曹 婧 ，陳怡平，毋俊華 ，王 洪，江 瑤

1. 中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所 黃土與第四紀(jì)地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710061

2. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

3. 西安地球環(huán)境創(chuàng)新研究院，西安 710061

土壤有機(jī)質(zhì)（soil organic matter，SOM）是表征農(nóng)田土壤肥力的重要指標(biāo)之一，同時(shí)也是土壤微生物活動(dòng)的底物和植物生長的養(yǎng)分源（Fernández et al，2015）。土壤有機(jī)質(zhì)含量不僅與土壤微生物、凋落物等生物因素有關(guān)，還與氣候因素、施肥措施等非生物因素有著密切關(guān)系（Liu et al，2013）。作為土壤健康和生態(tài)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵屬性，土壤有機(jī)質(zhì)在維持全球碳循環(huán)和土壤保肥保水方面都起到了至關(guān)重要的作用（Chang et al，2020；Kopecky et al，2021；Xiong et al，2021）。土壤碳庫在陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫中占比達(dá)到90%以上，是植被碳庫的3 — 4 倍、大氣碳庫的2 — 3 倍（周璞等，2021）。《氣候變化綠皮書：應(yīng)對(duì)氣候變化報(bào)告（2021）》（謝伏瞻和莊國泰，2021）指出：至少到21 世紀(jì)中期，氣候變暖仍將持續(xù)，極端事件將繼續(xù)增加，2020 年全球大氣中溫室氣體平均濃度再創(chuàng)新高。在面臨生態(tài)安全和氣候變化雙重挑戰(zhàn)的背景下，充分發(fā)掘農(nóng)田土壤碳庫的減排增匯效應(yīng)，對(duì)于中國實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有重要意義。

土壤的形成過程較為復(fù)雜，受到母質(zhì)、植被、氣候、地形地貌、人為因素等眾多因素的共同作用，所以土壤是一個(gè)具有高度空間異質(zhì)性的時(shí)空連續(xù)體（趙明松等，2013；于洋，2016）。近年來，為了尋求氣候變化緩解、糧食安全和生態(tài)安全三者的平衡點(diǎn)，土壤有機(jī)質(zhì)的時(shí)空變化逐漸成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。時(shí)間尺度上，Ladha et al（2011）指出在全球范圍內(nèi)土壤有機(jī)質(zhì)總體呈下降趨勢(shì)。黃耀和孫文娟（2006）提出：1980 — 2000 年，中國近一半農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)呈明顯增加趨勢(shì)，華東和華北地區(qū)漲幅最大，而東北地區(qū)呈總體下降趨勢(shì)。楊帆等（2017）指出近30 a 以來中國農(nóng)田耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量呈整體上升趨勢(shì)?？臻g尺度上，隨著“3S”技術(shù)的發(fā)展，多種地統(tǒng)計(jì)學(xué)和地理信息系統(tǒng)技術(shù)和模型常用于探究農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)的空間分布特征，楊順華等（2015）和尉芳等（2022）對(duì)比分析了普通克里金、地理加權(quán)回歸模型、偏最小二乘回歸模型、地理加權(quán)回歸擴(kuò)展模型和隨機(jī)森林模型等方法對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的插值預(yù)測(cè)精度，其中普通克里金由于其操作簡單得到了廣泛應(yīng)用（李龍等2015；嚴(yán)玉梅等，2019）。

陜西省作為中國西北的農(nóng)業(yè)大省，全省糧食作物產(chǎn)量整體保持上升趨勢(shì)，2020 年陜西省糧食總產(chǎn)量達(dá)1274.83 萬t（陜西省統(tǒng)計(jì)局和國家統(tǒng)計(jì)局陜西調(diào)查總隊(duì)，2021），創(chuàng)1998 年以來新高，但在全國糧食產(chǎn)量排行榜中地位依然有待提升，且近年來陜西省耕地資源呈下降趨勢(shì)。陜西省以往關(guān)于土壤養(yǎng)分空間變異特征的研究多集中于實(shí)驗(yàn)田、小流域、縣域等中小尺度，如濮陽雪華等（2019）研究發(fā)現(xiàn)陜北黃土區(qū)不同微地形土壤肥力呈現(xiàn)出明顯的表聚效應(yīng)，其中有機(jī)質(zhì)、堿解氮、全氮是土壤肥力較低的主要限制因子；趙業(yè)婷（2015）發(fā)現(xiàn)關(guān)中地區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)多集中在10 — 20 g · kg-1，平 均 含 量 為14.91 g · kg-1，處于陜西省土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的第5 級(jí)，對(duì)于大尺度范圍如省域尺度的研究仍有待加強(qiáng)。近年來不少關(guān)于尺度效應(yīng)的研究表明不同尺度的數(shù)據(jù)在反映相同的地物和現(xiàn)象時(shí)存在差異性（霍霄妮等，2009），所以探究省域尺度下土壤有機(jī)質(zhì)含量時(shí)空變化特征及其影響因素，能夠?yàn)殛兾魇⊥恋乇Ｓ案氐某掷m(xù)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

