基于地統(tǒng)計學(xué)和GIS的江西省森林土壤養(yǎng)分空間分布特征

張志堅, 劉苑秋, 吳春生, 李曉東, 劉亮英, 李應(yīng)文

(1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院, 南昌 330045; 2.中國科學(xué)院華南植物園,廣州 510520； 3.宜春市林業(yè)科學(xué)研究所, 江西 宜春 336000)

土壤作為一種形態(tài)和演化過程都十分復(fù)雜的自然綜合體，在成土過程中，受到不同的氣候、物理、化學(xué)、生物、母質(zhì)、地形等因素的影響，使得土壤理化性質(zhì)具有高度的差異性，這種屬性稱為土壤特性的空間變異性[1]。已有研究表明，即使在土壤類型和質(zhì)地均相同的區(qū)域內(nèi)，同一時刻土壤特性在空間上也能產(chǎn)生明顯差異，而且，不論在大尺度上還是在小尺度上觀察，這種屬性均存在[2]。目前，有關(guān)土壤特征空間變異的研究在耕地、草地中體現(xiàn)較多，在森林生態(tài)系統(tǒng)中，大區(qū)域性的土壤空間變異研究相對缺乏。森林土壤是森林環(huán)境下形成的一種土壤資源，海拔、森林類型、土壤類型等都是影響森林土壤理化特性空間變異的主要因素[3-6]，森林土壤養(yǎng)分的空間分布特征直接影響到林地生產(chǎn)力的高低以及生態(tài)恢復(fù)的方向與途徑，因此，森林土壤理化特征分布狀況及地位具有其自身獨特性，對其空間異質(zhì)性的研究具有理論和現(xiàn)實的意義。

地統(tǒng)計學(xué)已被廣大學(xué)者作為空間分析的一項有用工具，是分析土壤空間特性和研究其變異規(guī)律的有效方法之一[7]。學(xué)者利用地統(tǒng)計學(xué)方法和GIS技術(shù)在土壤養(yǎng)分空間異質(zhì)性方面已經(jīng)做了許多工作，楊美玲等[8]對庫車縣耕層土壤養(yǎng)分的空間變異特征的研究表明：不同養(yǎng)分在空間分布上具有不同的變異特征，其變異來源主要為土壤類型、土壤質(zhì)地以及施肥等人為因素。董士偉等[9]對北京市大興區(qū)土壤養(yǎng)分進(jìn)行空間克里格插值，結(jié)果表明：大興區(qū)土壤養(yǎng)分含量氮>有機(jī)質(zhì)>鉀>磷，高值區(qū)主要分布于東北部，低值區(qū)主要產(chǎn)生在西南部和中部。孫梨萍等[10]研究陜西鎮(zhèn)安縣農(nóng)田土壤土壤養(yǎng)分的空間分布情況，結(jié)果表明：鎮(zhèn)安縣農(nóng)田土壤養(yǎng)分在空間上具有中間低、四周高的特點。相關(guān)研究集中在縣市級尺度的農(nóng)田土壤，大尺度采樣受跨度大、取樣量大、定位難等因素影響，森林土壤養(yǎng)分空間變異研究缺乏，因而大尺度上的森林土壤養(yǎng)分具有怎樣的空間變異特征？其空間分布格局如何？成為亟待研究的課題。

有關(guān)研究顯示，土壤母質(zhì)、土壤類型和土壤質(zhì)地等較大尺度的變化，對大范圍的森林格局具有決定性作用[11]，較大尺度上的土壤變異受到越來越廣泛的關(guān)注[12]。江西省擁有63.1%的森林覆蓋率，對江西省域大尺度范圍下森林土壤養(yǎng)分空間變異進(jìn)行研究，探索江西森林土壤養(yǎng)分的變異規(guī)律，能夠為大區(qū)域下的科學(xué)造林提供指導(dǎo)意見，是土地管理和現(xiàn)代林業(yè)經(jīng)營的重要依據(jù)，為可持續(xù)林業(yè)發(fā)展提供最基礎(chǔ)的資料，在生態(tài)文明建設(shè)中具有重要的意義。

