新疆察布查爾縣農(nóng)耕層土壤養(yǎng)分空間特征及其與地形因子的關(guān)系

徐 莉, 閆俊杰, 陳 晨, 崔 東

(1.伊犁師范學(xué)院 生物與地理科學(xué)學(xué)院, 新疆 伊寧835000; 2.新疆大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,新疆 烏魯木齊 830046; 3.中國(guó)科學(xué)院 新疆生態(tài)與地理研究所, 新疆 烏魯木齊 830011; 4.中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049)

土壤養(yǎng)分含量是表征土壤肥力的重要指標(biāo)，尤其對(duì)干旱區(qū)綠洲農(nóng)業(yè)來(lái)說(shuō)，土壤肥力狀況更是關(guān)乎綠洲農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。土壤養(yǎng)分的空間變異狀態(tài)在一定程度上反映了土壤耕作層內(nèi)土壤養(yǎng)分的豐缺程度和狀態(tài)，掌握其變異性與分布規(guī)律對(duì)提高農(nóng)業(yè)土肥利用效率、土壤分區(qū)管理及保持土壤肥力等具有重要意義[1-2]。

近年來(lái)，土壤養(yǎng)分空間變異研究不斷取得進(jìn)展，多數(shù)研究表明土壤養(yǎng)分空間變異受自然因素(氣候、母質(zhì)、土壤類(lèi)型、地形等)和人為因素(施肥、耕作措施、種植結(jié)構(gòu)等)共同控制，且研究涵蓋了平原[3]、丘陵[4]、山地[5]、灌區(qū)[6]、旱地[7]等多種用地類(lèi)型。Mzuku等[8]認(rèn)為農(nóng)田土壤養(yǎng)分空間分布特征研究有利于劃分特定的農(nóng)田小區(qū)進(jìn)行施肥管理；Antwi等[9]采用地理空間分析法繪制了加納北部16個(gè)地區(qū)120個(gè)玉米農(nóng)場(chǎng)的土壤養(yǎng)分分布圖，據(jù)此探究了其土壤N，P，K含量的分布特征，表明土壤養(yǎng)分空間分布格局對(duì)特定地點(diǎn)的施肥量具有一定的指引作用；張兆永等[10]研究了新疆艾比湖流域小尺度農(nóng)田土壤養(yǎng)分的空間分布及影響因素，認(rèn)為土壤養(yǎng)分含量的空間異質(zhì)性是影響區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要因素。在氣候、母質(zhì)等條件較為一致的區(qū)域，地形是間接引起土壤中物質(zhì)、能量的再分配的重要條件，不同地形條件對(duì)土壤養(yǎng)分空間變異的影響作用會(huì)存在明顯差異[11-12]。因此，不少學(xué)者探究了土壤養(yǎng)分空間變異與地形因子之間的相關(guān)關(guān)系。陳桂香等[13]分析了福州市農(nóng)田土壤養(yǎng)分的空間分布特征及與地形因子的相關(guān)關(guān)系，表明有機(jī)質(zhì)、堿解氮與地形起伏度、高程、坡度等呈顯著正相關(guān)，而有效磷和速效鉀呈顯著負(fù)相關(guān)；鄧歐平等[14]研究了川中紫色丘區(qū)地形因子與土壤養(yǎng)分空間分異的相關(guān)關(guān)系，表明坡向、坡度及坡位對(duì)土壤養(yǎng)分分布有強(qiáng)烈影響；朱洪芬等[15]探究了黃土高原盆地土壤有機(jī)質(zhì)與高程、坡度、地形濕度指數(shù)等地形因子間的相關(guān)關(guān)系，表明坡度、地形濕度指數(shù)與土壤有機(jī)質(zhì)關(guān)系較為顯著。