陜西省位于中國內(nèi)陸腹地（東經(jīng)105°29′ —111°15′，北 緯31°42′ — 39°35′），地 跨 黃 河、長江兩大水系，總面積為20.56×104km2，由高原、山地、平原和盆地等多種地貌構(gòu)成，其中黃土高原、丘陵約占陜西省總土地面積的45%，山地約占36%，平原約占19%（陜西省土壤普查辦公室，1992）。地勢(shì)呈南北高、中間低，從北向南依次是風(fēng)沙灘地區(qū)、黃土高原丘陵溝壑區(qū)、關(guān)中盆地區(qū)、秦嶺山地、漢江盆地和大巴山區(qū)。陜北北部長城沿線屬中溫帶季風(fēng)氣候，關(guān)中及陜北大部屬暖溫帶季風(fēng)氣候，陜南屬北亞熱帶季風(fēng)氣候。陜西省土壤類型以黃綿土、黃棕壤、黃褐土、暗棕壤、新積土、風(fēng)沙土、潮土、粗骨土和黑壚土等為主。玉米、高粱、蘋果、雜糧作物是陜北高原常種作物，小麥、玉米是關(guān)中地區(qū)的主要種植作物，水稻、油菜是陜南地區(qū)的主要種植作物。

1.2 樣品采集與分析

根據(jù)《NT/ T 1634 — 2008，耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程》（中華人民共和國農(nóng)業(yè)部，2008）要求，結(jié)合陜西省實(shí)際，于2017 年9 月作物收獲后完成采樣，按照全面性、均衡性、客觀性的原則采集陜西全省耕地土壤樣品共705 份，其中陜北高原樣品258 份，關(guān)中平原樣品210 份，陜南山區(qū)樣品237 份。利用GPS 定位每隔10 km設(shè)置1 個(gè)10 m×10 m 的采樣單元，采用五點(diǎn)布局法采樣，采集0 — 20 cm 表層土，采樣點(diǎn)分布如圖1 所示。樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)風(fēng)干、去雜、研磨、過篩后用于后續(xù)分析，采用重鉻酸鉀氧化 — 外加熱法測(cè)定有機(jī)質(zhì)（劉光菘，1996）。

圖 1 采樣點(diǎn)地理位置Fig. 1 Location of sampling points

1.3 數(shù)據(jù)來源與處理

單因素方差分析、相關(guān)性分析和回歸分析均在SPSS 20.0 中完成，運(yùn)用GS+9.0 軟件建立最優(yōu)半變異函數(shù)擬合模型，采用ArcGIS 10.5 軟件的空間分析方法莫蘭指數(shù)法確定空間自相關(guān)性，克里金空間插值模塊繪制陜西省土壤有機(jī)質(zhì)空間分布圖，采用Origin 9.1 和Excel 繪制柱狀圖。陜西省第二次土壤普查各市及各類型土壤有機(jī)質(zhì)均值及分級(jí)占比數(shù)據(jù)出自《陜西土壤》（陜西省土壤普查辦公室，1992），土壤有機(jī)質(zhì)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)源自全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 陜西省農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)含量時(shí)間變化特征

