蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)空間變異特征分析

王 晶,楊聯(lián)安*,楊煜岑,馮武煥,于世鋒,呂 爽,張 彬,4

1.西北大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院,陜西 西安 710127

2.西安市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心,陜西 西安 7100613

3.西安市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢驗(yàn)監(jiān)測中心,陜西 西安 710077

4.內(nèi)江師范學(xué)院 地理與資源科學(xué)學(xué)院,四川 內(nèi)江 641100

蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)空間變異特征分析

王 晶1,楊聯(lián)安1*,楊煜岑1,馮武煥2,于世鋒3,呂 爽2,張 彬1,4

1.西北大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院,陜西 西安 710127

2.西安市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心,陜西 西安 7100613

3.西安市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢驗(yàn)監(jiān)測中心,陜西 西安 710077

4.內(nèi)江師范學(xué)院 地理與資源科學(xué)學(xué)院,四川 內(nèi)江 641100

本文以西安市集中蔬菜種植區(qū)為例，采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，對369份土壤樣品有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行空間變異分析、空間豐缺水平評價(jià)，并利用方差分析和相關(guān)性分析深入研究土壤性質(zhì)對有機(jī)質(zhì)含量的影響。結(jié)果表明，蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)的最適變異函數(shù)是指數(shù)模型，其塊金效應(yīng)為50.0%，在2661 m范圍內(nèi)具有中等空間相關(guān)性，有機(jī)質(zhì)空間變異性在東南-西北方向上最明顯；蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量處于中等偏低的水平，臨潼區(qū)和高陵區(qū)交界處、周至縣和鄠邑區(qū)交界處周圍土壤有機(jī)質(zhì)含量低于15 g/kg，有機(jī)質(zhì)含量隨土壤顆粒的變細(xì)呈增大的趨勢，同時(shí)，褐土有機(jī)質(zhì)含量最高，新積土有機(jī)質(zhì)含量最低。土壤有機(jī)質(zhì)與種植年限、pH值呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。研究結(jié)果可為蔬菜種植相關(guān)部門提供決策依據(jù)。

土壤有機(jī)質(zhì);空間變異;地統(tǒng)計(jì)學(xué);蔬菜

土壤有機(jī)質(zhì)既是植物礦質(zhì)及有機(jī)營養(yǎng)的源泉，又是形成土壤結(jié)構(gòu)體的重要因素，其含量高低直接影響土壤的保肥性、保水性、可耕性和通氣性，是反映土壤質(zhì)量、土壤健康的一個(gè)重要指標(biāo)[1-3]。蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量直接影響土壤肥力及蔬菜產(chǎn)量、品質(zhì)。此外，蔬菜生長期短、產(chǎn)量高、養(yǎng)分需求量大、復(fù)種指數(shù)高、肥料投入量大，所以土壤有機(jī)質(zhì)空間變異明顯區(qū)別于其他大田土壤[4]。因此，掌握蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)空間變異規(guī)律、空間分布特征及土壤性質(zhì)對其影響，對于改善土壤質(zhì)量和提高作物生產(chǎn)力等方面起著重要作用。20世紀(jì)70年代，國外學(xué)者將地統(tǒng)計(jì)學(xué)與地理信息系統(tǒng)（Geographic information system，簡稱GIS）相結(jié)合并引入土壤空間變異分析，國內(nèi)外學(xué)者對GIS和地統(tǒng)計(jì)學(xué)在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用做了大量研究，集中于研究土壤養(yǎng)分空間變異研究、地統(tǒng)計(jì)插值方法比較以及土壤適應(yīng)性評價(jià)等。XU Ling-fei等[4]統(tǒng)計(jì)分析果園土壤有機(jī)質(zhì)和其他養(yǎng)分元素含量及其空間變異規(guī)律，張彬[5]等將改進(jìn)TOPSIS和COK技術(shù)運(yùn)用到土壤養(yǎng)分綜合空間變異規(guī)律研究中。石小華等[6]對常用的插值方法進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)克里格插值方法明顯優(yōu)于其他方法。N.Walke等[7]基于GIS技術(shù)提出采用多準(zhǔn)則疊加法對棉花種植區(qū)土壤進(jìn)行適宜性評價(jià)。Yang Gao等[8]通過研究土壤酶行為的復(fù)雜性表明，遺傳分析、生物標(biāo)志物結(jié)合地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法可準(zhǔn)確評價(jià)土壤質(zhì)量。