1 研究區(qū)概況

江西省位于中國東南部，北緯24°29′14″—30°04′41″，東經(jīng)113°34′36″—118°28′58″。全省氣候溫暖，雨量充沛，全年平均氣溫18.9℃，日照時數(shù)1 686.3 h，降雨量1 438.1 mm；無霜期長，為亞熱帶濕潤氣候。江西省的地形地貌以丘陵、山地為主；盆地、谷地廣布。其中，山地大多分布于省境邊緣，成為江西與鄰省的界山和分水嶺，山脈走向以東北—西南向為主體，控制著省內(nèi)主要水系和盆地的發(fā)育；丘陵大多分布于贛中贛南地區(qū)。江西土壤資源豐富，包括紅壤、黃壤、山地黃棕壤、山地草甸土、紫色土、潮土、石灰土、水稻土八個土類。其中，紅壤和黃壤成為江西分布最廣、面積最大的地帶性土壤，是江西最重要的土壤資源。根據(jù)江西省森林資源調(diào)查資料的分類及森林經(jīng)營的需要，全省森林類型劃分為常綠闊葉林、杉木林(Cunninghamialanceolata)、馬尾松林(Pinusmassoniana)、闊葉林、針闊混交林、毛竹林(Phyllostachysheterocycla)和灌木林[13-14]，而據(jù)第8次全國森林資源清查江西省森林資源清查成果數(shù)據(jù)顯示，杉木林、馬尾松林、闊葉林、針闊混交林占江西森林面積的79.0%，是江西省森林碳匯功能的主體[15]。

2 材料與方法

2.1 樣品采集及分析

布點原則以江西省森林資源清查數(shù)據(jù)資料為依據(jù)，根據(jù)森林類型、各類森林的面積、蓄積及構(gòu)成及其地域分布權(quán)重，在全省范圍內(nèi)分配，結(jié)合地形圖進(jìn)行土壤樣點的布設(shè)，并于2011—2013年夏季采用GPS定位技術(shù)進(jìn)行野外定點采樣，共340個取樣點。每個取樣點記錄包括地形地貌、坡向坡位、土壤類型、植被類型、郁閉度等樣地信息，各樣點選擇1個未受人為干擾、植被結(jié)構(gòu)和土壤具代表性的地段，挖掘1個土壤剖面，深至100 cm，不夠100 cm 至基巖為止。對剖面進(jìn)行修整后沿剖面按0—10 cm，10—20 cm，20—30 cm，30—50 cm，50—100 cm 分層并做好標(biāo)記，每個土層采集理化性質(zhì)分析土樣200 g，將土樣裝入自封袋中并編號，帶回實驗室經(jīng)過風(fēng)干、碾碎、過篩之后參考依據(jù)森林土壤測定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行化學(xué)分析，其中土壤有機(jī)質(zhì)(SOM)采用重鉻酸鉀氧化外加熱法測定，全氮(TN)采用半微量凱氏法測定，全磷(TP)采用氫氧化鈉堿熔—鉬銻抗比色法測定。

2.2 數(shù)據(jù)處理

采樣點坐標(biāo)信息及各養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)整理于Excel 2003中進(jìn)行，在ArcGIS 9.3中加載江西省矢量化地圖，利用“Add XY Data”工具通過指定字段對坐標(biāo)信息進(jìn)行添加，生成土壤剖面取樣點土層(圖1)，通過字段聯(lián)結(jié)將土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行添加，形成地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)的土壤養(yǎng)分信息數(shù)據(jù)庫。圖層經(jīng)投影變換后由地理坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成平面坐標(biāo)系，剔除異常值和缺失值，導(dǎo)出投取樣點圖層的屬性數(shù)據(jù)(包括取樣點平面坐標(biāo)、取樣點對應(yīng)的各土層養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù))，為地統(tǒng)計學(xué)分析及空間插值做準(zhǔn)備。

利用SPSS 17.0進(jìn)行描述性統(tǒng)計分析，得出相關(guān)指標(biāo)的極小值、極大值、均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)等，并對各指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行K-S正態(tài)分布檢驗；利用GS+9.0軟件進(jìn)行地統(tǒng)計學(xué)分析，確定半方差函數(shù)各種特征參數(shù)，具體參數(shù)有塊金值(Nugget)、基臺值(Sill)、結(jié)構(gòu)方差比、變程(Range)等；利用ArcGIS 9.3的地統(tǒng)計模塊中的普通Kriging 插值方法繪制土壤養(yǎng)分空間插值圖。