2017 年陜西省農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)含量范圍為2.54 — 44.90 g · kg-1，均值為15.90 g · kg-1，其中，榆林、延安、銅川農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)含量都未達(dá)到全省平均水平。陜西省各市土壤有機(jī)質(zhì)含量變異系數(shù)在10% — 100%，屬于中等程度變異，漢中市土壤有機(jī)質(zhì)含量變異最大，達(dá)59%，商洛市土壤有機(jī)質(zhì)含量變異最小，僅12%。方差分析結(jié)果表明：漢中市土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于其余各市，榆林、延安及銅川土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著低于其余各市，安康、寶雞及咸陽土壤有機(jī)質(zhì)含量差異不顯著（P＜0.05）（表1）。

20 世紀(jì)80 年代第二次土壤普查時(shí)期和2017年陜西省耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量處于分級(jí)占比最大的均為4 級(jí)水平（表2）。同時(shí)，隨著時(shí)間的推移，陜西省有機(jī)質(zhì)含量處于5、6 級(jí)水平的占比逐漸下降，2、3、4 級(jí)水平的占比逐漸上升。2017年陜西省各行政區(qū)市中，漢中有機(jī)質(zhì)含量最高，平均為24.62 g · kg-1，榆林有機(jī)質(zhì)含量最低，平均為8.83 g · kg-1，有機(jī)質(zhì)含量順序?yàn)椋簼h中＞西安＞安康＞咸陽＞寶雞＞商洛＞渭南＞銅川＞延安＞榆林（表1）。與20 世紀(jì)80 年代相比，各市有機(jī)質(zhì)含量均存在不同程度的提升，漢中提升幅度最大，高達(dá)143%，其次為咸陽、西安，漲幅達(dá)80%以上，銅川、商洛和安康漲幅最小，分別為16%、14%和16%。三大自然區(qū)中，2017 年與20世紀(jì)80 年代兩個(gè)時(shí)期的有機(jī)質(zhì)含量排序一致，均為：陜南山區(qū)＞關(guān)中平原＞陜北高原。20 世紀(jì)80 年代與2017 年兩個(gè)時(shí)期延安和榆林土壤有機(jī)質(zhì)含量均未達(dá)到全省平均水平，2017 年陜西省農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)含量是20 世紀(jì)80 年代的1.48 倍（圖2）。

表2 陜西省第二次土壤普查及2017 年土壤有機(jī)質(zhì)分級(jí)情況Tab. 2 Soil organic matter classification in Shaanxi Province during the second soil census and in 2017

2.2 陜西省農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)含量空間變化特征

2.2.1 土壤有機(jī)質(zhì)含量空間變異結(jié)構(gòu)特征分析

空間自相關(guān)是克里金插值的基礎(chǔ)，而莫蘭指數(shù)是空間自相關(guān)系數(shù)的一種，其值分布在-1 — 1，用于判別空間是否存在自相關(guān)。Moran’s I ＞0 表示空間正相關(guān)性，其值越大，空間相關(guān)性越明顯。Moran’s I＜0 表示空間負(fù)相關(guān)性，其值越小，空間差異越大。Moran’s I = 0，空間呈隨機(jī)性。檢驗(yàn)結(jié)果（表3）表明：其Moran’s I 指數(shù)為0.705，說明陜西省土壤有機(jī)質(zhì)具有強(qiáng)烈的空間正相關(guān)性、聚集性，即陜西省的土壤有機(jī)質(zhì)含量與該地區(qū)的位置有關(guān)。Z 得分約為68.021，大于1.96（P＜0.05），認(rèn)為具有空間自相關(guān)性，結(jié)果分布在正態(tài)分布的兩端。結(jié)合Moran’s I 值為正，可以得出結(jié)果分布在正態(tài)分布的右端，為聚集型。P 值為0，表明該結(jié)果百分百不為隨機(jī)數(shù)據(jù)生成，結(jié)果具有可信度。

圖2 陜西省農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)含量時(shí)間變化Fig. 2 Temporal variation of farmland soil organic matter in Shaanxi Province