在西北干旱、半干旱地區(qū)，綠洲是其社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心區(qū)域，而農(nóng)業(yè)是其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)和主體，因此，綠洲農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義。伊犁河谷地勢(shì)東高西低，東窄西寬，三面環(huán)山，地形復(fù)雜，是中國(guó)西部干旱區(qū)水熱條件最佳的區(qū)域，是新疆最重要的糧食主產(chǎn)基地，地形因素常常是制約其農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要限制性因素，因此，研究伊犁河谷典型綠洲區(qū)農(nóng)耕層土壤養(yǎng)分空間變異特征及與地形因子的相關(guān)關(guān)系對(duì)維持綠洲農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、養(yǎng)分管理及區(qū)域穩(wěn)定等具有重要意義。而且，目前關(guān)于土壤養(yǎng)分與地形因子的相關(guān)關(guān)系研究多集中在東部、中部地區(qū)，而針對(duì)西北干旱、半干旱地區(qū)的研究相對(duì)較少。

基于此，本研究以伊犁河谷典型綠洲區(qū)察布查爾縣為研究靶區(qū)，應(yīng)用GIS和地統(tǒng)計(jì)學(xué)相結(jié)合的方法，研究了土壤養(yǎng)分的空間變異程度、分布規(guī)律以及與地形因子間的相關(guān)關(guān)系，以期為干旱區(qū)綠洲農(nóng)業(yè)的施肥區(qū)劃、土壤資源的可持續(xù)利用及精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的推廣等提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于新疆伊犁河南岸典型綠洲區(qū)，地理位置為43°17′—43°57′N(xiāo)，80°31′—81°43′E。該區(qū)域?qū)儆诘湫偷拇箨懶员睖貛睾透珊禋夂?，熱量豐富，光照充足，四季分明，年均氣溫5.0～8.4 ℃，年降水量南部中低山區(qū)為300～400 mm，北部平原為150～250 mm，年蒸發(fā)量為1 400～2 200 mm。地勢(shì)自南向北形成多級(jí)階梯，東窄西寬，南高北低；地形分為南部山區(qū)、山麓、丘陵、中部?jī)A斜平原、北部河流階地和河漫灘等五個(gè)地貌類(lèi)型；有伊犁河、察布查爾河等水系；主要發(fā)育的土壤類(lèi)型是灰鈣土；土壤質(zhì)地多以黏土和壤土為主，約占總面積的89.2%[16]。主要農(nóng)作物有玉米、小麥、水稻、油料作物、棉花、甜菜、蔬菜，是新疆典型的優(yōu)質(zhì)糧、棉、油及特色農(nóng)業(yè)基地。

1.2 樣品采集

2015年10月，在伊犁河南岸察布查爾錫伯自治縣(簡(jiǎn)稱(chēng)察縣)境內(nèi)，對(duì)其2個(gè)鎮(zhèn)(愛(ài)新舍里鎮(zhèn)、察布查爾鎮(zhèn))、12個(gè)鄉(xiāng)(瓊博樂(lè)鄉(xiāng)、加格斯臺(tái)鄉(xiāng)、海努克鄉(xiāng)、納達(dá)齊牛錄鄉(xiāng)、扎庫(kù)齊牛錄鄉(xiāng)、孫扎齊牛錄鄉(xiāng)、綽霍爾鄉(xiāng)、堆依齊牛錄鄉(xiāng)、闊洪齊鄉(xiāng)、米糧泉鄉(xiāng)、坎鄉(xiāng)及良繁場(chǎng))進(jìn)行了野外實(shí)地調(diào)查。樣點(diǎn)的布設(shè)采用隨機(jī)采樣方式，共設(shè)置了104個(gè)取樣點(diǎn)。樣點(diǎn)設(shè)置時(shí)，因考慮了地形地貌、土壤類(lèi)型、肥力高低、作物種類(lèi)等因素和空間分布的均勻性，因此，選擇在每個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)平均取4～5個(gè)代表性條田。用GPS定位并記錄每個(gè)采樣點(diǎn)的海拔和經(jīng)緯度。采樣間距約為1～2 km，采樣深度為0—20 cm，同一田塊按S形線路采樣，每塊田取5點(diǎn)，并將各點(diǎn)的土樣進(jìn)行混合，四分法保留土樣干重1 kg左右。之后，將取好的土樣裝入樣品袋，并進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)用于室內(nèi)指標(biāo)測(cè)定。所有土壤樣品是在均一的氣候條件下采集的。