圖1 江西省土壤剖面采樣點分布

3 結(jié)果與分析

3.1 江西省森林土壤養(yǎng)分特征

3.1.1 不同植被類型下的森林土壤養(yǎng)分特征 根據(jù)樣地調(diào)查結(jié)果，將取樣點分為四類，其中竹林23個、針闊葉混交林34個、常綠闊葉林89個、針葉林194個，對各植被類型土壤養(yǎng)分求平均值，情況見表1。由表1可知，四種植被類型的SOM，TN均隨土層深度增加而顯著降低，TP含量也一定程度上隨土層深度增加而降低的趨勢，但變化不明顯。從植被類型上來看，SOM含量在0—30 cm土壤中表現(xiàn)為竹林>針闊混交林>常綠闊葉林>針葉林，而30—100 cm土壤中無此規(guī)律，可能是竹林根系較淺，在0—30 cm分布集中，根系的死亡殘體、分泌物等主要對上層土壤產(chǎn)生影響，對深層土壤影響較??；TN含量表現(xiàn)為竹林>常綠闊葉林>針闊葉混交林>針葉林；TP含量表現(xiàn)為常綠闊葉林>竹林>針闊葉混交林>針葉林。三種土壤養(yǎng)分在針葉林中均含量較低，可能是由于江西省針葉林以濕地松、馬尾松、杉木等為主[15]，為速生樹種，對土壤養(yǎng)分消耗較大。

3.1.2 不同土壤類型森林土壤養(yǎng)分特征 本次取樣調(diào)查涉及五類土壤，各土類的樣點數(shù)為棕壤10個、黃棕壤22個、黃壤80個、紅壤217個、沙紅壤11個，各類型土壤養(yǎng)分情況見表2。由表2可知，SOM含量在不同土壤類型中變異性較為明顯，表現(xiàn)為棕壤>黃棕壤>黃壤>紅壤>沙紅壤，其中含量最低的是沙紅壤，為7.98～21.89 g/kg，最高的是棕壤，為58.32～128.52 g/kg，同一土層中棕壤SOM含量是沙紅壤的6～8倍。表層土壤與深層土壤TN含量具有不同的變異格局，表層土壤表現(xiàn)為棕壤>黃壤>黃棕壤>紅壤>沙紅壤，深層土壤表現(xiàn)為棕壤>黃棕壤>黃壤>紅壤>沙紅壤。TP含量表現(xiàn)為棕壤>黃壤>紅壤>黃棕壤>沙紅壤。

3.1.3 江西省森林土壤養(yǎng)分總體特征分析 對340個森林土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行經(jīng)典統(tǒng)計分析，結(jié)果見表3。各土層SOM含量變化范圍為16.25～41.34 g/kg，TN含量為0.84～1.79 g/kg，TP含量為0.32～0.37 g/kg，其中SOM和TN較為豐富，TP比較貧乏[12]。三種養(yǎng)分含量均具有隨土層深度的增加而減小的趨勢，但TP含量變化趨勢比較微弱，可能與整個土體TP含量較低，土層間差異較難體現(xiàn)有關(guān)。三種土壤養(yǎng)分變異系數(shù)表現(xiàn)為SOM>TP>TN。土壤SOM的變異系數(shù)為77.88%～123.73%，具有較強(qiáng)程度變異，養(yǎng)分豐缺差距較大，各土層SOM最大值在169.42～304.20 g/kg，而最小值在3 g/kg以內(nèi)，土層越深數(shù)據(jù)離散越明顯。土壤TN和TP含量變異系數(shù)均維持在60%左右，TP含量略高于TN，兩種養(yǎng)分均表現(xiàn)出中等程度變異性，且變異程度在土層間的變化不明顯。經(jīng)過正態(tài)分布檢驗，土壤TN數(shù)據(jù)能較好的符合正態(tài)分布類型，而SOM，TP數(shù)據(jù)則產(chǎn)生了不同程度的偏態(tài)，經(jīng)過對數(shù)轉(zhuǎn)換后，數(shù)據(jù)能很好地符合正態(tài)分布。

表1 江西省不同森林類型土壤養(yǎng)分情況

注：不同小寫字母表示同一林分類型、同一土壤養(yǎng)分類型不同土層間差異顯著性，顯著水平為0.05；不同大寫字母表示同一土壤養(yǎng)分類型、同一土層不同林分類型間差異顯著性，顯著水平為0.05。下表同。

