李懌煒，劉新平

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)管理學(xué)院，烏魯木齊市，830052)

0 引言

耕地土壤養(yǎng)分為作物提供適量的營養(yǎng)元素，是作物生長生態(tài)環(huán)境的根基，其主要養(yǎng)分的豐缺狀況是科學(xué)施肥、推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的指標(biāo)，直接影響到耕地的可持續(xù)利用與發(fā)展。耕地土壤主要養(yǎng)分受各種成土母質(zhì)[1-2]、氣候條件[3-4]、土壤類型[5]、地形地貌[6]、人為因素[7-9]的影響在空間的分布上普遍表現(xiàn)出一定的分異性特征。長期以來，國內(nèi)外對(duì)土壤養(yǎng)分含量空間變異的研究多采用經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)、地統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法的進(jìn)行[10-15]。孫梨萍等[16]通過地統(tǒng)計(jì)學(xué)擬合不同土壤養(yǎng)分的最優(yōu)半方差模型進(jìn)行普通Kriging插值分析，對(duì)陜西南部丘陵區(qū)土壤養(yǎng)分的空間分異特征進(jìn)行分析。趙業(yè)婷等[17]通過地統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)合GIS技術(shù)并以有機(jī)質(zhì)為輔助變量進(jìn)行全氮協(xié)同克里格法插值分析了渭北臺(tái)塬區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)與全氮空間分布特征。劉贊等[18]通過對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀、緩效鉀等因子進(jìn)行地統(tǒng)計(jì)學(xué)分析與相關(guān)性分析研究黑龍港平原東北部土壤養(yǎng)分空間分異特征。對(duì)耕地土壤主要養(yǎng)分及其分布特征進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，有針對(duì)性地對(duì)區(qū)域耕地進(jìn)行因地制宜的科學(xué)改良、提質(zhì)增效與保護(hù)利用，有利于圍繞“三位一體”的保護(hù)制度來開展切實(shí)、有效、因地制宜的耕地質(zhì)量建設(shè)。

葉城縣是喀什地區(qū)重要的糧食、棉花主產(chǎn)區(qū)，由于其地域優(yōu)勢利于栽培果樹，是自治區(qū)重要的水果商品基地之一，但葉城人多地少、耕地質(zhì)量較差且受水資源制約耕地后備資源相對(duì)有限，作為一個(gè)全灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)但水資源利用效率較低，灌溉條件不夠完備，土壤養(yǎng)分積累不足。因此，利用好葉城縣現(xiàn)有耕地、培肥土壤、保育耕地質(zhì)量對(duì)維護(hù)區(qū)域糧食安全，落實(shí)“藏糧于地”戰(zhàn)略有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文以新疆葉城縣為研究區(qū)，采用2014年葉城縣耕地地力評(píng)價(jià)項(xiàng)目測定的樣本土壤的養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)，利用GIS與地統(tǒng)計(jì)學(xué)相結(jié)合的方法，擬合最優(yōu)半方差函數(shù)模型并通過內(nèi)梅羅指數(shù)法進(jìn)行綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)，研究區(qū)域內(nèi)耕地土壤主要養(yǎng)分的空間分異特征、分布狀況及豐缺評(píng)價(jià)并給出相應(yīng)建議，為發(fā)展“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”，因地制宜進(jìn)行耕地質(zhì)量管理，改善提高區(qū)域內(nèi)耕地質(zhì)量、涵養(yǎng)耕地土壤提供理論基礎(chǔ)與實(shí)踐參考。

