羅定市土壤養(yǎng)分空間分布研究

許金榮 荊旭全 張橋 李海鋒

摘 要：根據(jù)空間插值的基本原理，使用Arcgis軟件中kriging插值法，對(duì)羅定市土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行空間插值分析。研究表明，土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、堿解氮和速效鉀等土壤養(yǎng)分空間相關(guān)性很弱，隨機(jī)因素對(duì)空間變異性有很大的影響。而且，羅定市土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、堿解氮和速效鉀等土壤養(yǎng)分含量平均水平一般，其中，有效磷、速效鉀的含量處于較低水平，有機(jī)質(zhì)、堿解氮大部分區(qū)域含量處于較高水平，中部地區(qū)相對(duì)比較缺乏。

關(guān)鍵詞：GIS；土壤養(yǎng)分；空間分布

中圖分類號(hào) S158.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2018）06-0052-03

Abstract：Based on the basic principle of space interpolation，using the kriging interpolation method in Arcgis software，the spatial interpolation analysis of soil nutrient data of soil organic matter，effective phosphorus，alkali solution nitrogen and quick-acting potassium in luoding city was analyzed. The study shows that the correlation between soil organic matter，effective phosphorus，alkali solution nitrogen and instant potassium space is weak，indicating that random factors have a great influence on spatial variability. In addition，the study area of soil nutrient levels are not high，and among them，the very lack of effective phosphorus，rapidly-available potassium，organic matter，alkali-hydro nitrogen content is rich，most of the area of parts.

Key words：GIS；Soil nutrients；Spatial distribution

土壤養(yǎng)分主要包括有機(jī)質(zhì)、有效磷、堿解氮與速效鉀，是土壤的重要組成部分，是植物生長的必要條件，也是衡量土壤質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)[1-3]。對(duì)土壤養(yǎng)分空間分布進(jìn)行研究，可以掌握土壤養(yǎng)分含量的分布，對(duì)于提高農(nóng)田水肥利用率，改進(jìn)農(nóng)田管理，積極響應(yīng)國家的農(nóng)業(yè)政策，以及“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”的實(shí)施都具有重要的意義[4-8]。本文在有機(jī)質(zhì)、有效磷、堿解氮和速效鉀等土壤養(yǎng)分化驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，使用地統(tǒng)計(jì)與空間插值對(duì)羅定市的土壤養(yǎng)分空間分布展開研究，探明羅定市土壤養(yǎng)分的空間分布狀況，為減少農(nóng)業(yè)污染、改善環(huán)境及提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況 羅定市位于廣東省西部，屬于南亞熱帶季風(fēng)氣候，多以山地為主，年平均氣溫為23.10℃。其中，山地面積占全市總面積37.5%，耕地面積為24560hm2，富含錳、鐵、石英等礦物，礦產(chǎn)資源豐富。

1.2 研究方法 本研究在羅定市全市范圍內(nèi)采集土壤樣品3943個(gè)，利用手持定位儀找到采樣點(diǎn)，根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況用GPS獲取經(jīng)緯度，土壤樣點(diǎn)分布見圖1。土壤樣從野外采集后，需要去掉土壤中殘留的根系，石塊等雜質(zhì)，在經(jīng)過風(fēng)干、研磨和過篩處理，最后再分析土壤養(yǎng)分指標(biāo)。土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定、堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定、有效磷采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法測(cè)定、速效鉀則采用乙酸銨浸提—原子吸收分光光度法測(cè)定[9]。