表2 江西省不同土壤類型土壤養(yǎng)分情況

表3 江西省森林土壤養(yǎng)分描述性統(tǒng)計特征

3.2 江西省森林土壤養(yǎng)分空間變異特征分析

對江西省森林土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行半方差函數(shù)分析，得出結(jié)果見表4。塊金值(C0)表示由試驗誤差以及小于取樣尺度內(nèi)產(chǎn)生的如耕作措施、施肥管理、種植制度等人為干預(yù)而引起的變異，也稱隨機(jī)性變異，隨機(jī)性因素使得土壤朝著均一性的方向變異；除此之外，還有由土壤自身結(jié)構(gòu)上的差異而引起的變化，如土壤母質(zhì)、地形地貌等引起的變異，也稱結(jié)構(gòu)性變異[16]。隨機(jī)性變異和結(jié)構(gòu)性變異構(gòu)成了土壤養(yǎng)分空間變異的總和，基臺值(C0+C)的大小表示這種總的變異大小。塊金值和基臺值之比C0/(C0+C)(也稱塊金系數(shù))反映了空間變異性的程度，塊金系數(shù)的大小表示由隨機(jī)因素引起的空間異質(zhì)性所占的比例。一般認(rèn)為塊金系數(shù)小于25%時，說明空間變量具有強(qiáng)烈的空間自相關(guān)性；若塊金系數(shù)在25%～75%之間時，變量具有中等程度空間自相關(guān)；若比值大于75%，則表示該變量空間相關(guān)性弱。由表4可知，各土層中SOM的塊金系數(shù)5.22%～34.19%，且隨土層增加而升高(圖2)，在0—30 cm土層中呈強(qiáng)烈的空間自相關(guān)性，在30—100 cm中呈中等程度空間自相關(guān)，土層越深，SOM分布的結(jié)構(gòu)性反而越差，可能是由于SOM在土層間差異較大，30—50 cm和50—100 cm土層中不同取樣部位仍有一定的差異，而各取樣點在垂直方向上的取樣部位難以統(tǒng)一，造成的人為取樣誤差影響了深層土壤SOM分布的結(jié)構(gòu)性，增加了隨機(jī)性。土壤TN塊金系數(shù)為19.08%～42.11%，TP為13.62%～27.78%。雖然TN和TP含量在土層間差異相對較小，取樣等人為因素造成的誤差較小，但TN和TP的塊金系數(shù)在垂直方向上仍產(chǎn)生了一定的規(guī)律性，均隨土層增加表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢，強(qiáng)烈的空間自相關(guān)性表現(xiàn)在表層和深層土壤，中部土壤呈中等程度空間自相關(guān)，可能是由于森林植被豐富，植被的根系主要影響中層土壤，從而弱化了剖面中部土壤的TN和TP分布結(jié)構(gòu)性。

變程表示的是空間變異尺度的范圍大小，變程范圍內(nèi)間隔越近的兩點具有更強(qiáng)的相似性，超過變程范圍的兩個樣點之間則不存在空間相關(guān)性。由表4可以看出，SOM的變程隨土層深度增加而升高，在0—30 cm土層中，變程為73～79 km，在深層土壤達(dá)到了545 km以上；TN和TP則隨土層先增后減，其中TN在0—10 cm土層中變程為88 km，在10—100 cm土層中均超過200 km，而TP變程則保持在14～28 km。三種養(yǎng)分均在表層土壤中具有較小的變程，可能是植被的存在影響了土壤化學(xué)性質(zhì)，導(dǎo)致土壤變量相似范圍的減小。

對土壤養(yǎng)分進(jìn)行半方差分析時需要擬合成最佳模型，模型選擇以決定系數(shù)最大、殘差最小原則進(jìn)行[17]，模型擬合的好壞對養(yǎng)分空間插值具有大的影響。由表4可以看出，SOM，TP在0—30 cm土層中可以很好的擬合成球狀模型，在30—100 cm土層中擬合成指數(shù)模型(SOM決定系數(shù)0.493～0.598，TP決定系數(shù)0.663～0.856)；TN在0—10 cm，30—50 cm中擬合成球狀模型(決定系數(shù)分別為0.765，0.853)，在10—30 cm中擬合成指數(shù)模型(決定系數(shù)為0.821，0.865)，在50—100 cm土層中擬合成高斯模型(決定系數(shù)為0.856)。SOM，TN和TP不同土層數(shù)據(jù)擬合的最佳模型并不一致，這可能是植被根系在不同土層造成影響導(dǎo)致養(yǎng)分在不同土層中造成了分配差異。