表3 土壤有機(jī)質(zhì)空間自相關(guān)檢驗(yàn)Tab. 3 Test of SOM autocorrelation

半方差函數(shù)理論模型的建立是克里金插值法的核心。通過計(jì)算變差函數(shù)，克里金更易實(shí)現(xiàn)局部加權(quán)插值，克服了一般反距離加權(quán)插值結(jié)果的不穩(wěn)定性。運(yùn)用 GS+9.0 軟件對(duì)研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行變異函數(shù)擬合（表4，圖3） ，結(jié)果表明：陜西省耕地土壤有機(jī)質(zhì)的最佳擬合模型為高斯模型，R2接近1，殘差接近于0，說明該模型擬合效果很好，塊金系數(shù)為72%，介于25% — 75%，表現(xiàn)為中等強(qiáng)度的空間相關(guān)性，說明陜西省耕層土壤有機(jī)質(zhì)空間分布受隨機(jī)性因素和結(jié)構(gòu)性因素的共同作用。

為了更加深入了解研究區(qū)內(nèi)土壤有機(jī)質(zhì)的空間變異特征，用 GS+9.0 軟件繪出了 0°、45°、90°、135°方向上的半方差函數(shù)圖（圖4），進(jìn)一步分析空間變異的各向異性。結(jié)果表明：有機(jī)質(zhì)在東西0°方向和南北 90°方向上的變異程度明顯高于東北 — 西南45°方向和東南 — 西北 135°方向上的變異程度，說明 0°、90°方向的變異較45°、135°方向復(fù)雜，主要是由于陜西省南北地形地貌差異大，成土母質(zhì)復(fù)雜。

表4 土壤有機(jī)質(zhì)含量的半方差函數(shù)理論模型和參數(shù)Tab. 4 Semivariance model and its parameters for soil organic matter content

圖3 土壤有機(jī)質(zhì)各向同性半方差函數(shù)圖Fig. 3 Isotropic semivariogram of soil organic matter

2.2.2 土壤有機(jī)質(zhì)含量克里金插值制圖及分析

克里金插值結(jié)果表明：2017 年陜西省耕地土壤有機(jī)質(zhì)整體上呈南高北低的空間分布格局，榆林市土壤有機(jī)質(zhì)含量多低于10 g · kg-1，其中神木市、橫山縣、定邊縣局部區(qū)域有機(jī)質(zhì)含量略高，延安市南部耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量明顯高于北部。關(guān)中平原土壤有機(jī)質(zhì)含量空間異質(zhì)性較大，其中寶雞、西安及咸陽耕地土壤有機(jī)質(zhì)較為豐富，多處于20 — 25 g · kg-1。陜南山區(qū)西部耕地土壤有機(jī)質(zhì)明顯高于東部，其中留壩縣、漢臺(tái)區(qū)、城固縣、南鄭區(qū)和西鄉(xiāng)縣有機(jī)質(zhì)極其豐富，多高于25 g · kg-1（圖5）。

圖4 土壤有機(jī)質(zhì)各向同性半方差函數(shù)圖Fig. 4 Isotropic semivariogram of soil organic matter

2.2.3 土壤有機(jī)質(zhì)含量分級(jí)特征

陜西省三大自然區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量分級(jí)占比明顯不同，陜北、關(guān)中、陜南耕地土壤有機(jī)質(zhì)最大占比分別處于5 級(jí)（6 — 10 g · kg-1）、4 級(jí)（10 — 20 g · kg-1）、4 級(jí)水平，所占比例對(duì)應(yīng)為43%、68%和42%。陜北耕地土壤有機(jī)質(zhì)多處于5級(jí)、4 級(jí)水平，關(guān)中耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量多處于4級(jí)水平，陜南地區(qū)有機(jī)質(zhì)含量多處于3 級(jí)（20 — 30 g · kg-1）、4 級(jí)水平（圖6a）。榆林耕地土壤有機(jī)質(zhì)5 級(jí)水平占比最大，為48%，延安、銅川、渭南、寶雞、咸陽和商洛土壤有機(jī)質(zhì)4 級(jí)水平比例最大，分別為48%、100%、73%、65%、65%和63%，西安、漢中和安康有機(jī)質(zhì)3 級(jí)水平比例最大，分別為59%、41%和49%（圖6b）。

圖5 陜西省農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)空間分布圖Fig. 5 Spatial distribution of farmland soil organic matter in Shaanxi Province

圖6 陜西省各自然區(qū)（a）和行政區(qū)（b）農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)含量分級(jí)情況Fig. 6 Classification of soil organic matter in natural areas (a) and administrative areas (b) of Shaanxi Province