1.3 數(shù)據(jù)處理 地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法是一種以數(shù)據(jù)的空間自相關(guān)和變異函數(shù)為基本工具，以區(qū)域化變量為核心和理論基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)方法，通過在空間上不規(guī)則采樣，對(duì)樣點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。然后利用美國ESRI公司的ArcGIS10.2的空間分析模塊對(duì)土壤中的有機(jī)質(zhì)、有效磷、堿解氮、速效鉀等主要土壤養(yǎng)分進(jìn)行處理來預(yù)測(cè)土壤養(yǎng)分的空間分布。利用半方差函數(shù)對(duì)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理得到試驗(yàn)變異函數(shù)，并采用指數(shù)函數(shù)和球面函數(shù)等理論模型進(jìn)行半方差曲線的擬合。在利用半方差函數(shù)描述空間變異規(guī)律的基礎(chǔ)上，優(yōu)化空間插值的模型，從而提高Kriging插值精度。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分含量統(tǒng)計(jì)特征 地統(tǒng)計(jì)學(xué)通常要求原始數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，否則會(huì)導(dǎo)致比例效應(yīng)。比例效應(yīng)的存在，可致使實(shí)際變異函數(shù)值產(chǎn)生畸變，從而使基臺(tái)值和塊金值增大，進(jìn)而使估計(jì)精度降低，導(dǎo)致某些結(jié)構(gòu)特征不明顯。本研究通過土壤養(yǎng)分的常規(guī)統(tǒng)計(jì)分析以描述其全貌和整體特征，分析的指標(biāo)主要包括土壤養(yǎng)分含量的最大值、最小值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)。其分析結(jié)果見表1。

從表1可以看出，羅定市土壤有機(jī)質(zhì)含量較高，變幅3.79～84.6g/kg，平均為29.5g/kg。有效磷的土壤養(yǎng)分含量變化較大，最低為0.69mg/kg，最高為169.7mg/kg，平均值為23.54mg/kg；而速效鉀土壤養(yǎng)分含量變化也較大，最低為27mg/kg，最高為401mg/kg，平均值為93.03mg/kg。對(duì)土壤養(yǎng)分的變異系數(shù)進(jìn)行分析，其中有效磷的變異系數(shù)最高為83.77%，速效鉀和堿解氮的變異系數(shù)分別為52.66%和31.73%，土壤有機(jī)質(zhì)變異系數(shù)最小為20.17%。這表明，羅定市的土壤養(yǎng)分含量差異很大。由于研究區(qū)變異系數(shù)0.1

2.2 土壤養(yǎng)分的空間變異特征分析 利用美國ESRI公司的ArcGIS10.2的空間插值模塊來分析羅定市土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀主要土壤養(yǎng)分的空間變異性，得出土壤養(yǎng)分含量在空間上的變異特征。根據(jù)對(duì)塊金值與基臺(tái)值大小選擇出最優(yōu)模型進(jìn)行擬合，并根據(jù)交叉驗(yàn)證結(jié)果確定最佳模型的參數(shù)進(jìn)行插值，利用指數(shù)與球面函數(shù)模型擬合出半方差函數(shù)曲線（表2）。

從表2可以看出，堿解氮與速效鉀最佳模型為球面函數(shù)，有機(jī)質(zhì)與有效磷的最佳模型為指數(shù)函數(shù)。羅定市土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀的塊金值都大于0.8且相差不大，說明空間變異受隨機(jī)因素的影響較大。其變程范圍最小的為速效鉀（11302.97m），最大的為有效磷（24620.00m），說明有效磷的空間相關(guān)性的作用范圍較大。從塊金方差C0看，不同養(yǎng)分的差異很小，都接近于1，說明隨機(jī)因素引起的變異較大。從塊基比來看，有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀的比值分別為85.6%、84.8%、85.2%和95.9%，均大于75%，表明具有很弱的空間相關(guān)性。

2.3 土壤養(yǎng)分的空間分布 根據(jù)表2所選擇的半方差函數(shù)模型，借助美國ESRI公司ArcGIS10.2進(jìn)行克里格插值，得到土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、堿解氮和速效鉀養(yǎng)分含量的地理空間分布圖，最后將羅定市行政區(qū)劃圖進(jìn)行疊加，得到羅定市各土壤養(yǎng)分空間分布圖（圖2～5）。

2.3.1 土壤有機(jī)質(zhì)的空間分布 土壤有機(jī)質(zhì)是土壤的重要組成部分，主要來源于動(dòng)植物殘?bào)w的分解，是植物生長重要的營養(yǎng)來源[10]。有機(jī)質(zhì)含量越高，說明土壤的肥力越好，二者呈正相關(guān)。羅定市中部的生江鎮(zhèn)、圍底鎮(zhèn)土壤有機(jī)質(zhì)含量最低，東部蘋塘鎮(zhèn)、龍口林場(chǎng)、朗塘鎮(zhèn)及西部的加益鎮(zhèn)、四綸鎮(zhèn)、榃濱鎮(zhèn)、分界鎮(zhèn)有機(jī)質(zhì)含量很高，總體處于較高水平。由于氣候、地表植被的不同，以及有機(jī)肥施用量等因素都可以影響土壤有機(jī)質(zhì)含量（圖2）。

