崇州市耕地土壤養(yǎng)分空間變異特征分析

孫 娟，鐘文挺，謝麗紅，何玉亭，李 浩，蔡梣儀，張 成，楊 杰

(成都市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，四川 成都 610041)

土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最基本的生產(chǎn)資料，其養(yǎng)分受諸如地形、氣候、成土母質(zhì)、土壤類型等自然因素和施肥、耕作及種植制度等人為活動(dòng)的多方影響[1]，具有空間上的高度變異性，嚴(yán)重影響人類對(duì)土壤資源的合理利用及管理[2]，因此研究土壤養(yǎng)分空間變異特征對(duì)指導(dǎo)農(nóng)民科學(xué)施肥、推進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展意義重大。崇州市是四川省優(yōu)質(zhì)糧油生產(chǎn)功能區(qū)，具有“西蜀糧倉(cāng)”的美譽(yù)，掌握其耕地土壤養(yǎng)分空間變異狀況對(duì)保障糧食安全至關(guān)重要。但目前關(guān)于該地區(qū)的相關(guān)研究較少，故本文以崇州市為研究對(duì)象，采用GIS技術(shù)，探索土壤養(yǎng)分空間變異規(guī)律，為當(dāng)?shù)氐耐寥鲤B(yǎng)分有效利用、農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

崇州市位于成都市西部，地處103°07'E～103°49'E、30°30'N～30°53'N之間，行政區(qū)劃為1個(gè)街道18個(gè)鎮(zhèn)6個(gè)鄉(xiāng)，總面積約1090.17km2。崇州市境內(nèi)山地、丘陵、平原地貌類型均有，平壩居多，占全市總面積的52.9%，地勢(shì)東南低，西北高。其氣候?qū)賮啛釒駶?rùn)季風(fēng)氣候，年均氣溫15.9℃，平均降水量1012.4mm，雨量充沛，日照偏少，無(wú)霜期較長(zhǎng)。轄區(qū)土壤類型主要為水稻土，糧食作物以水稻、小麥、油菜為主。

1.2 土壤采樣與測(cè)定

研究所用的995個(gè)土壤樣點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)源于2017年成都市耕(園)地質(zhì)量普查。該次普查通過(guò)GPS定位，運(yùn)用“S”形取樣法，以30hm2左右的耕地面積為單位布設(shè)樣點(diǎn)，于作物收獲期對(duì)耕層土壤(0～20cm)進(jìn)行多點(diǎn)混合采樣，并就每個(gè)樣點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)、土壤類型、土地利用類型及對(duì)應(yīng)農(nóng)作物類型進(jìn)行了記錄，樣點(diǎn)分布如圖1所示。所采集土壤樣品經(jīng)風(fēng)干、雜物剔除、過(guò)網(wǎng)篩選入瓶后，由具備省級(jí)以上計(jì)量認(rèn)證資質(zhì)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)按照全國(guó)第二次土壤普查檢測(cè)方法完成土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀的測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

利用SPSS22.0對(duì)土壤樣點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行箱型分析，通過(guò)3倍標(biāo)準(zhǔn)差原則進(jìn)行異常值剔除[2]，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析。運(yùn)用ArcGIS10.2對(duì)養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行半方差函數(shù)和克里格插值分析，并按照全國(guó)第二次土壤普查標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行土壤養(yǎng)分豐缺度評(píng)價(jià)，通過(guò)ArcGIS10.2分區(qū)統(tǒng)計(jì)和柵格賦值，生成土壤養(yǎng)分空間分布圖。

全國(guó)第二次土壤普查標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中，1～6級(jí)土壤養(yǎng)分指標(biāo)依次表示很豐富、豐富、中等、缺乏、很缺乏、極缺乏，詳見表1。

表1 土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分描述性統(tǒng)計(jì)分析

從表2中可知，研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)均值29.61g/kg，全氮、有效磷、速效鉀含量均值分別為1.88g/kg，18.09mg/kg，56.90mg/kg，其中有機(jī)質(zhì)、有效磷平均含量處于中等水平，全氮達(dá)到豐富水平，而速效鉀為缺乏水平。4種養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)的變異系數(shù)介于31.51%～66.35%，屬于中等變異強(qiáng)度，變異系數(shù)排序?yàn)橛行Я?速效鉀>有機(jī)質(zhì)>全氮，說(shuō)明研究區(qū)土壤有效磷、速效鉀含量差異較大，有機(jī)質(zhì)、全氮含量差別不大。其原因是土壤有效磷、速效鉀為速效養(yǎng)分，具有較強(qiáng)遷移性，更容易受施肥、耕作等人為活動(dòng)影響[3]。土壤全氮數(shù)據(jù)均成正態(tài)分布，有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀數(shù)據(jù)經(jīng)對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換后符合正態(tài)分布。