2.3 陜西省農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)空間變異影響因素

方差分析結(jié)果表明：不同坡度等級(jí)下陜西省耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量存在差異，[10°, 15°)、[15°, 20°)和[20°, 30°]土壤有機(jī)質(zhì)含量差異不顯著，但都顯著低于＜5°和＞30°耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量（P＜0.05）（圖7a）。不同海拔梯度下陜西省耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量存在明顯差異，除[1200, 1600] m和＞1600 m 梯度之間差異不顯著，其余各梯度有機(jī)質(zhì)含量都存在顯著差異（P＜0.05）（圖7b）。此外，隨著坡度梯度的增大，有機(jī)質(zhì)含量呈下降趨勢(shì)，這可能與黃土高原水土流失導(dǎo)致的養(yǎng)分流失有關(guān)，而當(dāng)坡度大于30°時(shí)，有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到最大，主要是由于這些陡坡主要分布在陜南山區(qū)山腳，土壤有機(jī)質(zhì)含量高。土壤有機(jī)質(zhì)含量與地形因子的相關(guān)分析結(jié)果表明：陜西省農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)含量與坡度、海拔、經(jīng)度和緯度顯著相關(guān)，和坡向相關(guān)性不顯著（P＜0.01）（表5）。隨著海拔的升高，有機(jī)質(zhì)含量呈下降趨勢(shì)，主要原因可能是高海拔的陜北高原水土流失嚴(yán)重，地力貧瘠，而低海拔區(qū)域關(guān)中平原地力肥沃，有機(jī)質(zhì)含量豐富，所以呈現(xiàn)出有機(jī)質(zhì)含量隨海拔升高而下降的趨勢(shì)。逐步回歸分析結(jié)果顯示R2= 0.53，表示坡度、海拔、經(jīng)度和緯度共同解釋陜西省農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)含量53%的變異量，回歸模型的擬合優(yōu)度較好，同時(shí)ANOVA 檢驗(yàn)顯著性小于0.001，說明該模型具有顯著性。

圖7 陜西省不同坡度等級(jí)（a）和海拔梯度（b）的土壤有機(jī)質(zhì)含量的差異統(tǒng)計(jì)Fig. 7 Statistics of soil organic matter contents under different slope grades (a) and elevation gradients (b) in Shaanxi Province

表5 有機(jī)質(zhì)與地形因子的相關(guān)分析與回歸分析Tab. 5 Correlation analysis of organic matter and topographic factors

式中：x1、x2、x3、x4分別代表坡度、海拔、緯度、經(jīng)度。

陜西省土壤類型多種多樣，全省共有21 個(gè)土類，研究選取樣本量較大的8 種土壤類型，對(duì)其進(jìn)行方差分析（圖8），結(jié)果表明：陜西省耕地不同類型土壤有機(jī)質(zhì)含量差異明顯。風(fēng)沙土和黃綿土有機(jī)質(zhì)含量顯著低于其余土壤類型（P＜0.05），黃棕壤有機(jī)質(zhì)含量最高，達(dá)22.87 g · kg-1，風(fēng)沙土有機(jī)質(zhì)含量均值最低，僅9.18 g · kg-1，其中有機(jī)質(zhì)含量較低的風(fēng)沙土和黃綿土主要分布在陜北地區(qū)，有機(jī)質(zhì)含量較高的黃褐土和黃棕壤主要分布在陜南地區(qū)，由此可推測(cè)，陜西省耕地有機(jī)質(zhì)含量空間差異性與土壤類型密切相關(guān)。因?yàn)榇止峭炼喾植荚诘蚵湮锓e累較多的區(qū)域，土壤持水量較大，有明顯的生物積累特征，同樣黃棕壤生物循環(huán)強(qiáng)烈，腐殖質(zhì)含量豐富。而風(fēng)沙土主要分布在干旱半干旱地區(qū)，經(jīng)常受到風(fēng)蝕，有機(jī)質(zhì)含量低，通常在1 — 6 g · kg-1，黃綿土成土速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于侵蝕速度，熟土層無法保存，通過耕作又逐年從母質(zhì)中補(bǔ)充生土，因而土壤有機(jī)質(zhì)含量低。此外，20 世紀(jì)80 年代和2017 年不同土壤類型有機(jī)質(zhì)含量高低排序基本一致，均表現(xiàn)為黃棕壤＞黃褐土＞褐土＞黑壚土＞黃綿土＞風(fēng)沙土（圖8）。與20 世紀(jì)80 年代相比，各類型土壤有機(jī)質(zhì)含量均存在不同程度的提升，這與各市土壤有機(jī)質(zhì)含量大幅提升的規(guī)律一致。

