.98%、0.98%。

圖8 寧德市甘薯田石灰施用量分布圖

圖9 寧德市甘薯田施氮量分布圖

圖10 寧德市甘薯田施磷量分布圖

2.3.2 海拔與甘薯田施肥量分布關(guān)系

圖11 寧德市甘薯田施鉀量分布圖

3 結(jié)論

3.1 土壤pH值、有機(jī)質(zhì)和速效氮、磷、鉀的空間分布

受結(jié)構(gòu)性、人為等因素的影響，需對土測值的非正態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)變換，才能進(jìn)行空間模擬，最后對模擬結(jié)果進(jìn)行逆正態(tài)變換。從本研究正態(tài)得分逆變換擬合結(jié)果來看，三次及以上的多項式模型擬合效果較直線、冪、雙曲線等模型好。寧德市耕地土壤養(yǎng)分指標(biāo)的半變異函數(shù)均為指數(shù)模型。

寧德市耕地土壤pH值和土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀含量空間分布分別以≤5.5、≥20 g/kg、100～250 mg/kg、>15 mg/kg、<80 mg/kg為主。隨著海拔高度下降，土壤pH值均值隨之上升，土壤有機(jī)質(zhì)含量均值和堿解氮含量均值隨之下降，土壤有效磷含量均值和速效鉀含量均值隨之呈先降后升的趨勢。與寧德市第二次土壤普查的耕地肥力狀況相比：近年寧德市耕地土壤pH值≤5.5、有機(jī)質(zhì)含量≥20 g/kg、有效磷含量>15 mg/kg、速效鉀含量<80 mg/kg的比例分別提高28.41%、5.86%、44.25%、25.19%。

3.2 甘薯施肥建議

可利用甘薯田土測值與推薦施肥量關(guān)系表(表5)，在甘薯田施用適量石灰、氮肥、磷肥、鉀肥，氮肥、磷肥、鉀肥施用量允許在標(biāo)準(zhǔn)誤(SE)范圍內(nèi)上下浮動。

如土壤養(yǎng)分測定值難獲取，也可利用海拔(XASL)分別與石灰施用量均值(Ylime/ASL)、氮肥施用量均值(YN_F/ASL)、磷肥施用量均值(YP_F/ASL)、鉀肥施用量均值(YK_F/ASL)的回歸關(guān)系式進(jìn)行施肥,肥料施用量允許在標(biāo)準(zhǔn)誤(SE)范圍內(nèi)上下浮動。

另外，因增施有機(jī)肥是改良土壤、培肥地力的主要措施之一，故要特別在土壤有機(jī)肥缺乏的耕地上廣辟當(dāng)?shù)赜袡C(jī)肥源，大力推廣種植綠肥、秸稈還田和增施商品有機(jī)肥。

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