表4 江西省森林土壤養(yǎng)分半方差函數(shù)特征

圖2 不同土層土壤養(yǎng)分塊金系數(shù)

3.3 江西省森林土壤養(yǎng)分空間分布格局研究

結(jié)合全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)[18](表5)，在ArcGIS 9.3中，利用Geostatistics analysis模塊進(jìn)行土壤養(yǎng)分空間插值分析。數(shù)據(jù)剔除二階趨勢效應(yīng)并考慮各向異性，經(jīng)過交叉驗證選取選取普通克里格插值方法并結(jié)合半方差分析擬合模型進(jìn)行插值，各養(yǎng)分插值結(jié)果附圖1。

江西省森林土壤SOM總體處于豐富水平，但水平和垂直分布上均具有明顯的空間異質(zhì)性。在水平分布上，高值區(qū)主要在贛東的鉛山、資溪和黎川、贛東北部的景德鎮(zhèn)和上饒、贛西北的武寧、贛西的萍鄉(xiāng)和井岡山以及贛南的全南和龍南等地，中部地區(qū)含量較低，表現(xiàn)出由江西省邊界向中部遞減的規(guī)律，可能是由于江西東部的武夷山脈、東北部的懷玉山、南部的大庾嶺和九連山、西北部的幕阜山脈、九嶺山和西部的羅霄山脈等山地森林存在于江西邊界，植被條件較好，海拔較高，溫度較低，而低溫不利于有機(jī)碳的礦化，因而積累較多[19]。而中部地區(qū)多為丘陵森林，且人口密度大，對森林的樵采等人為干擾大。同時高值區(qū)多為竹林或闊葉林，對有機(jī)質(zhì)積累貢獻(xiàn)較大。從土層間變化來看，SOM含量沿土層方向變化明顯，土層越深，含量越低，且低度及低值區(qū)的廣度均大大增加；表層土壤SOM具有南北方向上條帶狀分布的特征，到了深層土壤中則表現(xiàn)出高值區(qū)呈條帶狀、低值區(qū)成斑塊狀的特點。

江西省森林土壤氮素較為豐富，山地森林豐富程度更為明顯，其空間分布產(chǎn)生了明顯的南北分異特征，以吉安地區(qū)為分界線，北部含量較高，贛南地區(qū)森林土壤氮素則相對缺乏，低值區(qū)以吉泰盆地及贛州市為主。溫度成為影響氮素分布的重要因素，贛南與贛北年平均氣溫相差近4℃，而高溫促進(jìn)了氮素的分解[20]。

全省森林土壤磷素相當(dāng)缺乏，根據(jù)統(tǒng)計情況，土壤磷素含量大多在0.33 g/kg左右，比較貧乏，在分布上具有十分廣的低值區(qū)，除東北部和西部小部分區(qū)域外，全省大部分地區(qū)處于貧乏或極缺乏水平之中。從垂直方向看，各土層間分布特征十分相似，且含量相差不大，可能由于TP含量整體水平偏低，導(dǎo)致土層間變化不明顯。由圖3可以看出，三種養(yǎng)分在江西省中南部地區(qū)均具有明顯的低值區(qū)斑塊，養(yǎng)分含量比較低，可能是由于該地區(qū)為土壤為退化紅壤，植被類型為針葉林居多，對土壤的消耗導(dǎo)致土壤養(yǎng)分比較缺乏。

圖3 江西省森林土壤養(yǎng)分半方差函數(shù)

表5 第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)

