文縣耕層土壤養(yǎng)分空間分布研究

徐 宏， 劉海娥，王世來，楊子凡

（1.甘肅省文縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，甘肅 文縣 746400； 2.甘肅省農(nóng)業(yè)廣播電視學(xué)校文縣分校，甘肅文縣 746400； 3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

土壤養(yǎng)分是植物營(yíng)養(yǎng)的主要來源，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中為了滿足農(nóng)作物對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需求，在土壤養(yǎng)分不足時(shí)需補(bǔ)充施肥，而經(jīng)濟(jì)合理地施肥要以土壤養(yǎng)分含量為依據(jù)［1～8］。土壤養(yǎng)分的空間分布是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)管理土壤養(yǎng)分和合理施肥的基礎(chǔ)，自20世紀(jì)70年代以來，土壤養(yǎng)分空間分布及其變化定量化研究一直是研究關(guān)注的熱點(diǎn)。

文縣位于甘肅省東南麓，地處西秦嶺山脈南秦嶺山脈帶，東經(jīng)104°16′～105°27′，北緯32°35′～33°20′，面積5 000 km2，屬亞熱帶向暖溫帶過渡區(qū)，垂直氣候差異明顯，形成了亞熱帶、溫帶、寒帶疊次鑲嵌的不同氣候類型區(qū)。全境高山、溝谷交錯(cuò)，現(xiàn)有耕地39 427.48 hm2，人均0.183 hm2。為了解整個(gè)縣域境內(nèi)農(nóng)田內(nèi)耕層土壤養(yǎng)分豐缺狀況，指導(dǎo)科學(xué)施肥和服務(wù)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，我們選擇有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀作為主要指標(biāo)，根據(jù)空間插值的基本原理［9～11］，使用Arcgis軟件中的kriging插值法，對(duì)文縣耕層土壤養(yǎng)分的空間分布進(jìn)行了研究，現(xiàn)將結(jié)果報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 資料來源

研究資料來源于2008年文縣測(cè)土配方施肥2390個(gè)實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)以及縣域耕地資源管理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.2 方法

根據(jù)2 390個(gè)實(shí)際土壤測(cè)試基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用Arcgis軟件提供的Histogram和QQPlot數(shù)據(jù)分布檢驗(yàn)方法，分別對(duì)各養(yǎng)分化驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)檢驗(yàn)出的離群值、極大極小值進(jìn)行校正和剔除，以避免對(duì)空間插值結(jié)果的干擾，降低誤差。最終分別選用有效數(shù)據(jù)（有機(jī)質(zhì)2 384個(gè)、堿解氮2 378個(gè)、有效磷2 388個(gè)和速效鉀2 364個(gè)）進(jìn)行空間插值，通過Arcgis軟件空間分析功能下的kriging插值法獲得文縣耕層土壤的有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷及速效鉀等主要土壤養(yǎng)分含量的空間分布圖。并根據(jù)分布圖對(duì)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤養(yǎng)分的豐缺分布進(jìn)行分析，同時(shí)使用Arcgis軟件的分級(jí)功能，按照甘肅省耕層土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)文縣耕層土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀空間分布進(jìn)行分析及分級(jí)。

kriging法是在空間插值中直接使用擬合半方差圖［9］，先通過由對(duì)一組聯(lián)立方程的求解得到權(quán)重：

式中，γ（hij）是已知點(diǎn)i和j間的半方差；γ（hj）是已知點(diǎn)和未知點(diǎn)之間的半方差；λ是拉格朗日系數(shù)。

式中Z0是已知點(diǎn)的值，Wx是與每個(gè)已知點(diǎn)關(guān)聯(lián)的權(quán)重，s是用于估算的已知點(diǎn)的數(shù)目［10］。

2 結(jié)果與分析

2.1 耕層土壤有機(jī)質(zhì)空間分布及分級(jí)

由圖1可以看出，文縣北部、南部等靠近林場(chǎng)保護(hù)區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量高，中部地區(qū)含量較低，耕層土壤有機(jī)質(zhì)分布的地帶性明顯。沿江、沿河低階地比旱坡地、旱地梯田高。北部堡子壩鄉(xiāng)、橋頭鄉(xiāng)部分區(qū)域和南部劉家坪鄉(xiāng)有機(jī)質(zhì)含量最高，其中堡子壩鄉(xiāng)和劉家坪鄉(xiāng)中部有機(jī)質(zhì)含量為25.00～30.00 g/kg；中部城關(guān)鎮(zhèn)、尚德鎮(zhèn)、西部鐵樓鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)有機(jī)質(zhì)含量低，大約在10.00～15.00 g/kg。根據(jù)甘肅省耕層土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表1），全縣有機(jī)質(zhì)含量由高水平到低水平依次為25.00～30.00、20.00～25.00、15.00～20.00、10.00～15.00 g/kg，分別對(duì)應(yīng)甘肅省有機(jī)質(zhì)含量的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)，Ⅵ級(jí)和Ⅶ級(jí)在文縣沒有分布，大于30.00 g/kg的Ⅰ級(jí)水平在文縣也沒有分布。綜合來看，文縣耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量較高，屬于有機(jī)質(zhì)較豐區(qū)，但有機(jī)質(zhì)空間分布不均，部分區(qū)域有機(jī)質(zhì)含量較低。