土壤有機(jī)質(zhì)含量分布受到自然和人為等多種因素作用[9]。土壤有機(jī)質(zhì)含量受氣候、海拔、坡度、土壤質(zhì)地等自然要素影響[10]，如Dai和Huang[11]研究發(fā)現(xiàn)溫度、降雨量及海拔是影響土壤有機(jī)質(zhì)含量的關(guān)鍵因子；李婷等[10]探討了土壤有機(jī)質(zhì)含量主要受土壤質(zhì)地、海拔高度和坡度等因素影響。同時(shí)，人為因素對有機(jī)質(zhì)空間變異也有重要作用，例如：土地利用方式、耕地施肥、種植方式[12]。趙明松等[13]分析表明江蘇省土壤有機(jī)質(zhì)含量的時(shí)空變異主要受農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理措施、土地利用變化等因素顯著影響。前人的研究多集中于耕地土壤，而對蔬菜區(qū)土壤研究較少，本文則結(jié)合自然因素下的土壤類型、土壤質(zhì)地、pH值，和人為因素下的種植方式、種植年限來研究土壤性質(zhì)對有機(jī)質(zhì)空間變異的影響。

在前人研究基礎(chǔ)上，以西安市蔬菜集中種植區(qū)（以下稱“蔬菜區(qū)”）為例，對蔬菜區(qū)2014年369個(gè)土壤采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，利用GS+7.0軟件對土壤有機(jī)質(zhì)進(jìn)行空間變異特征分析，利用ArcGis10.3地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和克里金插值法分析土壤有機(jī)質(zhì)空間分布，并結(jié)合SPSS軟件研究土壤有機(jī)質(zhì)與土壤類型、土壤質(zhì)地、種植方式、種植年限、pH值等之間的關(guān)系，為蔬菜區(qū)提升土壤質(zhì)量、改善土壤肥力提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究材料

1.1 研究區(qū)概況

西安市位于黃河流域中部關(guān)中盆地，東經(jīng) 107°40′～109°49′和北緯 33°42′～34°45′之間。轄境東西長約204 km，南北寬約116 km，面積10108 km2，屬暖溫帶半濕潤大陸季風(fēng)氣候，冷暖干濕，四季分明，年平均氣溫13.0℃～13.7℃，年降水量522.4 mm～719.5 mm，由北向南遞增。7月、9月為兩個(gè)明顯降水高峰月。年日照時(shí)數(shù)1646.1 h～2114.9 h。蔬菜區(qū)主要分布于該市東北部和中部，東北部蔬菜區(qū)包括灞橋區(qū)、高陵區(qū)、臨潼區(qū)、閻良區(qū)的部分村鎮(zhèn)。中部蔬菜區(qū)包括長安區(qū)、戶縣、周至縣的部分村鎮(zhèn)。研究區(qū)由于氣候與地形等因素的作用形成以潮土、褐土、黃綿土、塿土、水稻土、新積土為主的六種土壤類型，土壤類型分布圖如1。研究區(qū)所屬黃土高原區(qū)，土壤含砂量較大，根據(jù)土壤普查研究區(qū)分布有粉砂質(zhì)黏壤土、輕壤、壤土、砂壤、中壤、重壤。在長期的耕作中，人們主要的種植方式有溫室大棚種植、露地種植。溫室大棚種植的蔬菜主要包括：西紅柿、黃瓜、辣椒，露地種植則包括：青菜、白菜、菠菜、蒜苗等。

圖1 研究區(qū)土壤類型Fig.1 Soil types in the study area

2 研究方法

2.1 土壤樣品采集、測定與資料收集

以西安市蔬菜區(qū)集中分布區(qū)作為實(shí)驗(yàn)蔬菜區(qū)，為了提高估值精度，充分考慮不同土壤類型和地形特點(diǎn)，均勻布設(shè)采樣點(diǎn)（圖2）。采用全球定位系統(tǒng)（Global position system，簡稱GPS）對采樣點(diǎn)定位，記錄其經(jīng)緯度位置，所有樣點(diǎn)采集遵循“等量”、“隨機(jī)”、“多點(diǎn)混合”的原則，樣地內(nèi)采取5點(diǎn)重復(fù)，各點(diǎn)間隔20 m，充分混合后四分法取土1 kg，于2014年10月共采取土樣369份。在土壤樣品自然風(fēng)干、過篩后，采用重鉻酸鉀容量法(油浴加熱)測定土壤有機(jī)質(zhì)，pH值采用電位計(jì)法測定[14]。土壤類型、土壤質(zhì)地、種植方式、種植年限等由西安市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心提供。