1 研究區(qū)概況

葉城縣隸屬于喀什地區(qū)，位于新疆維吾爾自治區(qū)的西南邊境，地處喀喇昆侖山北麓，緊連塔克拉瑪干大沙漠。縣境介于東經(jīng)76°08′～76°30′，北緯35°28′～38°34′之間，地勢南高北低，其南北域長326 km，東西域?qū)?20 km，縣域國土總面積31 000 km2。葉城縣農(nóng)區(qū)，南接昆侖山地槽褶皺帶，北在恰其孔和卡爾巴斯曼一帶沙丘起伏伸入塔里木盆地之中，農(nóng)區(qū)耕地多分布于縣境內(nèi)東北角，在海拔1 200～2 000 m之間。葉城縣屬于全灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)，全縣水資源豐富，主要河流有提孜那甫河、柯克亞河、棋盤河等，其中河流與地下水是葉城縣主要灌溉水源。葉城縣屬暖溫帶大陸性干旱氣候，水土光熱資源豐富，氣溫年較差與日較差大，且酷暑期短日照期長，降水量少而蒸發(fā)量大，全年無霜期期長，約235天。葉城縣內(nèi)主要農(nóng)耕地土壤有灌淤土、潮土兩大土類和灌溉風(fēng)沙土，灌溉棕漠土兩個(gè)亞類，是喀什地區(qū)糧食棉花主產(chǎn)區(qū)，主要農(nóng)作物有玉米、杏、棗、核桃、石榴等。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于《葉城縣第二次土壤普查報(bào)告》以及2014年葉城縣耕地地力評(píng)價(jià)項(xiàng)目數(shù)據(jù)。遵照農(nóng)業(yè)部統(tǒng)一的測土配方施肥技術(shù)規(guī)范和要求，所有耕地采樣單元的取樣深度為0～20 cm的表層土壤，根據(jù)長方形的地塊單元形狀及其大小采取“S”法隨機(jī)均勻地取8個(gè)點(diǎn)，將所采樣點(diǎn)土壤混勻后用四分法留取1 kg的樣本裝袋用做分析[19]。用GPS儀確定所取樣本點(diǎn)的空間地理位置與海拔。由于葉城縣的地形地貌特征以及母質(zhì)分布狀況，其農(nóng)區(qū)耕地主要分布與葉城縣境內(nèi)東北角，在全縣的耕地范圍內(nèi)共采集表層土壤樣點(diǎn)112個(gè)，如圖1所示。

圖1 葉城縣耕地土壤采樣點(diǎn)分布圖

土壤養(yǎng)分中的大量元素是植物生長所必需的營養(yǎng)元素，在GB/T 6247—2016《肥料和土壤調(diào)理劑術(shù)語》中通常對(duì)其定義為氮、磷、鉀。根據(jù)前人研究結(jié)合文獻(xiàn)資料以及數(shù)據(jù)的可獲取性[20]，選擇對(duì)土壤質(zhì)量影響較大的養(yǎng)分測定項(xiàng)目進(jìn)行分析研究，包括有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀四項(xiàng)。其中有機(jī)質(zhì)含量測定采用油浴加熱重鉻酸鉀容量法，堿解氮含量通過堿解擴(kuò)散法進(jìn)行測量，有效磷含量測定采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法，速效鉀含量測定采用乙酸銨浸提—火焰光度法[21]。

2.2 數(shù)據(jù)分析

2.2.1 特異值處理

由于取樣、保存、檢測的誤差以及土壤環(huán)境本身的復(fù)雜性會(huì)有特異值的存在，會(huì)造成數(shù)值的畸變，引發(fā)試驗(yàn)數(shù)據(jù)函數(shù)模型的變異增大誤差，甚至影響最終空間分布結(jié)構(gòu)特征結(jié)果。因此，對(duì)檢測后的樣本數(shù)據(jù)先進(jìn)行異常值的剔除與更換，將縣域內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析其標(biāo)準(zhǔn)差與極大、極小值等，結(jié)合拉伊達(dá)準(zhǔn)則——域值法即X±3δ法則篩選特異值并進(jìn)行替換。

2.2.2 數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)縣域內(nèi)耕地養(yǎng)分的分布特征通過經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)分析并進(jìn)行基本的分布描繪。根據(jù)峰度、偏度結(jié)合柯爾莫哥洛夫—斯摩洛夫(K-S, Kolmogorov-Smirnov)法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布判斷，若其不符合正態(tài)分則需進(jìn)行對(duì)數(shù)與BOX-COX轉(zhuǎn)換使其符合或者接近正態(tài)分布。BOX-COX數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換如式(1)所示。