1.3 測(cè)定方法

土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)去除雜質(zhì)，自然風(fēng)干，磨碎后過(guò)2 mm孔篩，并放置在陰涼干燥處貯存?zhèn)溆?。土壤養(yǎng)分測(cè)定參照《土壤農(nóng)化分析(第3版)》[17]。土壤有機(jī)質(zhì)的測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法；土壤堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；土壤速效磷采用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法，上機(jī)儀器是UV-2550型紫外分光光度計(jì)；土壤速效鉀采用乙酸銨浸提—火焰光度計(jì)法測(cè)定。

地形因子主要包括高程(elevation， Ele)、坡度(slope， Slo)、坡向(aspect， Asp)、平面曲率(horizontal curvature， Hc)、剖面曲率(profile curvature， Pc)、地形起伏度(Roughness of terrain， Qfd)，由30 m分辨率的DEM數(shù)據(jù)在ArcGIS 10.2空間分析模塊提取出來(lái)[18]。其中，高程由ArcGIS 10.2中的Spatial Analysis Tools提取出來(lái)，坡度、坡向、平面曲率、剖面曲率及地形起伏度等由3D Analysis計(jì)算工具實(shí)現(xiàn)。坡度、坡向通過(guò)reclassify命令分為平緩坡(-1)，陰坡(0°～45°，315°～360°)，半陽(yáng)坡(45°～135°)，陽(yáng)坡(135°～275°)，半陰坡(275°～315°)；高程介于575～2 400 m，平均約為843 m。

1.4 數(shù)據(jù)分析處理

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Excel 2010整理后，分析土壤養(yǎng)分的均值、最大值、最小值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)(Cv)等統(tǒng)計(jì)性特征，并使用方差分析的F值進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。為了消除比例效應(yīng)，土壤變量在半方差計(jì)算時(shí)要求數(shù)據(jù)必須符合正態(tài)分布，因此，對(duì)所有數(shù)據(jù)通過(guò)K-S法進(jìn)行正態(tài)檢驗(yàn)(p<0.05)，并將不服從正態(tài)分布的數(shù)據(jù)經(jīng)對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)化后呈正態(tài)分布，變異函數(shù)計(jì)算采用的數(shù)據(jù)均為對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)[19-20]。變異系數(shù)(Cv)是描述土壤特性參數(shù)空間變異性程度的指標(biāo)，依據(jù)Nielsen分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[21]，當(dāng)Cv≤10%時(shí)為弱變異性，當(dāng)10%≤Cv≤100%時(shí)為中等變異性，當(dāng)Cv≥100%時(shí)為強(qiáng)變異性。采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)土壤養(yǎng)分的空間變異程度進(jìn)行分析。半方差函數(shù)是地統(tǒng)計(jì)學(xué)的基本工具，是研究土壤變異性的關(guān)鍵函數(shù)，包括塊金值(C0)、基臺(tái)值(C0+C1)、塊基比C0/(C0+C1)及變程(A0)等重要參數(shù)，可用于揭示土壤性質(zhì)的空間相關(guān)性程度[4]，其估算公式為

式中:γ(h)——半方差函數(shù)；h——分隔2樣點(diǎn)的矢量，稱(chēng)為步長(zhǎng)；N(h)——被向量h間隔的試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)的數(shù)目。Z(χi)和Z(χi+h)——區(qū)域變量Z(χ)在位置χi的數(shù)值和在距離χi+h處的數(shù)值。Kriging插值法是利用區(qū)域化變量的原始數(shù)據(jù)和半方差函數(shù)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)未采樣地的區(qū)域化變量的取值進(jìn)行無(wú)偏最優(yōu)估值的一種方法[19]，且廣泛的應(yīng)用于土壤養(yǎng)分的空間變異性研究[3-7]。因此，土壤養(yǎng)分的空間分布格局采用Kriging插值法。