圖2 蔬菜區(qū)土壤采樣點(diǎn)分布圖Fig.2 Distribution map of soil samples in the vegetable field

2.2 數(shù)據(jù)處理

采用GS+和SPSS軟件對研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)的空間變異進(jìn)行研究。對原始數(shù)據(jù)運(yùn)用3倍標(biāo)準(zhǔn)差法剔除異常值，分別用最大最小值替代異常值，進(jìn)行K-S正態(tài)分布檢驗(yàn)，對于非正態(tài)分布的變量要經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換使數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，計(jì)算研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)的最大值、最小值、均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)等，利用ArcGis10.3趨勢分析探討土壤有機(jī)質(zhì)的趨勢特征。以半變異函數(shù)決定系數(shù)（R2）接近1，殘差（RSS）盡可能小的原則建立半變異函數(shù)模型，獲取變異函數(shù)的塊金值、基臺值、變程、塊金效應(yīng)值等特征參數(shù)，及其各向異性，由此分析出土壤有機(jī)質(zhì)空間變異特征。利用ArcGis10.3中的地統(tǒng)計(jì)模塊預(yù)測土壤有機(jī)質(zhì)，并繪制了有機(jī)質(zhì)空間分布圖，進(jìn)行空間分析。最后，在SPSS軟件中通過方差分析和相關(guān)分析研究土壤性質(zhì)對土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響。

3 結(jié)果與分析

3.1 蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)描述性統(tǒng)計(jì)與趨勢分析

利用SPSS軟件對經(jīng)去異的土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。土壤有機(jī)質(zhì)半方差分析的前提是：數(shù)據(jù)必須符合正態(tài)分布，否則會(huì)出現(xiàn)比例效應(yīng)[15]。利用SPSS軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行K-S正態(tài)分布檢驗(yàn)，表明土壤有機(jī)質(zhì)含量符合正態(tài)分布。

表1 蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量的統(tǒng)計(jì)特征值Table 1 Statistical characteristic values of soil organic matter in the vegetable field

空間變異的變異系數(shù)是指數(shù)據(jù)空間變異的大小，變異系數(shù)越大，表明它在空間上的分布不均勻，受到外界的影響程度越高，也就是說隨機(jī)性越強(qiáng)。一般認(rèn)為，當(dāng)變異系數(shù)≤10%時(shí)，為弱變異；10%<變異系數(shù)<100%時(shí)，表示中等變異；變異系數(shù)≥100%時(shí)，表示強(qiáng)變異[16]。表1表明，有機(jī)質(zhì)變異系數(shù)為31.69%，屬于中等變異。

趨勢分析是在三維視圖下進(jìn)行的探索空間數(shù)據(jù)，該方法將采樣點(diǎn)分布在X、Y平面上，在每個(gè)采樣點(diǎn)上，以一個(gè)平行于Z軸的線段表示采樣點(diǎn)的值。將采樣點(diǎn)的值分別投影到X、Z平面和Y、Z平面上形成散點(diǎn)圖。通過這些散點(diǎn)可以做出一條最佳擬合線，并用它來模擬特定方向上的某種趨勢，若散點(diǎn)圖投影的擬合曲線是平的，則稱為0階效應(yīng)，表明空間數(shù)據(jù)沒有趨勢特征；若散點(diǎn)圖投影的擬合曲線是傾斜直線，則稱為一階效應(yīng)；若散點(diǎn)圖投影的擬合曲線為“U”型線時(shí)，稱為二階效應(yīng)[17]。蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)趨勢分析結(jié)果如圖3。

圖3 蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)空間趨勢圖（單位：g/kg）Fig.3 Spatial trends of soil organic matter in the vegetable field（Unit:g/kg）