(1)

λ——冪轉(zhuǎn)換后的擬合參數(shù)，λ的取值通過李運(yùn)明等編寫的語法代碼在SPSS中對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行算法的語法程序運(yùn)行后得出[22]。

2.2.3 變異函數(shù)分析

在進(jìn)行相關(guān)空間變異性特征研究時(shí)普遍采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)中的二階矩半方差函數(shù)來進(jìn)行定量分析[23]，再基此進(jìn)行插值分析。根據(jù)半方差函數(shù)的變化趨勢擬合理想的理論模型，得到相關(guān)參數(shù)來定量分析空間變異情況[24]。變異函數(shù)γij(h)計(jì)算如式(2)所示。

[zj(xα)-zj(xα+h)]

(2)

式中：h——土壤空間間隔；

N(h)——具有相同間隔h的區(qū)域變化量；

zi(xα)，zi(xa+h)——隨機(jī)變量在對(duì)應(yīng)空間位置的實(shí)測值。

當(dāng)i=j時(shí)，γij(h)表示單變量的變異函數(shù)。

2.2.4 綜合評(píng)價(jià)分析

土壤中各養(yǎng)分對(duì)土壤總體質(zhì)量的影響大小不一，并且實(shí)際測量的各養(yǎng)分樣本的量綱不同，需要在進(jìn)行單因子評(píng)價(jià)時(shí)去除量綱差異，進(jìn)行均一劃處理。為使不同級(jí)別的單質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)更具可比性與客觀性，依據(jù)第二次土壤普查各養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)通過式(3)對(duì)數(shù)據(jù)采取標(biāo)準(zhǔn)化處理，當(dāng)實(shí)際測量值大于極大值時(shí)，單質(zhì)量指數(shù)不再隨之增加。

Pi=5Xe≤Ci

(3)

式中：Pi——各養(yǎng)分的單因子質(zhì)量指數(shù)；

Ci——各養(yǎng)分指標(biāo)樣本的實(shí)測值；

Xa、Xb、Xc、Xd、Xe——各養(yǎng)分指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的臨界值。

(4)

式中：PZ——耕地質(zhì)量主要養(yǎng)分的綜合質(zhì)量指數(shù)；

Pimean——各主要養(yǎng)分單因子質(zhì)量指數(shù)的平均值；

Pimin——各主要養(yǎng)分單因子質(zhì)量指數(shù)的極小值。

3 結(jié)論結(jié)果與分析

3.1 耕地土壤養(yǎng)分的描述統(tǒng)計(jì)結(jié)果與分析

在葉城縣耕地總體112個(gè)采樣點(diǎn)中將特異值進(jìn)行處理替換，對(duì)于采樣地理位置相同點(diǎn)的數(shù)據(jù)取其平均值進(jìn)行計(jì)算，最終可用的樣本數(shù)據(jù)為108個(gè)。對(duì)其耕地土壤樣本檢測的養(yǎng)分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析如表1所示。

表1 葉城縣耕地土壤養(yǎng)分的描述性統(tǒng)計(jì)特征值

由表1可知，葉城縣內(nèi)土壤中SOM含量為5.60～17.20 g/kg，平均值為11.68 g/kg，根據(jù)第二次全國土壤普查有機(jī)質(zhì)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表2)判斷處于4級(jí)；土壤中堿解氮的含量介于21.00～86.00 mg/kg，平均值52.19 mg/kg，處于分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)5級(jí)程度；有效磷含量介于1.20～21.60 mg/kg，其平均值為6.59 mg/kg，處于分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)4級(jí)程度；速效鉀含量介于78.00～228.00 mg/kg，平均值為131.51 mg/kg，處于分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)3級(jí)程度。按照其豐缺分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀分別為平、缺、平、平。