使用SPSS 17.0對(duì)土壤養(yǎng)分的統(tǒng)計(jì)性特征以及土壤養(yǎng)分與地形因子的相關(guān)性進(jìn)行分析，借助GS+9.0進(jìn)行土壤養(yǎng)分元素的Kriging插值和半方差函數(shù)模型的計(jì)算，運(yùn)用ArcGIS 10.2軟件中Geostatistical Analyst模塊進(jìn)行Kriging插值分析，得到土壤養(yǎng)分的空間分布圖，并采用交叉檢驗(yàn)方法對(duì)插值結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，借助CANOCO 5.0軟件運(yùn)用典范對(duì)應(yīng)分析(CCA)技術(shù)進(jìn)一步探究土壤養(yǎng)分空間變異與地形因子間的關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分含量的統(tǒng)計(jì)特征

對(duì)土壤養(yǎng)分含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(表1)。研究區(qū)土壤中有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀的平均含量分別為2.15%，134.04 mg/kg，13.26 mg/kg，291.79 mg/kg，其中，速效磷和速效鉀的變化范圍較大。從變異系數(shù)來(lái)看，有機(jī)質(zhì)、堿解氮及速效鉀的變異系數(shù)分別為24.22%，39.27%和46.76%，均表現(xiàn)為中等變異性，其中有機(jī)質(zhì)的變異系數(shù)相對(duì)較小；速效磷的變異系數(shù)為107.51%>100%，表現(xiàn)為強(qiáng)變異性。從分布類(lèi)型來(lái)看，有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀變化服從于正態(tài)分布，速效磷變化服從于自然對(duì)數(shù)正態(tài)分布。通過(guò)對(duì)土壤養(yǎng)分含量的方差分析，表明4種土壤養(yǎng)分含量具有顯著差異，且方差分析的F檢驗(yàn)值大小依次為：速效磷>速效鉀>堿解氮>有機(jī)質(zhì)，其中，速效磷變異最大，有機(jī)質(zhì)變異最小，這與變異系數(shù)的規(guī)律一致。

表1 土壤養(yǎng)分的基本統(tǒng)計(jì)值

注：*表示在p<0.05水平顯著相關(guān)；N表示服從正態(tài)分布；n表示服從自然對(duì)數(shù)正態(tài)分布。

2.2 土壤養(yǎng)分的空間變異結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)半方差函數(shù)理論及計(jì)算模型，得出土壤養(yǎng)分含量的半方差變異函數(shù)擬合模型及參數(shù)(表2，圖1)。研究區(qū)土壤中有機(jī)質(zhì)和速效磷最優(yōu)擬合的模型為指數(shù)模型，堿解氮為高斯模型，速效鉀為球狀模型。塊金值(C0)表示由隨機(jī)性因素引起的變異，即由試驗(yàn)誤差或小于試驗(yàn)取樣尺度所引起的變異[16]。有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀的C0分別為0.098，0.065，0.016 3和0.054 7，說(shuō)明在采樣尺度范圍內(nèi)存在采樣的誤差、短距離的變異、施肥耕作措施及種植制度等隨機(jī)性因素引起的變異[4,22]。塊基比C0/(C0+C1)可用來(lái)表明土壤性質(zhì)空間相關(guān)性的程度。當(dāng)C0/(C0+C1)<25%，表現(xiàn)為強(qiáng)烈的空間相關(guān)性，其變異性主要受結(jié)構(gòu)因素影響；25%75%，說(shuō)明其空間相關(guān)性很弱，受隨機(jī)性因素影響較大；若比值接近于1，說(shuō)明在整個(gè)尺度上具有恒定的變異[16]。由此可知，有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效磷表現(xiàn)為中等強(qiáng)度的自相關(guān)性，其塊基比分別為27.92%，36.51%和27.35%，表明農(nóng)田土壤中有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效磷的空間變異是由結(jié)構(gòu)因素(氣候、母質(zhì)、地形或土壤類(lèi)型等)和隨機(jī)因素(耕作方式、施肥或灌溉等)共同作用[4]。速效鉀的塊基比為18.09%<25%，在區(qū)域內(nèi)表現(xiàn)為較強(qiáng)的空間自相關(guān)性，表明速效鉀的空間分布受氣候、成土母質(zhì)、地形及土壤類(lèi)型等結(jié)構(gòu)性因素引起的空間變異為主[5]。這主要與地形起伏度、坡度及高程等相關(guān)，在地形起伏度變化較大的地方，鉀元素極易流失[13]。因此，雖然經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的農(nóng)業(yè)栽培管理，速效鉀在空間分布上仍受結(jié)構(gòu)性因素影響較大。變程A0是為研究區(qū)域提供了某種屬性相似范圍的一種尺度，可以用來(lái)表明土壤特性的空間自相關(guān)范圍的大小[7]。研究區(qū)土壤養(yǎng)分變異程度相差較大，從大到小依次為：速效鉀>速效磷>堿解氮>有機(jī)質(zhì)，其中，速效鉀變程距離最大為16 360 m，有機(jī)質(zhì)最小為410 m，說(shuō)明其影響因素會(huì)在不同尺度上起作用[13]。