2.3.2 土壤有效磷的空間分布 土壤中的磷一般以無機(jī)磷和有機(jī)磷2種形態(tài)存在，磷肥能夠促進(jìn)植物根系發(fā)達(dá)，促進(jìn)植物提早成熟，籽粒增多和飽滿。羅定市西部的龍灣鎮(zhèn)、泗輪鎮(zhèn)區(qū)域的有效磷含量極高，中東部的黎少鎮(zhèn)、生江鎮(zhèn)、蘋塘鎮(zhèn)、圍底鎮(zhèn)有效磷含量極少，其它區(qū)域處于中等水平。土壤有效磷的空間分布有很高的均質(zhì)性（圖3）。

2.3.3 土壤速效鉀的空間分布 速效鉀是植物的主要營養(yǎng)元素，鉀主要以離子的形式存在于細(xì)胞液中，能在短期內(nèi)被作物吸收，可以很好的促進(jìn)光合作用。羅定市土壤速效鉀含量平均為93mg/kg，處于一般水平，中部的生江鎮(zhèn)土壤速效鉀含量較低，其它地區(qū)都是相間分布，分布格局相對(duì)比較復(fù)雜，與其它土壤養(yǎng)分相比，速效鉀的空間分布表現(xiàn)出很明顯的空間異質(zhì)性，表明自然因素和人為活動(dòng)對(duì)土壤中速效鉀的含量有很大影響（圖4）。

2.3.4 土壤堿解氮的空間分布 堿解氮是植物生長所必需的養(yǎng)分，是每個(gè)活細(xì)胞的組成成分。羅定市北部的附城街道辦、東南部的金雞鎮(zhèn)、朗塘鎮(zhèn)、船步鎮(zhèn)以及西南部的龍灣鎮(zhèn)、分界鎮(zhèn)堿解氮含量很高，其它地區(qū)堿解氮含量很低，空間分布特征明顯。這可能與羅定市土地利用的不同方式有很大關(guān)系，也與有機(jī)質(zhì)含量的高低以及施用氮素化肥的多少有關(guān)系（圖5）。

3 結(jié)論與討論

根據(jù)羅定市土壤養(yǎng)分空間數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果可以看出，土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷及速效鉀等土壤養(yǎng)分含量空間變異性較大，其變異系數(shù)最小為34.32%，最大為89.54%，屬中等變異。羅定市西部的龍灣鎮(zhèn)、泗輪鎮(zhèn)區(qū)域的有效磷含量極高，中東部的黎少鎮(zhèn)、生江鎮(zhèn)、蘋塘鎮(zhèn)、圍底鎮(zhèn)有效磷含量極少，其它區(qū)域處于中等水平。土壤有效磷的空間分布有很高的均質(zhì)性，總體含量水平較低。土壤有機(jī)質(zhì)表現(xiàn)為東部蘋塘鎮(zhèn)、龍口林場(chǎng)、朗塘鎮(zhèn)及西部的加益鎮(zhèn)、四綸鎮(zhèn)、榃濱鎮(zhèn)、分界鎮(zhèn)含量很高，中部的生江鎮(zhèn)、圍底鎮(zhèn)含量最低，總體含量水平較高。與其它土壤養(yǎng)分相比，土壤速效鉀的含量空間分布情況相對(duì)比較復(fù)雜，有較強(qiáng)的空間異質(zhì)性。其含量分布表現(xiàn)為中部的生江鎮(zhèn)含量較低，其它地區(qū)都是相間分布，分布格局相對(duì)比較復(fù)雜、南部及北部含量較低，總體含量中等，相當(dāng)部分區(qū)域處于缺乏狀態(tài)，總體含量屬于較低水平。堿解氮的空間分布則表現(xiàn)出北部的附城街道辦、東南部的金雞鎮(zhèn)、朗塘鎮(zhèn)、船步鎮(zhèn)以及西南部的龍灣鎮(zhèn)、分界鎮(zhèn)含量很高，總體屬于較高水平。

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（責(zé)編：施婷婷）