2.2 耕層土壤堿解氮空間分布及分級(jí)

文縣耕層土壤堿解氮的空間分布見圖2。大多數(shù)地區(qū)的堿解氮含量在80～100mg/kg，含量大于120mg/kg的區(qū)域在北部、中部和中東部地區(qū)廣泛分布，范壩鄉(xiāng)、碧口鎮(zhèn)、中廟鄉(xiāng)、玉磊鄉(xiāng)和尚德鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)的堿解氮含量高；土壤堿解氮含量最低的在40～60mg/kg，主要分布在中西部地區(qū)的鐵樓、石雞壩和橋頭等鄉(xiāng)。對(duì)照甘肅省耕層土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表1），堿解氮含量由高水平到低水平依次為100～150、50～100、＜50mg/kg，分別應(yīng)對(duì)甘肅省堿解氮的Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ級(jí)。可見文縣耕層土壤堿解氮含量整體偏低，屬堿解氮欠缺地區(qū)。

圖1 文縣耕層土壤有機(jī)質(zhì)空間分布

圖2 文縣耕層土壤堿解氮空間分布

表1 甘肅省耕層土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（主要養(yǎng)分）

2.3 耕層土壤有效磷空間分布及分級(jí)

由圖3可以看出，文縣有效磷含量普遍較低，基本處于8～11mg/kg水平段。含量最高的主要是地處南部的丹堡鄉(xiāng)、劉家坪鄉(xiāng)，有效磷含量為14～17mg/kg；西北部的石雞壩鄉(xiāng)、保護(hù)區(qū)，東部的臨江鄉(xiāng)，中部的橋頭鄉(xiāng)等地有效磷含量也相對(duì)較高，為12～14mg/kg；中北部的堡子壩鄉(xiāng)、城關(guān)鎮(zhèn)，東部的尚德鎮(zhèn)、玉磊鄉(xiāng)等地有效磷含量低，為3～8 mg/kg。根據(jù)甘肅省耕層土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表1），文縣有效磷含量由高水平到低水平依次為15～20、10～15、5～10、≤5 mg/kg，分別對(duì)應(yīng)甘肅省有效磷的Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ級(jí)，可見文縣耕層土壤有效磷含量低且變幅大，屬有效磷缺乏地區(qū)。

圖3 文縣耕層土壤有效磷空間分布

2.4 耕層土壤速效鉀空間分布分析及分級(jí)

圖4 文縣耕層土壤速效鉀空間分布

文縣耕層土壤速效鉀分布見圖4。大多數(shù)地區(qū)的速效鉀含量在150～200mg/kg，處于甘肅省的中等水平；含量小于50mg/kg的速效鉀極低區(qū)域主要集中在城關(guān)鎮(zhèn)周圍，耕層土壤速效鉀含量250～300mg/kg的較高區(qū)，分布在文縣東北部的舍書鄉(xiāng)，南部的鐵樓鄉(xiāng)、保護(hù)區(qū)和劉家坪鄉(xiāng)以及東部的中廟鄉(xiāng)等區(qū)域。對(duì)照甘肅省耕層土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表1），速效鉀含量由高水平到低水平分為5級(jí)，依次為250～300、200～250、150～200、100～150、50～100mg/kg，分別對(duì)應(yīng)甘肅省速效鉀的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級(jí)，Ⅶ級(jí)在文縣沒有分布，可見文縣耕層土壤富含速效鉀。

3 小結(jié)與討論

1） 分析研究可知，文縣耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量水平對(duì)應(yīng)甘肅省的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)，堿解氮對(duì)應(yīng)甘肅省的Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ級(jí)，有效磷對(duì)應(yīng)甘肅省的Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ級(jí)，速效鉀對(duì)應(yīng)甘肅省的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級(jí)，總體上，文縣耕層土壤有機(jī)質(zhì)、速效鉀含量豐富，堿解氮、有效磷缺乏。

2） 從文縣耕層土壤養(yǎng)分分析結(jié)果看，文縣耕層土壤堿解氮含量偏低。可能與氮肥的變異程度和喜氮作物對(duì)氮素的大量吸收有較大關(guān)系，因此在施肥過程需密切關(guān)注氮肥的變化。速效鉀含量雖說較高，但對(duì)于喜鉀作物和灌區(qū)不應(yīng)該忽視施用鉀肥。文縣境內(nèi)水資源豐富，對(duì)于海拔較高、質(zhì)地黏重、土層淺薄、漏水漏肥的耕地，需要采取少量多次的施肥方法。

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