表2 土壤養(yǎng)分含量空間變異的半方差參數(shù)

圖1 土壤養(yǎng)分的半方差函數(shù)

2.3 土壤養(yǎng)分的空間格局

基于符合正態(tài)分布的各土壤養(yǎng)分含量數(shù)據(jù)，選擇上述最優(yōu)半方差函數(shù)理論模型及相關(guān)參數(shù)運(yùn)用Kriging插值法繪制出土壤養(yǎng)分含量的空間分布圖(圖2)，并采用交叉檢驗(yàn)方法進(jìn)行評(píng)估(表3)。由表3可知，土壤養(yǎng)分的ME和MSE均接近于0，RMSE和ASE值之間較為接近，RMSSE在0.955 0～1.064 6之間，接近于1，可知土壤養(yǎng)分指標(biāo)的插值精度較高，理論模型能較好其空間結(jié)構(gòu)。由圖2可知，土壤養(yǎng)分含量在空間分布上多呈出斑塊狀格局。式中：有機(jī)質(zhì)在研究區(qū)中部略偏東地區(qū)出現(xiàn)了一個(gè)小面積斑塊狀的聚集區(qū)，主要在海努克鄉(xiāng)和納達(dá)齊牛錄鄉(xiāng)等區(qū)域，總體表現(xiàn)為東部相對(duì)較低，中西部相對(duì)較高；堿解氮在中部偏北地區(qū)相對(duì)較低，主要在孫扎齊牛錄鄉(xiāng)和綽霍爾鄉(xiāng)等區(qū)域，總體表現(xiàn)出中部相對(duì)較低，且自西向東呈現(xiàn)先減少再增加；速效磷在中部偏北相對(duì)較高，主要在孫扎齊牛錄鄉(xiāng)和堆依齊牛錄鄉(xiāng)等區(qū)域，總體表現(xiàn)為東北和西南方向上相對(duì)較低，中部偏北相對(duì)較高；速效鉀在東北、西南地區(qū)均出現(xiàn)一個(gè)連續(xù)的高值中心，主要在海努克鄉(xiāng)、扎庫(kù)齊牛錄鄉(xiāng)、愛(ài)新舍里鎮(zhèn)、納達(dá)齊牛錄鄉(xiāng)等區(qū)域，總體表現(xiàn)為中部偏北和東南方向較小范圍內(nèi)較低，西部較大范圍和東北方向上相對(duì)較高。

表3 交叉檢驗(yàn)結(jié)果

2.4 土壤養(yǎng)分與地形因子的相關(guān)關(guān)系

如表4所示，土壤有機(jī)質(zhì)與堿解氮呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(p<0.01)，與速效鉀呈顯著正相關(guān)關(guān)系(p<0.05)，速效鉀與速效磷呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(p<0.01)；土壤有機(jī)質(zhì)與高程、坡度、坡向、剖面曲率、地形起伏度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