4 結(jié)論與討論

江西省森林土壤養(yǎng)分受植被類型、土壤類型影響大。本研究中，從植被類型上看，竹林、闊葉林對土壤養(yǎng)分貢獻(xiàn)較大，而針葉林中土壤相對貧瘠；另外，由于不同森林類型林內(nèi)凋落物量的不同，以及不同凋落物分解和養(yǎng)分周轉(zhuǎn)也會存在一定的差異，這些環(huán)境條件都會影響本研究的試驗結(jié)果；吳春生等[21]發(fā)現(xiàn)江西凋落物碳儲量最大的是常綠闊葉林1.725 t/hm2，且其連接凋落物與土壤養(yǎng)分周轉(zhuǎn)的細(xì)根周轉(zhuǎn)率是最快的；宋慶妮等[22]研究發(fā)現(xiàn)大崗山毛竹林凋落物生物量(2.77 t/hm2)高于常綠闊葉林(2.16 t/hm2)；從這些研究結(jié)果中，我們可以看出江西省毛竹林和常綠闊葉林凋落物量及其養(yǎng)分含量都是相對較大的，這就為其對土壤養(yǎng)分提供較大貢獻(xiàn)提供了前提條件；且之前的研究表明，闊葉樹凋落物分解速率要大于針葉樹[23]，這就也進(jìn)一步說明了本研究的研究結(jié)果。從土壤類型上看，棕壤、黃壤具有良好的養(yǎng)分條件，而紅壤特別是沙紅壤中養(yǎng)分狀況極差，該研究結(jié)果與程先富等[24]研究江西丘陵山區(qū)林地土壤養(yǎng)分全N、有機(jī)質(zhì)、全P含量在馬尾松純林中最低，在闊葉林中最高，全N和有機(jī)質(zhì)含量由黃壤、黃紅壤、棕紅壤到紅壤依次降低一致。

土壤TN符合正態(tài)分布類型，而SOM和TP具有明顯的偏態(tài)，符合對數(shù)正態(tài)分布類型。TN和TP具有中等程度的變異，而SOM離散程度較高，具有強(qiáng)變異性，產(chǎn)生了嚴(yán)重的“貧富差距”。本研究結(jié)果，養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)可以較好地擬合成球狀模型、指數(shù)模型和高斯模型，與郭旭東等[25]研究河北省遵化市5種養(yǎng)分要素的空間變異規(guī)律和于婧等[26]研究江漢平原有機(jī)質(zhì)、全氮養(yǎng)分空間變異的研究結(jié)果一致。陳彥等[27]研究結(jié)果表明，全氮、有機(jī)質(zhì)均具有中等的空間相關(guān)性，但研究的尺度不同，本研究結(jié)果表明，江西森林土壤養(yǎng)分具有明顯的空間變異特征，受植被、取樣方法等因素影響，TN和TP均在表層土壤和深層中具有強(qiáng)烈的空間自相關(guān)性，在中間土層程度有所減弱，呈“上下強(qiáng)，中間弱”的規(guī)律，SOM則表現(xiàn)為表層土壤空間自相關(guān)強(qiáng)烈，下層具有中等自相關(guān)性，呈“上強(qiáng)下弱”的規(guī)律。變程同各養(yǎng)分的空間相關(guān)性規(guī)律相反，TN和TP自相關(guān)距離在中間土層中較大，上下土層中較小，SOM自相關(guān)距離則隨土層增加而增大。張敏等[28]研究了新鄭市土壤有機(jī)質(zhì)、全氮的空間變異情況，其有機(jī)質(zhì)、全氮的變異系數(shù)在29%～45%，有效磷變異系數(shù)最大為75%；有機(jī)質(zhì)和全氮空間變異性具有中等空間相關(guān)性，有效磷空間相關(guān)性最弱。史利江等[29]研究發(fā)現(xiàn)土壤五種養(yǎng)分的變異系數(shù)8.30%～84.45%，其中有效磷的變異系數(shù)最高，為84.45%。有機(jī)質(zhì)的變異都屬于中等變異。有機(jī)質(zhì)、有效磷的C0/(C0+C)為25%～75%，表明其具有中等的空間相關(guān)性。賈樹海等[30]研究遼寧省凌源市1 042個土壤表層樣，發(fā)現(xiàn)土壤養(yǎng)分的變異系數(shù)為29.45%～67.25%。有機(jī)質(zhì)C0/(C0+C)比值均為49.7%～49.90%，都具有中等的相關(guān)性，而有效磷的C0/(C0+C)的比值為100%，空間的相關(guān)性較弱。本研究中，各土層中SOM，TN和TP的變異系數(shù)分別為5.22%～34.19%，19.08%～42.11%和13.62%～27.78%，相比于上述研究要小，說明本研究各養(yǎng)分的空間自相關(guān)性更強(qiáng)。