圖3 中，X軸表示正東方向，Y軸表示正北方向，Z軸表示各采樣點(diǎn)土壤有機(jī)質(zhì)實(shí)測值得的大小。投影到X、Z平面的曲線表示東-西向的全局性趨勢效應(yīng)變化，投影到Y(jié)、Z平面的曲線表示的是南-北方向全局性的趨勢效應(yīng)變化。由圖3表明，在東-西方向上土壤有機(jī)質(zhì)含量變化較大，中間凸出，兩邊凹下，呈明顯倒“U”型趨勢，表示其含量分布自東向西具有“低-高-低”的特征。在南-北方向上土壤有機(jī)質(zhì)含量變化顯著，呈“U”型趨勢，表示其含量由北向南有機(jī)質(zhì)含量先降低后增高。在兩個(gè)方向上土壤有機(jī)質(zhì)都具有二階效應(yīng)，它會(huì)對半變異函數(shù)的計(jì)算和空間插值產(chǎn)生影響，因此需在分析中去除趨勢效應(yīng)影響。

3.2 蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)空間變異分析

采用GS+7.0軟件對滿足正態(tài)分布的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)建立半變異函數(shù)模型，通過調(diào)節(jié)不同模型參數(shù)對比模型的決定系數(shù)和殘差[18]，因?yàn)闆Q定系數(shù)是回歸平方和占總平方和的比值，它直接能夠反映變異函數(shù)理論模型與有效樣本擬合程度的高低，所以，在決定系數(shù)均可能大的基礎(chǔ)上，選擇殘差盡可能小得模型為最優(yōu)模型，進(jìn)而得到土壤有機(jī)質(zhì)半變異函數(shù)圖和半變異函數(shù)理論模型的參數(shù)，如表2、圖4所示。

表2 蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量的半方差函數(shù)及參數(shù)Table 2 Semi variance function and parameters of soil organic matter in the vegetable field

圖4 蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)各向同性半方差函數(shù)Fig.4 Isotropic semi variance of soil organic matter in the vegetable field

塊金值表示土壤特性受人為干擾隨機(jī)性因素引起的變異，蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)塊金值為23.09，表明在采樣的過程中存在人為因素引起的隨機(jī)變異。土壤有機(jī)質(zhì)的最優(yōu)模型是指數(shù)模型，土壤有機(jī)質(zhì)模擬情況較好，決定系數(shù)在0.6以上，且塊金值和殘差都較小，表明理論擬合模型能夠較好的反映土壤有機(jī)質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)特征?；_值表示土壤特性的總變異，包括結(jié)構(gòu)性變異和隨機(jī)性變異。塊金效應(yīng)即塊金值與基臺值的比值，用它來反映土壤有機(jī)質(zhì)的空間依賴性，塊金效應(yīng)值越高，空間依賴性越弱，反之，塊金效應(yīng)越低，空間依賴性越強(qiáng)。較強(qiáng)的空間依賴性是由母質(zhì)、地形等決定的[19]。由表2可知：有機(jī)質(zhì)塊金效應(yīng)為50.0%，介于25%～75%之間，具有中等空間依賴性，表明研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)空間變異的影響因素既包括結(jié)構(gòu)性因素也包括隨機(jī)性因素。變程表示土壤有機(jī)質(zhì)空間自相關(guān)范圍[20]。由表2可得，有機(jī)質(zhì)的變程距離為2661 m，表明蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)在此范圍內(nèi)分布連續(xù)，存在空間自相關(guān)。

由于蔬菜區(qū)土壤長期受到自然和人為的共同作用，土壤有機(jī)質(zhì)的分布具有明顯的方向異性和趨勢特征，為了更加全面的研究土壤有機(jī)質(zhì)空間變異特征，利用GS+7.0軟件繪制0°、45°、90°、135°方向上的半變異函數(shù)，進(jìn)一步分析空間變異的各向異性。從圖5中可以看出，土壤有機(jī)質(zhì)在東西0°方向、南北90°方向和東北-西南45°方向上的變異較小，而在東南-西北135°方向上的變異較為明顯。在0°和90°方向上，當(dāng)步長小于45 m時(shí)有機(jī)質(zhì)隨步長的變異程度大致相似，表現(xiàn)為各向同性，但當(dāng)步長大于45 m時(shí)，0°方向上半方差值呈先降低后上升的趨勢，在45°方向上半差值呈降低趨勢；在90°方向上有機(jī)質(zhì)整體趨勢與步長變異一致，具有同向性；135°方向上當(dāng)步長大于382.4 m時(shí)出現(xiàn)快速的上升趨勢。

圖5 蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)各向異性變異函數(shù)Fig.5 Anisotropic semi variance of soil organic matter in the vegetable field