圖8 陜西省不同類型土壤有機(jī)質(zhì)含量在20 世紀(jì)80 年代 — 2017 年的變化Fig. 8 Temporal variation of different types of soil organic matter content in Shaanxi Province from 1980s to 2017

3 討論

3.1 長期耕種下陜西省耕地土壤有機(jī)質(zhì)時(shí)間變化

近40 a 以來，陜西省農(nóng)田耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量呈整體上升趨勢(shì)，2017 年陜西省農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)平均含量是20 世紀(jì)80 年代全國第二次土壤普查時(shí)期的1.48 倍，這與于洋（2016）和嚴(yán)玉梅等（2019）的觀點(diǎn)一致。與第二次土壤普查相比，陜西省各個(gè)行政區(qū)有機(jī)質(zhì)含量都存在不同程度的提升。耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量的動(dòng)態(tài)變化主要取決于土壤中有機(jī)物（作物殘茬）輸入與降解之間的平衡（楊景成等，2003），中國目前50%的糧食產(chǎn)量依賴化學(xué)肥料，多年來大量化學(xué)肥料的投入，糧食產(chǎn)量大幅提高，輸入土壤的作物殘茬和根系數(shù)量增多，因此有機(jī)質(zhì)含量得以提升。此外，也有研究表明過量施氮引起的土壤酸化可以通過降低微生物活性和增加保護(hù)有機(jī)質(zhì)的礦物量來抑制有機(jī)質(zhì)的分解，進(jìn)而促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的累積（Zhang et al，2020）。合理的有機(jī)肥和化肥配比是提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和實(shí)現(xiàn)土壤生產(chǎn)功能的關(guān)鍵，在土壤肥力水平較低的情況下，施用化肥能夠有效提高土壤的有機(jī)質(zhì)含量（宋永林等，2002）。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017 年陜西省化肥施用量約為1980 年的8 倍，肥料結(jié)構(gòu)也發(fā)生了改變，鉀肥和復(fù)合肥比例大幅提升（王建興等，2018），所以，長期施肥是導(dǎo)致陜西省耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量近40 a 以來有所提升的間接原因。此外，近年來大力推廣的秸稈還田、綠肥種植等保護(hù)性耕作措施通過直接增加外源有機(jī)物質(zhì)是陜西省農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)含量增加的重要原因之一。2008 年陜西省發(fā)布了關(guān)于加快推進(jìn)農(nóng)作物秸稈綜合利用的實(shí)施意見，陜西省秸稈大力還田，同時(shí)全省各地綠肥產(chǎn)業(yè)發(fā)展逐漸成熟。研究表明：秸稈還田主要通過影響腐殖質(zhì)含量來調(diào)節(jié)土壤有機(jī)質(zhì)，豐富的微生物活動(dòng)使得秸稈中有機(jī)態(tài)養(yǎng)分加速分解釋放，可使土壤中的有機(jī)質(zhì)上升達(dá)30%（孟瑩等，2012），此外，綠肥是農(nóng)田中重要的有機(jī)肥源，壓入綠肥500 kg · hm-2，平均相當(dāng)于向土壤中加入有機(jī)物質(zhì)1000 kg、磷素1 kg、氮素2.5 kg、鉀素2 kg（潘劍玲等，2013）。雖然陜西省耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量整體有所提升，但由于各地施肥、耕作方式、作物種類等都存在差異，如陜北地區(qū)實(shí)施水土保持措施和撂荒制的耕作方式，陜南地區(qū)的旱地改水田土地利用方式的改變，關(guān)中地區(qū)城鎮(zhèn)周邊蔬菜地規(guī)模擴(kuò)大的作物類型改變，在這些因素的共同作用下，陜西省各市耕地有機(jī)質(zhì)提升幅度存在差異。