從垂直方向上看，森林土壤SOM，TN總體含量在土壤剖面上具有明顯的漸弱性，分別由0—10 cm的41.34 g/kg，1.79 g/kg下降到50—100 cm土層的16.25 g/kg，0.84 g/kg；而TP含量在土層間變化不明顯，維持在0.33 g/kg左右。由于植被類型、地理條件、土壤類型等差異，造成了江西森林土壤SOM，TN，TP在水平空間分布上表現(xiàn)出一定的差異，該研究結(jié)果與曾偉等[31]研究浙江省龍游縣的低丘紅壤地區(qū)表層土壤的有機(jī)質(zhì)和有效氮的空間變異特征研究結(jié)果一致。江西省森林土壤SOM整體含量較為豐富，高值區(qū)主要出現(xiàn)在江西省西部邊界山區(qū)和東北部山區(qū)，可能是由于山地人為干擾較小，有利于枯枝落葉的積累，該研究結(jié)果與趙建華等[32]研究甘肅省榆中縣區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)空間變異性的結(jié)果一致。TN具有明顯的南北分異，贛北地區(qū)森林土壤TN含量較高，贛南地區(qū)較為缺乏，且低值區(qū)主要表現(xiàn)在吉泰盆地，主要是因為贛南地區(qū)光照充足，溫度較高，加速了氮素的分解，加上豐富的雨水沖刷，使得贛南地區(qū)TN低于贛北地區(qū)[20]。全省森林土壤磷素普遍缺乏嚴(yán)重，大部分地區(qū)TP含量均處于貧乏水平。三種土壤養(yǎng)分均具有山地森林含量顯著高于丘陵森林的共性，正因為江西省以山為界的特點，造成了土壤養(yǎng)分由江西省邊界地區(qū)向以吉泰盆地為主的中部地區(qū)遞減的趨勢。

本文研究對象為森林土壤，由于前期布點時無法了解擬定樣地情況，各森林類型、土壤類型樣地最終樣點數(shù)分配并不均一，同時人為取樣誤差的存在，都會對結(jié)果造成一定的影響。因此，增加樣點數(shù)量，減小人為隨機(jī)誤差影響，能更好地揭示江西省森林土壤養(yǎng)分的分布特征。由于沒有非林地的土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)，研究結(jié)果只能說明江西省森林土壤養(yǎng)分分布特征，只能在林業(yè)生產(chǎn)、研究中提供參考，而對于農(nóng)田、濕地等區(qū)域不具有說服力，若需要則應(yīng)增加數(shù)據(jù)進(jìn)行分析說明。

參考文獻(xiàn)：

[1] 程先富,史學(xué)正,于東升,等.江西省興國縣土壤全氮和有機(jī)質(zhì)的空間變異及其分布格局[J].應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報,2004,10(1):64-67.

[2] 王政權(quán).地統(tǒng)計學(xué)及在生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2004.

[3] Tateno R, Takeda H. Forest structure and tree species distribution in relation to topography-mediated heterogeneity of soil nitrogen and light at the forest floor[J]. Ecological Research, 2003,18(5):559-571.

[4] 張繼平,張林波,王風(fēng)玉,等.井岡山國家級自然保護(hù)區(qū)森林土壤養(yǎng)分含量的空間變化[J].土壤,2014,46(2):262-268.

[5] 宋滿珍,劉琪璟,吳自榮,等.江西森林植被土壤有機(jī)碳儲量估算及空間分布特征[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2009,31(3):416-421.

[6] 袁芳,趙小敏,樂麗紅,等.江西省表層土壤有機(jī)碳庫儲量估算與空間分布特征[J].生態(tài)環(huán)境,2008,17(1):268-272.

[7] 郭旭東,傅伯杰,馬克明,等.基于GIS和地統(tǒng)計學(xué)的土壤養(yǎng)分空間變異特征研究:以河北省遵化市為例[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2000,11(4):557-563.

[8] 楊美玲,王雪梅,羅夢媛.基于GIS的庫車縣耕層土壤養(yǎng)分空間變異研究[J].水土保持研究,2015,22(1):61-65.

[9] 董士偉,李紅,孫丹峰,等.北京市大興區(qū)土壤養(yǎng)分空間結(jié)構(gòu)及影響因素分析[J].水土保持研究,2015,22(2):32-35.

[10] 孫梨萍,常慶瑞,趙業(yè)婷,等.陜南丘陵區(qū)縣域農(nóng)田土壤養(yǎng)分的空間分布格局[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2015,43(3):162-168，174.