表2 第二次全國土壤普查土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)1982年第二次全國土壤普查時(shí)葉城縣的耕地土壤養(yǎng)分含量，有機(jī)質(zhì)含量為6.70 g/kg，堿解氮含量為26.62 mg/kg，有效磷含量為2.63 mg/kg，速效鉀296.70 mg/kg，相比可以得知葉城耕地土壤主要養(yǎng)分中，有機(jī)質(zhì)、堿解氮與有效磷的含量普遍提升，其中，有效磷提升程度較大，增加4.98 mg/kg，僅速效鉀的含量下降且降幅較大，下降了165.19 mg/kg。土壤總體質(zhì)量較第二次土壤普查有較大提升，但仍需進(jìn)一步涵養(yǎng)土壤、提升耕地質(zhì)量，可注意增加氮肥與磷肥，同時(shí)適當(dāng)補(bǔ)充鉀肥。

變異系數(shù)可以反映土壤樣本數(shù)據(jù)的離散程度，樣本數(shù)據(jù)的變異系數(shù)在22.07%～68.19%，均屬于中等變異程度，其中有效磷的變異程度與其他營養(yǎng)元素相比明顯較大，為68.19%，有機(jī)質(zhì)、堿解氮與速效鉀的變異系數(shù)均較小，分別為22.07%、26.64%、25.89%。這主要與葉城縣內(nèi)磷鉀肥施用情況不均衡有關(guān)，并且磷素有循環(huán)較為單一、移動(dòng)性較弱的特點(diǎn)，作物對(duì)其吸收少，磷素又容易與土壤中鈣離子、三價(jià)鐵離子等結(jié)合形成緩效磷，具有難溶性沉積于表層土壤中。

3.2 土壤養(yǎng)分的空間變異統(tǒng)計(jì)結(jié)果與分析

根據(jù)原始樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)檢驗(yàn)，由表1中可知有機(jī)質(zhì)，堿解氮，速效鉀的峰度偏度絕對(duì)值均小于1基本符合正態(tài)分布，經(jīng)過更加準(zhǔn)確地K-S檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)只有有機(jī)質(zhì)與堿解氮通過了顯著性檢驗(yàn)，且其顯著性下限p值均為0.2，符合正態(tài)分布。有效磷與速效鉀的顯著性p值為4.928 4×10-7和0.008 49，均小于0.05，表明不服從正態(tài)分布需要進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換擬合后發(fā)現(xiàn)將各養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)利用SPSS20進(jìn)行BOX-COX轉(zhuǎn)換后顯著性*PK-S值均為0.2>0.05,通過顯著性檢驗(yàn)服從正態(tài)分布。將進(jìn)行轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)利用GS+9軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，為保證數(shù)據(jù)擬合最優(yōu)半方差函數(shù)模型，在GS+9軟件中對(duì)四種養(yǎng)分依次擬合線性模型、指數(shù)模型、高斯模型以及球形模型，選取RSS最小、R2最大為最優(yōu)模型，相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 葉城縣土壤養(yǎng)分最優(yōu)半方差理論模型及其參數(shù)

對(duì)研究區(qū)內(nèi)所有樣點(diǎn)的四項(xiàng)土壤養(yǎng)分指標(biāo)進(jìn)行模型擬合，有機(jī)質(zhì)與堿解氮對(duì)Line線性模型有較好的擬合效果。對(duì)于有效磷與速效鉀擬合的最優(yōu)模型結(jié)果是Sqherical球狀模型。

通過擬合最優(yōu)半方差模型來分析葉城縣縣域內(nèi)耕地土壤中各養(yǎng)分的空間分異特征，其中塊金值顯示有機(jī)質(zhì)的隨機(jī)變異較為顯著，為0.151 76，堿解氮次之，有效磷和速效鉀的隨機(jī)變異較小?；_(tái)值反映有機(jī)質(zhì)的綜合變異程度最大，為0.214 67。

4種養(yǎng)分均表現(xiàn)為較強(qiáng)的空間依賴性，由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性因素主導(dǎo)，且速效鉀>有效磷>堿解氮>有機(jī)質(zhì)。有效磷與速效鉀的隨機(jī)變異均較小而異質(zhì)比又都小于0.25，則同樣說明有效磷與速效鉀受自然因素等結(jié)構(gòu)系統(tǒng)性的因素影響較大。這可能與磷素難吸收又易形成難溶的緩效磷，循環(huán)單一較為固定難移的特性有關(guān)。

