旱地兩熟區(qū)耕地土壤大量元素比值變化研究

石巖

摘? ?要：耕地作為維持人類生產(chǎn)生活的重要自然資源，其質(zhì)量關(guān)系到農(nóng)作物安全及農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。在旱地兩熟區(qū)有機(jī)質(zhì)、全氮及有效磷含量等數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，以研究區(qū)縣域尺度為評(píng)價(jià)單元，運(yùn)用克里金插值法，分析全國(guó)第二次土壤普查時(shí)期到全國(guó)測(cè)土配方時(shí)期研究區(qū)氮磷比與碳氮比變化情況，旨在為研究區(qū)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)等方面的研究提供借鑒意義。

關(guān)鍵詞：旱地兩熟區(qū);耕地;土壤;大量元素;比值;變化

文章編號(hào)： 1005-2690（2019）06-0160-01? ? ? ?中圖分類號(hào)： S158? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： B

耕地是保障我國(guó)人民生產(chǎn)生活的基本農(nóng)業(yè)要素，其經(jīng)過長(zhǎng)期高強(qiáng)度、超負(fù)荷的使用，逐漸凸顯出耕地土壤肥力退化和相關(guān)環(huán)境污染等問題，影響耕地質(zhì)量與數(shù)量的平衡，制約我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。目前，我國(guó)擁有全球約7%的耕地占有量，化肥和農(nóng)藥的施用量占比卻高達(dá)35%，且耕地污染超標(biāo)率達(dá)到19.4%，耕地質(zhì)量及糧食安全等問題已引起全國(guó)人民的廣泛關(guān)注。面對(duì)嚴(yán)峻的耕地資源現(xiàn)狀，隨著城市化進(jìn)程加快，耕地?cái)?shù)量和質(zhì)量總體下降的狀況對(duì)人民生活和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展形成巨大的阻力。

1? ?研究區(qū)概況

旱地兩熟區(qū)采樣區(qū)域較廣泛，本研究區(qū)選取北京、天津、河北、山西、陜西、山東、河南、四川、云南、江蘇和安徽11個(gè)省市。華北平原是中國(guó)第二大平原，地勢(shì)多在海拔50 m以下。西北黃土高原位于黃土堆積區(qū)，地勢(shì)海拔介于1 000～2 000 m，年平均降水量466 mm。華東江淮丘陵地區(qū)主要包括丘陵和部分平原等地貌類型，地勢(shì)海拔多在100～300 m。西南丘陵旱地地區(qū)主要包括丘陵、盆地和高原山地等地貌類型，地勢(shì)海拔多在500～2 000 m，主要農(nóng)作物類型為水稻、小麥和玉米等糧食作物與茶葉、油菜和甘蔗等經(jīng)濟(jì)作物。

2? ?研究方法及數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)以全國(guó)第二次土壤普查土種基本信息數(shù)據(jù)庫(kù)（1980—1996）、《全國(guó)配方土壤基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（2005—2014）》及各?。ㄊ校┱y(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站等電子與紙質(zhì)資料為準(zhǔn)。耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)單元按照縣域尺度劃分，共1 010個(gè)耕地評(píng)價(jià)單元。

本文主要運(yùn)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)及經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)等方法進(jìn)行研究，其中，地統(tǒng)計(jì)學(xué)選擇克里金插值法，其是一種在數(shù)學(xué)上可對(duì)所研究的對(duì)象提供最佳線性無偏估計(jì)（某點(diǎn)處的確定值）的方法。它考慮了信息樣品的形狀、大小及與待估計(jì)塊段相互間的空間位置等幾何特征以及品位的空間結(jié)構(gòu)之后，為達(dá)到線性、無偏和最小估計(jì)方差的估計(jì)，而對(duì)每一個(gè)樣品賦予一定的系數(shù)，最后進(jìn)行加權(quán)平均來估計(jì)塊段品位的方法。但它仍是一種光滑的內(nèi)插方法，在數(shù)據(jù)點(diǎn)多時(shí)，其內(nèi)插的結(jié)果可信度較高。而克里金插值的方式有多種（如普通克里金法、簡(jiǎn)單克里金法、泛克里金法），本文通過預(yù)測(cè)的誤差分析選取各指標(biāo)最優(yōu)的插值方法模型。

3? ?結(jié)果與分析

目前旱地兩熟區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量介于3.37～66.17 g/kg，土壤養(yǎng)分中全氮含量介于0.15～5.45 g/kg，有效磷含量介于4.00～74.30 mg/kg。土壤氮磷比值介于6.06～291.23，平均比值71.98，整體較高，表明土壤氮、磷養(yǎng)分失衡現(xiàn)象突出。

我國(guó)目前仍沿用、本研究中土壤碳氮比參考Van Bemmelen因數(shù)（1.724），即碳氮比是0.58倍的有機(jī)質(zhì)與全氮的比值，3種土壤養(yǎng)分均表現(xiàn)出正偏態(tài)的分布特征，比值進(jìn)行空間統(tǒng)計(jì)學(xué)分析時(shí)需進(jìn)行數(shù)據(jù)變換處理。

根據(jù)兩期土壤氮磷比可知，旱地兩熟區(qū)土壤有效磷含量增加速度遠(yuǎn)高于土壤全氮的增速，得到的土壤氮磷比整體呈現(xiàn)出快速下降的趨勢(shì)。二普時(shí)期（1980—1996年），旱地兩熟區(qū)市域土壤氮磷比普遍介于（150～430）∶1，而到了全國(guó)測(cè)土配方時(shí)期（2005—2014年），研究區(qū)土壤氮磷比普遍介于（30～140）∶1。30多年間，旱地兩熟區(qū)土壤氮磷比呈現(xiàn)出高比值區(qū)域下降幅度較大，相對(duì)低比值區(qū)域變化幅度較小，旱地兩熟區(qū)氮磷比變化逐漸趨于均勻化發(fā)展。

根據(jù)兩期土壤碳氮比可知，旱地兩熟區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量增加速度高于土壤全氮增速，土壤碳氮比值總體不斷提高。全國(guó)二普時(shí)期市域耕地土壤碳氮比普遍介于3～10，全國(guó)測(cè)土配方時(shí)期耕地土壤碳氮比普遍介于9～15，旱地兩熟區(qū)30多年間土壤碳氮比增加趨勢(shì)明顯，二普時(shí)期較低的碳氮比值趨于增加速度較快，二普時(shí)期高值區(qū)域增長(zhǎng)速度緩慢，耕地土壤碳氮比逐漸形成均勻化變化趨勢(shì)。

4? ?結(jié)論

本研究在耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中以大量元素為基礎(chǔ)展開研究，在30多年間旱地兩熟區(qū)耕地土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮及有效磷不斷增加，運(yùn)用克里金插值法評(píng)價(jià)研究區(qū)氮磷比與碳氮比的時(shí)空變化情況，有利于研究區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)科學(xué)化發(fā)展。其中，全國(guó)測(cè)土配方時(shí)期，云南省南部的西雙版納氮磷比最高，河北及山東兩省整體氮磷比較低;云南省昆明市、陜西省榆林市等碳氮比最高，安徽及江蘇兩省整體碳氮比較低。

（收稿日期：2019-05-15）