海南省保亭縣橡膠園土壤養(yǎng)分空間變異特征分析

高樂++吳炳孫++吳敏++韋家少++何鵬

摘 要 通過GIS和地統(tǒng)計學(xué)相結(jié)合的方法研究海南省保亭縣橡膠園土壤速效氮、磷和鉀含量的空間變異特征。結(jié)果表明：（1）土壤速效氮、磷、鉀在一定范圍內(nèi)均存在空間相關(guān)性，速效氮和速效磷的空間相關(guān)性較弱，速效鉀的空間相關(guān)性中等，土壤速效氮、速效磷和速效鉀含量的相關(guān)距離變化范圍分別為6 938.8、18 040.8 、6 938.8 m。速效磷和速效氮的空間變異主要受人為因素影響，速效鉀受人為因素和自然因素的共同影響。（2）保亭縣膠園土壤速效氮整體水平較低，主要為第四和第五等級；速效磷含量整體水平為中偏低，主要為中下水平的第四等級，速效鉀含量整體水平較低，以第五等級為主。

關(guān)鍵詞 地統(tǒng)計學(xué) ；GIS ；空間變異

分類號 S794.1

合理的氮、磷、鉀肥施用是目前橡膠園土壤養(yǎng)分管理的核心內(nèi)容，而橡膠園土壤的供肥特性則是合理施肥的前提基礎(chǔ)。中國橡膠園土壤具有地形地貌復(fù)雜、耕作經(jīng)營分散、單元地塊面積狹小等特點，土壤管理模式比較復(fù)雜。因此，研究橡膠園土壤養(yǎng)分的空間變異特征，探索一套適合橡膠園土壤的管理模式，具有重要的意義。隨著20世紀(jì)60年代以區(qū)域化變量理論為基礎(chǔ)的地統(tǒng)計分析方法和3S技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外眾多學(xué)者應(yīng)用GIS和地統(tǒng)計學(xué)相結(jié)合的方法對不同尺度或不同作物上土壤養(yǎng)分的空間差異性進行了大量研究[1-5]，對土壤養(yǎng)分管理提供了很多有效措施[6-8]。本研究應(yīng)用地統(tǒng)計學(xué)和GIS相結(jié)合的方法對保亭縣橡膠園土壤氮磷鉀的空間變異特性進行分析，為橡膠園的土壤管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

保亭縣位于海南省南部內(nèi)陸，五指山南麓，北緯18°23′～18°53′，東經(jīng)109°21′～109°48′，東接陵水縣，南鄰三亞市，西聯(lián)樂東縣，北依瓊中縣?？h境東西寬49 km，南北長54 km，總面積1 160.6 hm2，地勢西北高東南低，西部為高山區(qū)，北部為山區(qū)谷地，中部為低丘盆地，西南部為山地、高丘。保亭縣屬熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，具有熱量豐富，雨量充沛，蒸發(fā)量大，季風(fēng)變化明顯的特點；全年日照約1 900～2 000 h，日照百分率達45%；年平均氣溫20.7～24.5℃，年平均降雨量2 000 mm。全縣轄6個鎮(zhèn)、3個鄉(xiāng)：保城鎮(zhèn)、什玲鎮(zhèn)、加茂鎮(zhèn)、響水鎮(zhèn)、新政鎮(zhèn)、三道鎮(zhèn)、六弓鄉(xiāng)、南林鄉(xiāng)、毛感鄉(xiāng)，境內(nèi)有通什、新星、金江、南茂、三道5個國有農(nóng)場以及國營保亭熱作所。

1.2 土壤樣品采集與分析

土壤樣品采集于2013年8～10月，用GPS與海南省保亭縣行政矢量電子圖結(jié)合指導(dǎo)定位，用網(wǎng)格采樣法進行采樣，網(wǎng)格間距為2.5 km×2.5 km，每個網(wǎng)格內(nèi)各采集15個點的膠園0～20 cm土層（I）、20～40 cm土層（Ⅱ）土壤樣品，各土層土壤樣品充分混勻后作為一個混合樣品，總共采取了338個土壤樣品，并詳細記錄每個網(wǎng)格內(nèi)中心采樣點的經(jīng)緯度坐標(biāo)。土樣帶回實驗室后經(jīng)風(fēng)干、過篩后再進行分析化驗。全磷采用氫氧化鈉堿熔-鉬銻抗比色法測定，速效磷采用鹽酸-氟化銨法測定[9]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用spss 11.0對土壤養(yǎng)分指標(biāo)進行常規(guī)統(tǒng)計，涉及地統(tǒng)計學(xué)的主要包括半方差函數(shù)和Kriging插值。其中，半方差函數(shù)分析采用GS+ version 9，空間插值采用Arcmap 9.3的地統(tǒng)計學(xué)分析模塊進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分統(tǒng)計特征值