其中，與坡度、地形起伏度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(p<0.05)；堿解氮與高程、坡向、平面曲率、剖面曲率、地形起伏度呈正相關(guān)關(guān)系，其中，與高程、地形起伏度呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(p<0.01)；速效磷與坡度、地形起伏度呈正相關(guān)關(guān)系，與平面曲率、剖面曲率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；速效鉀與坡度、地形起伏度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。綜上所述，地形因子對(duì)土壤養(yǎng)分含量的分布具有一定的影響。

圖2 研究區(qū)土壤養(yǎng)分的空間分布

項(xiàng) 目有機(jī)質(zhì)堿解氮速效磷速效鉀高程坡度坡向平面曲率剖面曲率地形起伏度有機(jī)質(zhì)1堿解氮 0.796**1速效磷-0.245 -0.163 1速效鉀0.368*0.225-0.429**1高 程-0.047 0.447**-0.046 0.0471坡 度-0.332* -0.135 0.225-0.295 -0.017 1坡 向-0.081 0.0840.0150.007-0.082 0.1591平面曲率0.2550.050-0.137 0.1870.157-0.02 -0.261 1剖面曲率-0.047 0.269-0.214 0.2570.063-0.341*-0.016 -0.095 1地形起伏度-0.101* 0.444**0.087-0.133 0.839**0.0750.1490.215-0.0761

注：*表示在p<0.05水平顯著相關(guān)； **表示在p<0.01水平極顯著相關(guān)。

2.5 土壤養(yǎng)分與地形因子的CCA分析

為了進(jìn)一步了解地形因子對(duì)土壤養(yǎng)分空間變異程度的影響，采用CCA二維排序(圖3)對(duì)其進(jìn)行分析。排序圖中矢量箭頭代表各地形因子，箭頭連線長(zhǎng)度代表土壤養(yǎng)分空間變異與某個(gè)地形因子之間的相關(guān)程度的大小，連線越長(zhǎng)，相關(guān)性越大，反之越小。箭頭連線和排序軸的夾角代表著某個(gè)地形因子與排序軸的相關(guān)性大小，夾角越小，相關(guān)性越大[23]。從第1，2排序軸平面上可以看出，坡向(Asp)、地形起伏度(Qfd)、高程(Ele)及剖面曲率(Pc)等對(duì)土壤養(yǎng)分空間變異影響較大，相關(guān)性較大，坡度(Slo)對(duì)土壤養(yǎng)分空間變異影響相對(duì)較小，相關(guān)性較?。挥袡C(jī)質(zhì)(SOM)、堿解氮(AN)及速效鉀(AK)距離質(zhì)心較近，速效磷(AP)相對(duì)距離較遠(yuǎn)，表明地形因子對(duì)土壤養(yǎng)分變異具有一定的制約性。其中，速效鉀距離質(zhì)心最近，表明其空間變異會(huì)受多個(gè)地形因素的共同影響，堿解氮主要受地形起伏度影響較為顯著。由此可以看出，高程、坡度、地形起伏度、剖面曲率等地形因子是影響土壤養(yǎng)分空間變異的主要因素。

注：有機(jī)質(zhì)(SOM)，堿解氮(AN)，速效磷(AP)，速效鉀(AK)；高程(Ele)，坡度(Slo)，坡向(Asp)，平面曲率(Hc)，剖面曲率(Pc)，地形起伏度(Qfd)。

圖3土壤養(yǎng)分與地形因子的CCA排序

3 討論與結(jié)論

(1) 研究區(qū)土壤中有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)較低，堿解氮、速效磷和速效鉀含量相對(duì)較高。不同土壤類(lèi)型其養(yǎng)分含量變化的影響因素存在顯著性差異[3,7]?；意}土是新疆伊犁河流域重要的土壤資源，是伊犁河谷典型地帶性土壤，這種土壤類(lèi)型的原始肥力相對(duì)較低，易受地形和耕作方式的影響，多數(shù)地區(qū)的有效土層薄，因而，有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)較低。而土壤中堿解氮、速效磷和速效鉀平均含量相對(duì)較高，通過(guò)實(shí)地調(diào)查得知，與近年來(lái)該區(qū)大力推廣實(shí)施“2+x”田間肥料試驗(yàn)(包括常規(guī)施肥、優(yōu)化施肥和小區(qū)施肥等多種方式)有關(guān)，因而，在一定范圍內(nèi)提高了速效養(yǎng)分含量。此外，有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀屬于中等變異，而速效磷屬于強(qiáng)變異，說(shuō)明速效磷較其他養(yǎng)分元素變異程度較大。