2.2 土壤養(yǎng)分空間結(jié)構(gòu)分析

崇州市土壤養(yǎng)分半方差函數(shù)模型參數(shù)見表3。研究區(qū)除土壤全氮最適宜模型為高斯模型外，其它土壤養(yǎng)分最適宜模型均為指數(shù)模型。研究中土壤有效磷塊金值較其它3種養(yǎng)分高，說(shuō)明其受人為因素影響更大。有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀的塊基比在55.56%～67.77%之間，表明土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀均為中等程度的空間相關(guān)性，其變異受結(jié)構(gòu)性因素(成土母質(zhì)、地形、土壤類型等)和隨機(jī)因素(人類活動(dòng)等)共同作用[4]。土壤有效磷塊基比大于75%，空間相關(guān)性較弱，說(shuō)明引起土壤有效磷空間變異的因素主要為人為活動(dòng)。土壤有機(jī)質(zhì)、全氮的變程大于有效磷和速效鉀，表明前者自相關(guān)性較強(qiáng)的空間范圍大于后者。

表2 研究區(qū)土壤養(yǎng)分描述性統(tǒng)計(jì)特征值

表3 研究區(qū)土壤養(yǎng)分半方差函數(shù)特征參數(shù)

2.3 土壤養(yǎng)分空間分布特征

本研究采用普通克里格插值法對(duì)崇州市有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀數(shù)據(jù)進(jìn)行空間插值，插值交叉驗(yàn)證結(jié)果見表4。研究區(qū)4種土壤養(yǎng)分交叉驗(yàn)證結(jié)果中平均值誤差趨近于0，均方根誤差和平均標(biāo)準(zhǔn)誤差接近，標(biāo)準(zhǔn)均方根誤差接近1，表明驗(yàn)證結(jié)果總體上較為可信[5]。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)全國(guó)第二次土壤普查養(yǎng)分含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，利用ArcGis10.2對(duì)崇州市4種養(yǎng)分進(jìn)行了柵格賦值、分級(jí)。

崇州市土壤養(yǎng)分空間等級(jí)變化情況見圖2。土壤有機(jī)質(zhì)等級(jí)以中等到豐富水平居多，囊括了研究區(qū)所有鄉(xiāng)鎮(zhèn)；懷遠(yuǎn)鎮(zhèn)、公議鄉(xiāng)部分土壤有機(jī)質(zhì)達(dá)到很豐富水平；有機(jī)質(zhì)缺乏土壤主要分布在錦江鄉(xiāng)、羊馬鎮(zhèn)、三江鎮(zhèn)、廖家鎮(zhèn)、梓潼鎮(zhèn)、街子鎮(zhèn)等東部和北部地區(qū)。土壤全氮方面，除三江鎮(zhèn)少量區(qū)域土壤全氮含量缺乏外，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)均在中等到很豐富水平，且以豐富-很豐富水平為多。土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量等級(jí)分布在空間上表現(xiàn)有一定的相似性，其中，土壤全氮中等含量區(qū)域與有機(jī)質(zhì)含量缺乏地區(qū)大體相當(dāng)；有機(jī)質(zhì)含量中等的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，其土壤全氮大多表現(xiàn)為豐富，這可能與土壤全氮和有機(jī)質(zhì)含量正相關(guān)有關(guān)[6]。

表4 研究區(qū)土壤養(yǎng)分插值交叉驗(yàn)證結(jié)果

土壤有效磷主要呈中等水平，懷遠(yuǎn)鎮(zhèn)、三江鎮(zhèn)、崇平鎮(zhèn)等地有少量土壤有效磷含量豐富，土壤有效磷含量缺乏區(qū)域則主要集中在錦江鄉(xiāng)、隆興鎮(zhèn)、燎原鄉(xiāng)、崇陽(yáng)鎮(zhèn)、道明鎮(zhèn)。土壤速效鉀含量整體偏低，處于缺乏或很缺乏水平，這與董琴[7]等對(duì)成都平原西部土壤速效鉀含量剖面分布特征的研究結(jié)果一致。

總體而言，本次研究中崇州市土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀空間變異規(guī)律具有一致性，均表現(xiàn)為西南部?jī)?yōu)于東北部區(qū)域，而土壤有效磷空間分布上較為復(fù)雜，無(wú)明顯規(guī)律。

3 結(jié)論

(1)研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量中等到豐富水平居多，全氮含量大多為豐富及以上水平，有效磷含量總體在中等水平，速效鉀含量則普遍偏低，屬于缺乏或較缺乏。土壤有效磷塊基比為76.92%，空間變異主要受人為活動(dòng)影響。其余3種養(yǎng)分塊基比為55.56%～67.77%，其變異受結(jié)構(gòu)性因素和隨機(jī)因素共同作用。該區(qū)域在施肥上應(yīng)注意用量的合理和方式的轉(zhuǎn)變。一是增施有機(jī)肥，加大秸稈還田力度，資源化利用農(nóng)業(yè)廢棄物等。二是減施氮肥，均衡施用磷肥，適當(dāng)增施鉀肥，做到合理施用。

(2)研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀在空間分布上具有一致性，呈現(xiàn)出西南區(qū)域優(yōu)于東北區(qū)域的規(guī)律，土壤有效磷空間分布相對(duì)復(fù)雜，無(wú)明顯規(guī)律。從事農(nóng)事活動(dòng)期間，應(yīng)注意對(duì)研究區(qū)東北部耕地土壤進(jìn)行培肥和改良。