對保亭縣膠園0～40 cm土層的土壤速效氮、速效磷、速效鉀進行描述性統(tǒng)計分析，得到相應(yīng)的統(tǒng)計特征值（表1）。結(jié)果表明，土壤速效氮、磷、鉀含量的分布范圍分別為12.95～187.08、0.85～71.65、9.50～140.84 mg/kg，平均值分別為66.52、6.86、40.16 mg/kg。速效磷含量的變異系數(shù)為125.98%，屬于強變異；速效氮和速效鉀的變異系數(shù)分別為48.45%和48.35%，為中等變異；各指標(biāo)均屬對數(shù)正態(tài)分布。以上描述性統(tǒng)計指標(biāo)值反映了保亭縣膠園土壤速效養(yǎng)分含量的差異，可能是各地區(qū)差別化施肥管理措施造成的結(jié)果，也可能是土壤養(yǎng)分本底值差異造成的結(jié)果，而各養(yǎng)分指標(biāo)符合正態(tài)分布類型，則表明其可運用地統(tǒng)計學(xué)方法進行養(yǎng)分差異原因的進一步探索。

2.2 膠園土壤速效養(yǎng)分氮、磷、鉀的空間結(jié)構(gòu)分析

應(yīng)用地統(tǒng)計方法，對采用網(wǎng)格法結(jié)合GPS定位技術(shù)采集的橡膠園土壤樣品的速效磷和速效鉀進行了空間變異分析（表2、3）。由表2可以看出，膠園土壤速效磷和速效鉀的各向同性半方差函數(shù)理論模型均為球形，預(yù)測誤差均值接近于0，均方根預(yù)測誤差與平均標(biāo)準(zhǔn)誤差最接近，標(biāo)準(zhǔn)均方根預(yù)測誤差接近于1，表明橡膠園各土層速效磷和速效鉀空間變異結(jié)構(gòu)的半方差函數(shù)模型建立結(jié)果良好。

由表3 可知，土壤速效氮、速效磷和速效鉀含量的變程，也即最大相關(guān)距離分別為6 938.8、18 040.8、6 938.8 m，即在兩土層速效養(yǎng)分觀測值對應(yīng)的最大相關(guān)距離內(nèi)，各觀測值之間存在空間相關(guān)性，反之，各觀測值之間相互獨立。土壤養(yǎng)分指標(biāo)半方差函數(shù)的塊金值與基臺值之比反映了養(yǎng)分指標(biāo)的空間變異性程度和空間變異來源，土壤速效氮和速效磷含量的塊金值與基臺值之比分別為75.59%和84.39%，表明速效氮和速效磷的空間相關(guān)性較弱，主要受施肥管理等隨機因素影響其空間分布特征，而土壤速效鉀的塊金值與基臺值之比為55.38%，表明其空間相關(guān)性中等，空間分布受自然因素和隨機因素共同影響。

2.3 膠園土壤速效養(yǎng)分氮、磷、鉀的空間分布特征

根據(jù)GS+ version 9中各養(yǎng)分指標(biāo)的半方差函數(shù)擬合參數(shù)，在ARCMAP 9.3的地統(tǒng)計學(xué)模塊中進行Kriging插值、等級分類等，獲得膠園速效氮、速效磷和速效鉀含量的等級分布圖（圖1）。圖1表明，保亭縣膠園土壤速效氮整體水平較低，主要為第四和第五等級，其中第四等級占49.89%，第五等級占50.096%。保亭縣膠園土壤速效磷含量以北部最高，主要為第三等級，中部為第四等級和第五等級交叉分布，南部主要為第四等級。保亭縣膠園土壤速效磷含量整體水平為中偏低，61.58%為中下水平的第四等級，26.83%為低水平的第五等級。保亭縣膠園速效鉀含量南部較高，主要為第四等級，中部主要為第五等級，北部為第五等級和第六等級交叉分布，以第五等級為主。速效鉀整體水平較低，75.04%為低水平第五等級，12.38%為極低水平的第六等級（表4）。