4種耕地主要養(yǎng)分在較大范圍內(nèi)均具有空間自相關(guān)性。其中，有機(jī)質(zhì)與堿解氮的變程較大，其均一性較強(qiáng)，空間自相關(guān)距離較大，空間變異性較弱；有效磷與速效鉀變程相對(duì)較小，則其空間自相關(guān)距離較小，空間變異性較強(qiáng)。葉城縣內(nèi)主要耕地為潮土與灌淤土前者是在長期的引洪灌溉耕作發(fā)育而成，后者是受地下水活動(dòng)的影響通過耕作熟化發(fā)育而成的土壤[25]。

3.3 土壤養(yǎng)分的空間分布格局結(jié)果與分析

對(duì)進(jìn)行修正后符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)在ArcGIS10.2中進(jìn)行克里金插值，并根據(jù)地統(tǒng)計(jì)學(xué)的輸出結(jié)果選擇相應(yīng)的最優(yōu)擬合模型，完成四種土壤主要養(yǎng)分的空間插值分布，并作出對(duì)應(yīng)養(yǎng)分的插值分布圖，如圖2～圖5所示。

圖2 有機(jī)質(zhì)空間插值分布圖

圖3 堿解氮空間插值分布圖

圖4 有效磷空間插值分布圖

圖5 速效鉀空間插值分布圖

葉城縣的耕地主要集中在縣域內(nèi)東北部，少量散布在其南部與西南方向上，插值結(jié)果與原始樣本以及實(shí)際顯示會(huì)存在一定偏差，但仍能表征主要養(yǎng)分的空間富集特征。

3.3.1 有機(jī)質(zhì)的空間分布

葉城耕地中有機(jī)質(zhì)的含量總體較低，就其空間分布而言，高值區(qū)較少在插值的西南方向，低值區(qū)在東北方向的邊緣區(qū)。葉城縣大部分耕地的有機(jī)質(zhì)含量較少，僅在采樣區(qū)偏西南方向的少量耕地的有機(jī)質(zhì)含量較高，由東北向西南方向上呈增加的格局但總體均為中等偏下的程度。這是因?yàn)槿~城屬暖溫帶內(nèi)陸荒漠氣候，降水少而蒸發(fā)強(qiáng)不利于養(yǎng)分積累，研究區(qū)整體有機(jī)質(zhì)含量少。江格勒斯鄉(xiāng)、伯西克熱鄉(xiāng)以及阿克塔什農(nóng)場的有機(jī)質(zhì)含量較低，其防護(hù)林體系較差且江格勒斯鄉(xiāng)處于洪沖積扇下部山緣洼地，阿克塔什農(nóng)場又多為風(fēng)沙土，較差的地理位置及生態(tài)條件成為障礙因素。人為開墾對(duì)植被的凋落及腐殖化有較大的影響，葉城縣農(nóng)區(qū)地勢由西南向東北傾斜，南陡北緩，坡度小更利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，人類耕作活動(dòng)可能致使土壤表層中有機(jī)質(zhì)從中部中山地帶由西南向東北呈減少態(tài)勢。

3.3.2 堿解氮的空間分布

耕地質(zhì)量主要養(yǎng)分中堿解氮的含量等級(jí)最低，依照全國第二次土壤普查堿解氮的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)劃分僅為5級(jí)，在總體上呈現(xiàn)缺少的態(tài)勢。有機(jī)質(zhì)含量高的耕地往往能保持較高的堿解氮含量，在整個(gè)研究區(qū)域中二者空間分布有一定相似性，但其高值區(qū)相較有機(jī)質(zhì)分布更偏向東北方向，靠近大片農(nóng)耕區(qū)，總體分布更加均勻，低值區(qū)仍在東北方向邊緣區(qū)但范圍更小，呈現(xiàn)出由西南、東北方向內(nèi)逐漸增加的富集格局。鄉(xiāng)鎮(zhèn)單位中，喀格勒克鎮(zhèn)、恰薩美其特鄉(xiāng)、吐古其鄉(xiāng)、鐵提鄉(xiāng)以及依提木孔鄉(xiāng)組成的成片洪沖積扇地帶堿解氮含量較高，主要由于其地勢較為平坦坡度較小為主要農(nóng)種區(qū)，復(fù)被的農(nóng)作物的枯枝殘葉的腐殖化后釋放一定氮，同時(shí)人為施用有機(jī)肥、化肥等肥料提高了耕地表層含氮量。