(2) 地統(tǒng)計(jì)分析表明，有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效磷含量的空間變異受地形、成土母質(zhì)及土壤類(lèi)型等結(jié)構(gòu)性因素以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施肥和灌溉方式等隨機(jī)性因素的共同作用；而速效鉀含量的空間分布主要受氣候、成土母質(zhì)、地形及土壤類(lèi)型等結(jié)構(gòu)性因素影響。從空間分布來(lái)看，土壤養(yǎng)分含量在空間分布上多呈出斑塊狀格局。有機(jī)質(zhì)在東部相對(duì)含量較低；堿解氮中部含量相對(duì)較低，且在東西方向上變異較強(qiáng)烈；速效磷在東北和西南方向上相對(duì)較低；速效鉀在中部偏北和東南方向上相對(duì)較低，且在東部變異較強(qiáng)烈。因此，在今后的農(nóng)業(yè)施肥過(guò)程中，可以適當(dāng)增加?xùn)|部有機(jī)肥的投入，在中部適當(dāng)增加氮素的輸入，在東北方向上適當(dāng)增加磷鉀元素的注入。

(3) 伊犁河谷典型綠洲區(qū)察布查爾縣農(nóng)業(yè)發(fā)展雖具有優(yōu)越的光熱水土資源條件，但由于地形復(fù)雜，存在較為顯著的區(qū)域差異。從土壤養(yǎng)分地形因子的相關(guān)分析可以看出，土壤堿解氮與高程和地形起伏度呈極顯著正相關(guān)，表明其空間變異受高程和地形起伏度影響較為顯著。前人研究表明，當(dāng)海拔增加時(shí)，堿解氮更易于積累，因而其含量相對(duì)會(huì)較高[13,24]；有機(jī)質(zhì)與坡度、地形起伏度呈顯著負(fù)相關(guān)，其中，與坡度的相關(guān)系數(shù)較大，表明隨著坡度的增加會(huì)造成有機(jī)質(zhì)的流失，因而，在坡度較大區(qū)域，有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)較低，這與傅濤等[25]人的研究結(jié)果較為一致；速效鉀與平面曲率、剖面曲率呈正相關(guān)關(guān)系，且距質(zhì)心最近，說(shuō)明其空間變異受地形因子影響較為顯著，在彎曲度形成的凹形地形會(huì)利于鉀元素的積累[17]。因此，可以得出高程、坡度、地形起伏度、剖面曲率等是影響該區(qū)土壤養(yǎng)分空間變異的主要地形因子。此外，人為長(zhǎng)期重視大量施用氮磷鉀肥[26]，輕有機(jī)肥的施用，部分地區(qū)大水漫灌現(xiàn)象突出，使得土壤養(yǎng)分在空間分布上呈現(xiàn)出明顯的差異。綜上所述，影響該區(qū)土壤養(yǎng)分的空間變異是地形、土壤類(lèi)型、施肥及灌溉方式等共同作用而引起的。

綜上所述，本文僅初步分析了察布查爾縣農(nóng)耕層土壤養(yǎng)分空間變異特征及其與地形因子的相關(guān)關(guān)系，對(duì)于如何改進(jìn)和調(diào)整區(qū)域施肥的合理比例、施肥小區(qū)的劃定以及土肥合理利用的有效途徑等還有待于進(jìn)一步研究。此外，不同尺度下土壤養(yǎng)分空間變異與地形因子間的相關(guān)關(guān)系亦不相同，本研究的研究區(qū)域較小，僅從小尺度區(qū)域上分析了土壤養(yǎng)分空間變異與地形因子之間的相關(guān)性，未來(lái)還需對(duì)大尺度區(qū)域內(nèi)土壤養(yǎng)分空間變異與地形因子的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行更深地研究和思考。