3 結(jié)論與討論

研究表明，基于GIS和地統(tǒng)計學(xué)方法能夠很好地研究和反映土壤養(yǎng)分的空間變異規(guī)律[10]。本研究表明，土壤速效氮和鉀含量中等程度變異，變異系數(shù)分別為48.45%和48.35%，但速效磷含量強變異，變異系數(shù)為125.98%，各指標(biāo)均屬對數(shù)正態(tài)分布。在一定的范圍內(nèi)，3種養(yǎng)分要素均存在空間相關(guān)性，速效氮和速效磷的空間相關(guān)性較弱，主要受施肥管理等隨機因素影響其空間分布特征，而土壤速效鉀的空間相關(guān)性中等，空間分布受自然因素和隨機因素共同影響。土壤速效氮、速效磷和速效鉀含量的相關(guān)距離變化范圍分別為6 938.8、18 040.8、6 938.8 m。一般情況，土壤養(yǎng)分的空間變異特性主要受自然因素和隨機因素驅(qū)動，自然因素主要包括地形地貌和成土母質(zhì)等，隨機因素主要是施肥管理等人為因素，其中，土壤養(yǎng)分含量的均衡化發(fā)展主要受人為因素影響 [2，11-12]。本研究表明，保亭縣橡膠園土壤速效磷和速效氮的空間變異主要受人為因素影響，速效鉀受人為因素和自然因素的共同影響，人為因素對膠園土壤速效氮、磷和鉀含量空間變異的影響程度為速效磷>速效氮>速效鉀。

根據(jù)各養(yǎng)分指標(biāo)的半方差函數(shù)擬合參數(shù)，利用Kriging插值法進行內(nèi)插，并結(jié)合養(yǎng)分的分級標(biāo)準(zhǔn)對內(nèi)插結(jié)果進行分級，所得的空間變異圖能很好地反映土壤養(yǎng)分的空間變異特征和豐缺狀況[2]。本研究表明，保亭縣膠園土壤速效氮整體水平較低，主要為第四和第五等級；速效磷含量整體水平為中偏低，主要為中下水平的第四等級，其中北部最高，主要為第三等級，中部為第四等級和第五等級交叉分布，南部主要為第四等級。保亭縣膠園速效鉀含量整體水平較低，以第五等級為主，其中南部較高，中北部低。

總體可以看出，保亭縣橡膠園當(dāng)前土壤速效氮、速效磷和速效鉀空間結(jié)構(gòu)特征明顯，但整體水平普遍較低，因此，有必要針對當(dāng)前膠園土壤的養(yǎng)分狀況制定合適的宏觀土壤分區(qū)管理措施，以達到培肥膠園土壤和增加天然橡膠產(chǎn)量的目的。

參考文獻

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3 結(jié)論與討論

研究表明，基于GIS和地統(tǒng)計學(xué)方法能夠很好地研究和反映土壤養(yǎng)分的空間變異規(guī)律[10]。本研究表明，土壤速效氮和鉀含量中等程度變異，變異系數(shù)分別為48.45%和48.35%，但速效磷含量強變異，變異系數(shù)為125.98%，各指標(biāo)均屬對數(shù)正態(tài)分布。在一定的范圍內(nèi)，3種養(yǎng)分要素均存在空間相關(guān)性，速效氮和速效磷的空間相關(guān)性較弱，主要受施肥管理等隨機因素影響其空間分布特征，而土壤速效鉀的空間相關(guān)性中等，空間分布受自然因素和隨機因素共同影響。土壤速效氮、速效磷和速效鉀含量的相關(guān)距離變化范圍分別為6 938.8、18 040.8、6 938.8 m。一般情況，土壤養(yǎng)分的空間變異特性主要受自然因素和隨機因素驅(qū)動，自然因素主要包括地形地貌和成土母質(zhì)等，隨機因素主要是施肥管理等人為因素，其中，土壤養(yǎng)分含量的均衡化發(fā)展主要受人為因素影響 [2，11-12]。本研究表明，保亭縣橡膠園土壤速效磷和速效氮的空間變異主要受人為因素影響，速效鉀受人為因素和自然因素的共同影響，人為因素對膠園土壤速效氮、磷和鉀含量空間變異的影響程度為速效磷>速效氮>速效鉀。