3.3.3 有效磷的空間分布

就有效磷的空間分布而言，高值區(qū)在東北方向的邊緣區(qū)，其低值主要分布在農(nóng)耕區(qū)的南部方向上以及少量呈斑塊狀鑲嵌分布在集中農(nóng)耕區(qū)，與有機(jī)質(zhì)與堿解氮相反。從鄉(xiāng)鎮(zhèn)來看，有效磷含量整體不高，含磷較少的耕地主要是處于依力克其鄉(xiāng)與伯西熱克鄉(xiāng)以及南部山麓河谷帶的柯克亞鄉(xiāng)、西合休鄉(xiāng)、棋盤鄉(xiāng)，南部山麓河谷帶耕地處于山前戈壁，海拔高為底礫石根底，防護(hù)林體系差，易造成水土流失而導(dǎo)致磷素流失。

3.3.4 速效鉀的空間分布

而耕地土壤中速效鉀含量總體較為豐富，根據(jù)其豐缺特征分析，依照全國第二次土壤普查有速效鉀的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)劃分為3級(jí)，在總體上含量相較豐富，處中等偏上程度。就速效鉀的分布而言，整體空間分布均勻，高值區(qū)與低值區(qū)的分布較為接近均為小型斑塊狀在東北方向的大片農(nóng)耕區(qū)，沒有表現(xiàn)出在某種方向上有較強(qiáng)的規(guī)律性。在鄉(xiāng)鎮(zhèn)單位上，烏吉熱克鄉(xiāng)以及恰爾巴格鄉(xiāng)速效鉀含量最高，伯西熱克鄉(xiāng)的速效鉀含量稍低，由于土壤表層鉀素累積主要來源于母質(zhì)風(fēng)化，則推測伯西克熱鄉(xiāng)含量稍低是土壤風(fēng)化程度減弱導(dǎo)致。

3.4 耕地土壤養(yǎng)分的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

將每個(gè)樣本實(shí)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)在SPSS中進(jìn)行單因子指數(shù)分析以及內(nèi)梅羅綜合分析分別求出每個(gè)采樣點(diǎn)的各主要養(yǎng)分的單因子質(zhì)量指數(shù)以及綜合質(zhì)量指數(shù)如表4所示。

表4 耕地土壤主要養(yǎng)分質(zhì)量指數(shù)

根據(jù)第二次土壤普查的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合耕地土壤主要養(yǎng)分質(zhì)量指數(shù)計(jì)算公式對(duì)于有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀以及綜合指數(shù)進(jìn)行質(zhì)量分級(jí)如表5所示。

表5 耕地土壤主要養(yǎng)分質(zhì)量指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

由表4、表5可知，葉城耕地土壤中有機(jī)質(zhì)與堿解氮的質(zhì)量指數(shù)極值差異相似，其中有機(jī)質(zhì)處于中等級(jí)別，堿解氮的質(zhì)量指數(shù)處于缺少等級(jí)，有效磷的質(zhì)量指數(shù)極值差異較大，平均水平處于中等級(jí)別，速效鉀的質(zhì)量指數(shù)整體最高，其質(zhì)量指數(shù)的均值處于豐富級(jí)別。耕地土壤養(yǎng)分的綜合質(zhì)量指數(shù)處于中等偏下，其綜合指數(shù)整體分布范圍為1.03～2.66。