3.3 土壤有機(jī)質(zhì)空間分布格局

采用ArcGis10.3中Geostatistics analysis模塊的普通克里格方法進(jìn)行半變異函數(shù)擬合，得到蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量空間分布圖。由于蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量比較集中，如果采用全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)會(huì)造成分級受限，以致數(shù)據(jù)分析不夠深入，因此采用在全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)[21]上進(jìn)行再分類的分級方法，利用ArcGis10.3軟件計(jì)算蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)占蔬菜區(qū)總面積的百分比和累計(jì)百分比，結(jié)果如圖6和表3所示。

圖6和表3表明，研究區(qū)蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量空間差異明顯，整體上土壤有機(jī)質(zhì)含量處于中等偏低的水平。有機(jī)質(zhì)含量低于20 g/kg的占總面積的83.39%，屬于國家土壤有機(jī)質(zhì)含量等級標(biāo)準(zhǔn)第四級，其中，臨潼區(qū)和高陵區(qū)交界處、周至縣和鄠邑區(qū)交界處周圍有機(jī)質(zhì)含量低于15 g/kg，這些區(qū)域要重點(diǎn)提高有機(jī)質(zhì)含量。處于國家第三級（20～30 g/kg）的土壤占研究區(qū)總面積的16.61%，主要分布于長安區(qū)中部和西部、灞橋區(qū)北部以及閻良區(qū)東北和西北部的小范圍區(qū)域。蔬菜區(qū)土壤分級的分界線走向基本呈東北-西南走向，因此，有機(jī)質(zhì)空間變異在西北-東南方向（135°）較為明顯，這與上文各向異性分析結(jié)果一致。

圖6 蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量空間分布圖Fig.6 Spatial distribution map of the soil organic matter in the vegetable field

表3 蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)等級面積比例統(tǒng)計(jì)表（單位：g/kg）Table 3 Statistics area ratio for different soil organic matter grade in the vegetable field（Unit:g/kg）

3.4 土壤性質(zhì)對蔬菜區(qū)有機(jī)質(zhì)含量的影響

3.4.1 土壤性質(zhì)對蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響 為掌握影響土壤有機(jī)質(zhì)含量水平的因子，有效指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，對研究區(qū)土壤類型、土壤質(zhì)地、種植類型等概念型指標(biāo)進(jìn)行單因素方差分析，同時(shí)對種植年限、pH值因素進(jìn)行相關(guān)性分析。土壤類型、土壤質(zhì)地、種植類型與蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量的方差分析(F檢驗(yàn))結(jié)果如表4。結(jié)果表明：不同的土壤類型、土壤質(zhì)地間的土壤有機(jī)質(zhì)含量存在顯著差異(P<0.01)。土壤質(zhì)地有機(jī)質(zhì)含量的影響達(dá)到極顯著(P<0.001)，土壤類型的影響次之，達(dá)到了顯著(P<0.01)，而種植方式對其含量影響不顯著。F值為組間均方與組內(nèi)均方的比值，表示不同分組間樣本均數(shù)的差別，其值越大表明不同分組間的差異越明顯。對蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量變異有顯著影響的因子中，土壤類型F值相對于土壤質(zhì)地較低，表明土壤質(zhì)地組間差異對土壤有機(jī)質(zhì)變異影響存在的差異性較大。相關(guān)性分析結(jié)果表明：蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量與種植年限、pH值之間都具有顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P<0.01）。相關(guān)性由大到小依次為種植年限、PH值，相關(guān)系數(shù)分別-0.234、-0.198，即隨著種植年限的增加，蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量降低；有機(jī)質(zhì)含量與pH值此高彼低。

表4 蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)各影響因子方差分析結(jié)果Table 4 Variance analysis for soil organic matter at different impact factors in the vegetable field