根據(jù)各養(yǎng)分指標(biāo)的半方差函數(shù)擬合參數(shù)，利用Kriging插值法進行內(nèi)插，并結(jié)合養(yǎng)分的分級標(biāo)準(zhǔn)對內(nèi)插結(jié)果進行分級，所得的空間變異圖能很好地反映土壤養(yǎng)分的空間變異特征和豐缺狀況[2]。本研究表明，保亭縣膠園土壤速效氮整體水平較低，主要為第四和第五等級；速效磷含量整體水平為中偏低，主要為中下水平的第四等級，其中北部最高，主要為第三等級，中部為第四等級和第五等級交叉分布，南部主要為第四等級。保亭縣膠園速效鉀含量整體水平較低，以第五等級為主，其中南部較高，中北部低。

總體可以看出，保亭縣橡膠園當(dāng)前土壤速效氮、速效磷和速效鉀空間結(jié)構(gòu)特征明顯，但整體水平普遍較低，因此，有必要針對當(dāng)前膠園土壤的養(yǎng)分狀況制定合適的宏觀土壤分區(qū)管理措施，以達到培肥膠園土壤和增加天然橡膠產(chǎn)量的目的。

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3 結(jié)論與討論

研究表明，基于GIS和地統(tǒng)計學(xué)方法能夠很好地研究和反映土壤養(yǎng)分的空間變異規(guī)律[10]。本研究表明，土壤速效氮和鉀含量中等程度變異，變異系數(shù)分別為48.45%和48.35%，但速效磷含量強變異，變異系數(shù)為125.98%，各指標(biāo)均屬對數(shù)正態(tài)分布。在一定的范圍內(nèi)，3種養(yǎng)分要素均存在空間相關(guān)性，速效氮和速效磷的空間相關(guān)性較弱，主要受施肥管理等隨機因素影響其空間分布特征，而土壤速效鉀的空間相關(guān)性中等，空間分布受自然因素和隨機因素共同影響。土壤速效氮、速效磷和速效鉀含量的相關(guān)距離變化范圍分別為6 938.8、18 040.8、6 938.8 m。一般情況，土壤養(yǎng)分的空間變異特性主要受自然因素和隨機因素驅(qū)動，自然因素主要包括地形地貌和成土母質(zhì)等，隨機因素主要是施肥管理等人為因素，其中，土壤養(yǎng)分含量的均衡化發(fā)展主要受人為因素影響 [2，11-12]。本研究表明，保亭縣橡膠園土壤速效磷和速效氮的空間變異主要受人為因素影響，速效鉀受人為因素和自然因素的共同影響，人為因素對膠園土壤速效氮、磷和鉀含量空間變異的影響程度為速效磷>速效氮>速效鉀。

根據(jù)各養(yǎng)分指標(biāo)的半方差函數(shù)擬合參數(shù)，利用Kriging插值法進行內(nèi)插，并結(jié)合養(yǎng)分的分級標(biāo)準(zhǔn)對內(nèi)插結(jié)果進行分級，所得的空間變異圖能很好地反映土壤養(yǎng)分的空間變異特征和豐缺狀況[2]。本研究表明，保亭縣膠園土壤速效氮整體水平較低，主要為第四和第五等級；速效磷含量整體水平為中偏低，主要為中下水平的第四等級，其中北部最高，主要為第三等級，中部為第四等級和第五等級交叉分布，南部主要為第四等級。保亭縣膠園速效鉀含量整體水平較低，以第五等級為主，其中南部較高，中北部低。

總體可以看出，保亭縣橡膠園當(dāng)前土壤速效氮、速效磷和速效鉀空間結(jié)構(gòu)特征明顯，但整體水平普遍較低，因此，有必要針對當(dāng)前膠園土壤的養(yǎng)分狀況制定合適的宏觀土壤分區(qū)管理措施，以達到培肥膠園土壤和增加天然橡膠產(chǎn)量的目的。

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