葉城的耕地土壤中養(yǎng)分含量整體顯示為缺氮，少有機(jī)質(zhì)少磷且其空間分布較為不均，鉀的含量整體較高。采樣土壤中四種主要養(yǎng)分計(jì)算所得質(zhì)量指數(shù)的極值差異均較大，根據(jù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)均跨越3個(gè)等級(jí)，其中有效磷的差異最大，涵蓋從“極缺”到“極豐富”5個(gè)等級(jí)，空間分布差異較大。根據(jù)1982年第二次土壤普查葉城縣的耕地土壤養(yǎng)分含量數(shù)據(jù)通過計(jì)算可得，有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量指數(shù)為1.175，堿解氮的質(zhì)量指數(shù)為0.887 3，有效磷的質(zhì)量指數(shù)為0.876 7，速效鉀的質(zhì)量指數(shù)為5，通過平均值計(jì)算耕地養(yǎng)分綜合質(zhì)量指數(shù)為1.328 7。與第二次土壤普查數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，除速效鉀外，有機(jī)質(zhì)、堿解氮與有效磷的質(zhì)量指數(shù)普遍提升，綜合質(zhì)量指數(shù)也呈現(xiàn)增長的態(tài)勢，與前文統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)論較為一致。綜合來看，經(jīng)過近30年的耕作以及土地涵養(yǎng)措施，葉城縣耕地養(yǎng)分質(zhì)量發(fā)展變化有較明顯的提升并呈一定的上升趨勢，但其養(yǎng)分質(zhì)量整體不高，且地域性差異較大，需要通過有針對(duì)性地涵養(yǎng)土壤提升土壤質(zhì)量，構(gòu)建良性循環(huán)的健康土壤環(huán)境[26-27]。

4 結(jié)論

4.1 結(jié)論

1) 就耕地質(zhì)量養(yǎng)分總體含量而言，新疆葉城縣耕地表層土壤主要養(yǎng)分中有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀的含量分別為11.68 g/kg、52.19 mg/kg、6.59 mg/kg、131.51 mg/kg，其中有機(jī)質(zhì)，有效磷，速效鉀的平均含量屬于中等水平，堿解氮較為缺乏，且其質(zhì)量情況較為參差。同20世紀(jì)80年代第二次全國土壤普查數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，有機(jī)質(zhì)，堿解氮，速效鉀的養(yǎng)分含量均有不同程度的提升，但整體仍然是中等水平，僅速效鉀的含量等級(jí)有所下降。葉城縣耕地土壤的整體樣本數(shù)據(jù)的變異系數(shù)的范圍在22.07%～68.19%之間，均屬于中等變異程度，且有效磷>堿解氮>速效鉀>有機(jī)質(zhì)，其中有效磷為68.19%遠(yuǎn)大于其他養(yǎng)分，受人為影響較大，與磷素特性以及磷肥使用不均有關(guān)。

2) 就耕地質(zhì)量養(yǎng)分空間變異而言，葉城縣土壤有機(jī)質(zhì)，堿解氮，有效磷，速效鉀均呈現(xiàn)中等強(qiáng)度的空間變異，依次為有效磷>堿解氮>速效鉀>有機(jī)質(zhì)。其中有效磷與速效鉀塊基比為0.08、0.06，由結(jié)構(gòu)性因素主導(dǎo)，有機(jī)質(zhì)與堿解氮塊基比為0.71、0.61，受人為性因素影響相比稍大。

3) 就耕地質(zhì)量養(yǎng)分空間分布而言，在地理位置上，葉城縣表層土壤中有機(jī)質(zhì)從東北向西南呈增加的格局，防護(hù)林體系較差的伯西克熱鄉(xiāng)，江格勒斯鄉(xiāng)以及阿克塔什農(nóng)場有機(jī)質(zhì)含量較低。堿解氮呈現(xiàn)出由西南、東北方向內(nèi)逐漸增加的趨勢，喀格勒克鎮(zhèn)、恰薩美其特鄉(xiāng)等組成的成片洪沖積扇地帶堿解氮含量較高。有效磷高值區(qū)與低值區(qū)均呈斑塊狀散布在大片農(nóng)耕區(qū)，且南部山麓河谷帶鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地土壤含量較少。速效鉀沒有表現(xiàn)出在某種方向上有較強(qiáng)的規(guī)律性但總體含量較高，其中伯西克熱鄉(xiāng)含量稍低推測是土壤風(fēng)化程度減弱導(dǎo)致。