3.4.2 土壤質(zhì)地對土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響 表5為蔬菜區(qū)不同土壤質(zhì)地下土壤有機(jī)質(zhì)含量的分析結(jié)果，由表5可得，蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量在不同土壤質(zhì)地下由大到小依次為：粉砂質(zhì)黏壤土、中壤、輕壤、壤土、重壤、砂壤。粉砂質(zhì)黏壤土有機(jī)質(zhì)含量最多，砂壤中有機(jī)質(zhì)含量最少，土壤有機(jī)質(zhì)大致隨土壤顆粒的變細(xì)呈增大的趨勢，與趙明松等[22]研究結(jié)果一致。這主要是因?yàn)樯百|(zhì)土壤通氣和透水性良好，好養(yǎng)微生物活動(dòng)十分活躍，其進(jìn)行好氣分解的速度快，分解完全，中間產(chǎn)物很少積累，因此不利于土壤有機(jī)質(zhì)的積累。而黏質(zhì)土壤與之相反，利于土壤有機(jī)質(zhì)的積累。另一方面，土壤中的黏粒物質(zhì)可與有機(jī)物質(zhì)結(jié)合形成有機(jī)-無機(jī)復(fù)合體，吸附穩(wěn)定土壤有機(jī)質(zhì)，降低有機(jī)質(zhì)礦化速度，促進(jìn)有機(jī)質(zhì)積累，而砂質(zhì)土壤缺少有機(jī)-無機(jī)復(fù)合體，所以不利于土壤有機(jī)質(zhì)積累[23]。

表5 蔬菜區(qū)不同土壤質(zhì)地下土壤有機(jī)質(zhì)含量（單位：g/kg）Table 5 Soil organic matter content at different soil texture in the vegetable field（Unit:g/kg）

3.4.3 土壤類型對土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響 表6為蔬菜區(qū)不同土壤類型下土壤有機(jī)質(zhì)含量的分析結(jié)果，由表6可得，蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量在不同土壤性質(zhì)下由大到小依次為：褐土、黃綿土、水稻土、塿土、潮土、新積土。這與土壤成土過程有關(guān)，褐土有機(jī)質(zhì)含量高，營養(yǎng)元素較豐富，新積土為新近沖積、洪積、坡積、塌積、海潮沉積或人工堆墊而成的土壤，成土?xí)r間短，沒有剖面發(fā)育，故新積土平均有機(jī)質(zhì)含量最少。表7可以發(fā)現(xiàn)，潮土變異系數(shù)最大，高達(dá)37.481%，這主要是由于潮土的地下水埋藏較淺，水分條件好，這種土壤較早被開墾，農(nóng)業(yè)歷史比較久遠(yuǎn)，受到人為影響較大。

表6 蔬菜區(qū)不同土壤類型下土壤有機(jī)質(zhì)含量（單位：g/kg）Table 6 Soil organic matter content at different soil type in the vegetable field（Unit:g/kg）

4 討論

土壤有機(jī)質(zhì)空間變異、豐缺水平研究結(jié)果與趙業(yè)婷[24]、方瑞紅[25]、研究結(jié)果一致。與呂爽[26]研究對比發(fā)現(xiàn)，西安市菜田土壤有機(jī)質(zhì)含量雖然呈現(xiàn)上升趨勢，但是整體仍處于中等偏低水平，這是由于提高土壤有機(jī)質(zhì)含量是個(gè)長期的過程。土壤類型對土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響，與在趙明松[13]和蔣威[27]的研究結(jié)果一致。種植年限對有機(jī)質(zhì)含量的影響，與袁兆華[28]、楊建峰[29]、李香蘭[30]等研究結(jié)果一致，這主要是由于人為長期種植蔬菜改善土壤通氣性，使得土壤有機(jī)質(zhì)分解速度加快，微生物更加活躍，此外，長期有機(jī)肥施用不足和土壤高強(qiáng)度利用也加劇蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量減少。有機(jī)質(zhì)與pH值呈顯著負(fù)相關(guān)與楊世琦[31]、鄭玉龍[32]的研究結(jié)果一致。因此，在提高蔬菜區(qū)有機(jī)質(zhì)含量的同時(shí)要注重調(diào)節(jié)土壤pH值，防止土壤酸化，可采取推行施用生理堿性肥料、施用石灰、爐渣等堿性土壤改良劑等方法。

5 結(jié)論

以西安市集中蔬菜區(qū)369份土壤樣本數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)進(jìn)行空間變異分析和空間格局分析，并用方差分析和相關(guān)性分析研究土壤性質(zhì)對土壤有機(jī)質(zhì)空間變異的影響。西安市蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)表現(xiàn)出以下特征：

（1）蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量符合正態(tài)分布，有機(jī)質(zhì)變異系數(shù)為31.69%，屬于中等變異程度。趨勢分析表明有機(jī)質(zhì)含量具有二階效應(yīng)：自東向西具有“低-高-低”的特征，由北向南有機(jī)質(zhì)含量具有先降低后增高的特點(diǎn)；