[11] 韓有志,王政權(quán).森林更新與空間異質(zhì)性[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2002,13(5):615-619.

[12] 文雅,黃寧生,匡耀求.廣東省山區(qū)土壤有機(jī)碳密度特征及空間格局[J].應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報,2010,18(S):10-17.

[13] 李鑫,歐陽勛志,劉琪瞡.江西省2001—2005年森林植被碳儲量及區(qū)域分布特征[J].自然資源學(xué)報,2011,26(4):655-665.

[14] 張志云,蔡學(xué)林,杜天真,等.江西森林立地分類、評價及適地適樹研究[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,1997,19(6):1-30.

[15] 鄧清華,張邦文,金蘇蓉,等.江西省4種主要森林類型土壤有機(jī)碳特征比較[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2014,26(11):87-89.

[16] 曹祥會,龍懷玉,周腳根,等.河北省表層土壤有機(jī)碳和全氮空間變異特征性及影響因子分析[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2016,22(4):937-948.

[17] Wang Y, Shao M A, Liu Z, et al. Regional spatial pattern of deep soil water content and its influencing factors [J]. Hydrological Sciences Journal, 2012,57(2):265-281.

[18] 全國土壤普查辦公室.中國土壤[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2002.

[19] 黃湘,李衛(wèi)紅,陳亞寧,等.塔里木河下游荒漠河岸林群落土壤呼吸及其影響因子[J].生態(tài)學(xué)報,2007,27(5):1951-1959.

[20] 楊東,劉強(qiáng).基于GIS和地統(tǒng)計學(xué)的張掖市甘州區(qū)土壤全氮、有機(jī)質(zhì)的空間變異特征分析[J].土壤通報,2011,42(3):593-597.

[21] 吳春生,劉苑秋,魏曉華,等.亞熱帶典型森林凋落物及細(xì)根的生物量和碳儲量研究[J].西南林業(yè)大學(xué)學(xué)報,2016,36(5):45-51.

[22] 宋慶妮,楊清培,歐陽明,等.毛竹擴(kuò)張的生態(tài)后效:凋落物水文功能評價[J].生態(tài)學(xué)雜志,2015,34(8):2281-2287.

[23] Wesemael B, Veer M. Soil organic matter accumulation, litter decomposition and humus forms under mediterranean-type forests in southern Tuscany, Italy[J]. Soil Sci., 1992,43:133-144.

[24] 程先富,史學(xué)正,于東升,等.丘陵山區(qū)林地土壤養(yǎng)分狀況研究:以江西省興國縣為例[J].水土保持學(xué)報,2003,17(2):28-30.

[25] 郭旭東,楊福林.基于GIS和地統(tǒng)計學(xué)的土壤養(yǎng)分空間變異特征研究:以河北省遵化市為例[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2000,11(4):557-563.

[26] 于婧.基于GIS和地統(tǒng)計學(xué)方法的土壤養(yǎng)分空間變異及應(yīng)用研究[D].武漢:華中農(nóng)業(yè)大學(xué),2007.

[27] 陳彥,呂新.基于GIS和地統(tǒng)計學(xué)的土壤養(yǎng)分空間變異特征研究:以新疆農(nóng)七師125團(tuán)為例[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2005,21(7):389-391.

[28] 張敏,賀鵬飛,陳偉強(qiáng).基于GIS和地統(tǒng)計學(xué)的土壤養(yǎng)分空間變異分析[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2010,41(3):53-58.

[29] 史利江,俞立中,賀寶根.基于GIS和地統(tǒng)計學(xué)的土壤養(yǎng)分空間變異特征研究[D].上海:上海師范大學(xué),2006.

[30] 賈樹海,張琦,孟維軍,等.基于GIS與地統(tǒng)計學(xué)土壤養(yǎng)分空間變異特征研究:以遼寧省凌源市6鄉(xiāng)鎮(zhèn)為例[J].水土保持通報,2009，29(3):197-201.

[31] 曾偉,陳雪萍,王珂.基于地統(tǒng)計學(xué)和GIS的低丘紅壤養(yǎng)分空間變異及其分布研究:以龍游縣低丘紅壤為例[J].浙江林業(yè)科技,2006,26(3):1-6.

[32] 趙建華,蓋艾鴻,陳芳,等.基于GIS和地統(tǒng)計學(xué)的區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)空間變異性研究[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2008,43(4):103-106.