4) 就耕地質(zhì)量養(yǎng)分的質(zhì)量評(píng)價(jià)而言，對(duì)葉城耕地土壤主要養(yǎng)分進(jìn)行單因子質(zhì)量評(píng)價(jià)與綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)，其總體呈現(xiàn)“缺氮、少有機(jī)質(zhì)、少磷、豐鉀”的格局，綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)為1.73，相較于1982年綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)1.33，耕地土壤養(yǎng)分質(zhì)量呈變優(yōu)的趨勢，整體有一定增幅但綜合水平仍不高。

4.2 建議

1) 葉城是有悠久全灌溉農(nóng)耕基礎(chǔ)的農(nóng)業(yè)大縣，農(nóng)業(yè)是葉城縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，通過長時(shí)間的全灌溉農(nóng)耕歷史的富集積累，葉城耕地土壤主要養(yǎng)分總體呈現(xiàn)“缺氮、少有機(jī)質(zhì)、少磷、豐鉀”的格局，經(jīng)過測土配方，強(qiáng)化農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施，秸稈還田等一系列措施耕地土壤得到改善，耕地質(zhì)量有所提升，需要保持在現(xiàn)有上升態(tài)勢下針對(duì)不同區(qū)域耕地通過不同保護(hù)措施來涵養(yǎng)培肥土壤提升耕地土壤質(zhì)量，縮小縣域內(nèi)耕地養(yǎng)分質(zhì)量極值差異，特別注重平衡不同地區(qū)耕地土壤中磷的分布，提升整體平均水平，提高耕地生產(chǎn)力。

2) 葉城縣耕地主要養(yǎng)分受結(jié)構(gòu)性因素影響較大且葉城縣中部中山地帶耕地土壤主要為灌淤土與潮土，全灌溉農(nóng)區(qū)土壤保水保肥較差不利營養(yǎng)元素積累。建議在施肥方法上注重后期機(jī)械追肥，少量多次，保證科學(xué)施肥有效性，避免后期作物生長因耕地土壤的養(yǎng)分儲(chǔ)備能力與供應(yīng)能力較弱而養(yǎng)分肥力不足的情況。由于葉城縣耕地土壤中有機(jī)質(zhì)及堿解氮受隨機(jī)性因素影響相對(duì)有效磷與速效鉀更大，在加大有機(jī)肥和氮肥施加時(shí)要注意后期進(jìn)行監(jiān)測檢驗(yàn)，避免養(yǎng)分富集過度造成的土壤污染，耕地質(zhì)量下降。

3) 葉城縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地表層土壤養(yǎng)分狀況空間分異較大，建議在施肥結(jié)構(gòu)上因以不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)養(yǎng)分含量分異情況作為基礎(chǔ)，在普遍加大有機(jī)肥、磷肥、氮肥的同時(shí)對(duì)于伯西熱克鄉(xiāng)、宗朗鄉(xiāng)、薩依巴格鄉(xiāng)可適當(dāng)增加鉀肥投入，對(duì)于作物吸收效率低但易隨水土流失的磷素含量低的依力克其鄉(xiāng)以及南部山麓河谷帶的棋盤鄉(xiāng)等地區(qū)建議加強(qiáng)區(qū)域防護(hù)林體系的建設(shè)與維護(hù)。通過改良土壤，改善土壤理化性狀與結(jié)構(gòu)使土壤良性循環(huán)構(gòu)建健康的土壤環(huán)境、耕地環(huán)境，切實(shí)做好耕保提質(zhì)，減少化肥污染提高施肥有效性，促進(jìn)糧食增產(chǎn)增收，推進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、耕地可持續(xù)利用。