3.2 長期耕種下陜西省耕地土壤有機(jī)質(zhì)空間變化

陜西省農(nóng)田耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量范圍在2.54 — 44.90 g · kg-1，均在50 g · kg-1以下，與黃昌勇（2000）的觀點(diǎn)一致。土壤具有高度空間異質(zhì)性的特征是土壤養(yǎng)分存在空間變異的重要原因。陜西省農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)呈現(xiàn)南高北低的空間分布特征，存在明顯的空間異質(zhì)性，這與陜西省地形地貌、氣候條件及成土母質(zhì)等結(jié)構(gòu)性因素和耕作、施肥等隨機(jī)因素密切相關(guān)。不同類型土壤有機(jī)質(zhì)含量差異很大，低的不足5 g · kg-1，高的在200 g · kg-1以上（黃昌勇，2000）。陜西省北部土壤類型主要是風(fēng)沙土及黃綿土，保水保肥能力差，相比于塿土為主的關(guān)中地區(qū)和黃棕壤為主的陜南地區(qū)，該區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)含量低，一方面主要由于干旱少雨，生物量較低，投入的有機(jī)物較少。另一方面，風(fēng)沙土及黃綿土土壤黏粒含量較低，不容易形成有機(jī)無機(jī)復(fù)合體，黏粒對(duì)有機(jī)質(zhì)的保護(hù)作用較低，腐殖化系數(shù)相對(duì)較低。第三，氣候會(huì)直接影響到植物的生長、土壤中微生物活動(dòng)以及土壤呼吸速率，進(jìn)而影響土壤有機(jī)質(zhì)含量；陜西省南北氣候差異大，自南向北降水量逐漸減少，氣溫逐漸升高（表6），這是導(dǎo)致陜西省有機(jī)質(zhì)南高北低的重要原因之一。此外，陜西省地形地貌復(fù)雜，地形因子不僅可以通影響土壤養(yǎng)分的遷移和植被類型的空間分布（陜西省土壤普查辦公室，1992），還可以通過水土流失和土壤侵蝕作用影響有機(jī)質(zhì)的空間分布，這也是導(dǎo)致陜西省有機(jī)質(zhì)存在明顯空間異質(zhì)性的重要原因。

表6 陜西省2017 年化肥施用量及氣象指標(biāo)Tab. 6 Chemical fertilizer application and meteorological indicators in Shaanxi Province in 2017

4 結(jié)論

通過采集并測(cè)定陜西全省耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量，與全國第二次土壤普查時(shí)期的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比研究，探究其時(shí)間變化及分級(jí)情況，并通過地理信息系統(tǒng)表征陜西省土壤有機(jī)質(zhì)空間變異性，探究變異的影響因子，得出以下結(jié)論：

（1）近40 a 以來，隨著有機(jī)無機(jī)肥的合理配施，陜西省作物產(chǎn)量大幅提升，作物根系及秸稈源源不斷輸入土壤，陜西省農(nóng)田耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量呈整體上升趨勢(shì)，由于各地不同的作物類型、耕作措施及施肥差異，陜西省各市農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)含量都存在不同程度的提升，其中漢中市提升幅度最大。

（2）陜西省耕地土壤有機(jī)質(zhì)呈現(xiàn)南高北低的空間分布特征，尤其是西南區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)相當(dāng)豐富。不同自然區(qū)有機(jī)質(zhì)含量順序?yàn)椋宏兡仙絽^(qū)＞關(guān)中平原＞陜北高原，不同行政區(qū)有機(jī)質(zhì)含量排序?yàn)椋簼h中＞西安＞安康＞咸陽＞寶雞＞商洛＞渭南＞銅川＞延安＞榆林。

（3）陜西省耕地土壤有機(jī)質(zhì)具有強(qiáng)烈的空間自相關(guān)性，插值最優(yōu)擬合模型為高斯模型，空間變異受結(jié)構(gòu)性因素和隨機(jī)性因素的共同作用。目前，陜西省耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量整體處于4 級(jí)水平，基本能保障陜西省糧食安全。

（4）與20 世紀(jì)80 年代相比，陜西省各類型土壤有機(jī)質(zhì)含量均存在不同程度的提升，且兩個(gè)時(shí)期不同土壤類型有機(jī)質(zhì)含量高低排序基本一致，均表現(xiàn)為黃棕壤＞黃褐土＞褐土＞黑壚土＞黃綿土＞風(fēng)沙土。