（2）蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)的塊金效應(yīng)為50.0%，具有中等空間依賴性，表明研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)空間變異受結(jié)構(gòu)性因素和隨機(jī)性因素共同影響。指數(shù)模型是有機(jī)質(zhì)空間變異最適模型。在0°、45°、90°方向上，土壤有機(jī)質(zhì)變異較小且具有相似性，而在東南-西北135°方向上的變異較為明顯；

（3）土壤質(zhì)地和土壤類型對有機(jī)質(zhì)含量具有顯著影響，土壤有機(jī)質(zhì)與種植年限、pH值呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01）關(guān)系。有機(jī)質(zhì)含量受土壤質(zhì)地極顯著影響，組間差異性較大，蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量隨土壤顆粒的變細(xì)呈增大的趨勢。土壤類型對有機(jī)質(zhì)含量的影響主要與土壤成土過程、成土環(huán)境有關(guān)。

（4）根據(jù)全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)分類：土壤有機(jī)質(zhì)含量總體處于中等偏低的水平。屬于國家標(biāo)準(zhǔn)第四級（10～20 g/kg）的占研究區(qū)總面積的83.39%，處于第三級（20～30 g/kg）的占研究區(qū)總面積的16.61%。臨潼區(qū)和高陵區(qū)交界處、周至縣和鄠邑區(qū)交界處周圍有機(jī)質(zhì)含量低于15 g/kg，要重點(diǎn)提高有機(jī)質(zhì)含量。

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Spatial Variation Characteristics Analysisof Soil Organic Matter in the Vegetable Field

WANG Jing1,YANG Lian-an1*,YANGYu-cen1,FENG Wu-huan2,YU Shi-feng3,LV Shuang2,ZHANG Bin1,4
1.College of Urban and Environmental Sciences/Northwest University,Xi’an710127,China
2.Xi’an Agricultural Technology Extension Center,Xi’an710066,China
3.Xi'an Agricultural Product Quality Safety Inspection and Monitoring Center,Xi'an710077,China
4.School of Geography&Resource Science/Neijiang Normal University,Neijiang 641100,China

Taking the concentrated vegetable growing areas in Xi'an as an example,this paper took geostatistics to analyze the spatial variability and spatial abundance level in 369 soil samples and study the effect of soil properties on organic matter content with variance analysis and correlation analysis.The results showed that the optimal variation function of soil organic matter was exponential model with 50.0%nugget effect in vegetable fields,there was medium spatial correlation within the scope of 2661 m,and spatial variability of soil organic matter was most obvious in southeast-northwest.The soil organic matter content was at a lower-middle-level in vegetable fields,the content of soil organic matter was below 15 g/kg at the junction of Lintong and Gaoling,Zhouzhi and Huyi,where should take measures to increase the soil organic matter content.The content of soil organic matter increased with the decrease of soil particles.At the same time,the content of soil organic matter in cinnamon soils was the highest,and the lowest in the new soil.Soil organic matter content had significant negative correlation with the planting age and pH value.The results can provide decision-making basis for the relevant vegetable cultivation departments.

Soil organic matter;spatial variation;Geo-statistics;vegetable

S158.2

A

1000-2324(2017)04-0562-08

2017-03-27

2017-05-31

教育部人文社會(huì)科學(xué)研究規(guī)劃項(xiàng)目:基于地統(tǒng)計(jì)學(xué)和 GIS的土壤網(wǎng)格采樣技術(shù)研究(10YJA910010);陜西省農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目:果樹促生微生物菌肥及精準(zhǔn)化施肥技術(shù)研究(2011K02-11);西安市科技計(jì)劃農(nóng)業(yè)技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目:蔬菜產(chǎn)區(qū)環(huán)境評估和土壤調(diào)控修復(fù)技術(shù)(NC1402);西安市科技計(jì)劃農(nóng)業(yè)技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目:基于Android平臺的嵌入式獼猴桃施肥管理系統(tǒng)開發(fā)(NC150201)及西北大學(xué)“211工程”研究生自主創(chuàng)新項(xiàng)目(YZZ15013)

王 晶(1992-),女,碩士研究生,主要研究農(nóng)業(yè)資源利用.E-mail:751697930@qq.com

*通訊作者:Author for correspondence.E-mail:yanglianan@163.com