獼猴桃種植區(qū)土壤有機質(zhì)空間分布特征分析

李廣文 鮑鋒 劉成 趙德芳 王亞妮

(西安文理學(xué)院生物與環(huán)境工程學(xué)院，陜西 西安 710065)

有機質(zhì)在土壤肥力中起著重要作用，一定程度上影響著植被的生長并在改善土壤理化性質(zhì)中具有重要作用。同時，在環(huán)境的保護(hù)與治理、農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展方面，土壤有機質(zhì)也有著重要意義。因此，區(qū)域土壤有機質(zhì)的空間分布特征是發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、探索環(huán)境治理與保護(hù)方法、進(jìn)行科學(xué)環(huán)境決策、制定切實可行生態(tài)環(huán)境政策等的重要依據(jù)。但因人類社會的發(fā)展，尤其是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的變遷，土壤有機質(zhì)的空間分布特征與自然狀態(tài)下的空間分布特征差異顯著。土壤有機質(zhì)作為土壤參數(shù)中的重要評判指標(biāo)，土壤有機質(zhì)空間變異一直是國內(nèi)外眾多地理地質(zhì)學(xué)者研究探索的熱點與重點[1]。對土壤有機質(zhì)進(jìn)行調(diào)查與評估時，國外學(xué)者多采用克里金插值法與傳統(tǒng)地統(tǒng)計學(xué)法相結(jié)合的方式綜合分析土壤有機質(zhì)的變異性[2-4]。我國對土壤空間異質(zhì)性的研究已形成了相對完整的計算系統(tǒng)。對土壤有機質(zhì)的空間特征分布主要是利用采樣的散點進(jìn)行空間插值來進(jìn)一步擴(kuò)展到面，從而實現(xiàn)土壤有機質(zhì)的空間分布，其中數(shù)據(jù)處理方法[5,6]又有不同的研究。本文以陜西獼猴桃種植區(qū)為切入點，研究分析該種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式下土壤有機質(zhì)的空間分布特征，為該地區(qū)研究解決種植獼猴桃過程中出現(xiàn)的問題提供可靠依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)地處秦嶺與渭水之間，關(guān)中平原中部，地理坐標(biāo)為E107°39′～108°46′，N33°42′～34°16′，總面積4256km2。屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，地勢南高北低，依據(jù)地形可劃分為山區(qū)、山前坡地及平原3個不同的自然區(qū)域。山區(qū)以林地為主，山前坡地和平原區(qū)以耕地為主。

2 樣品的采集與分析

在對研究區(qū)進(jìn)行采樣時，依據(jù)地形地貌，選取北部的山前坡地和平原區(qū)耕地為研究區(qū)域，進(jìn)行均勻布點。土壤樣品采集時間為2021年4—5月，設(shè)定采樣點共43個，進(jìn)行樣點采集時，研究所選擇的耕地土壤深度為0～20cm的表層土壤和20～40cm的下層土壤。采樣總計86個，具體分布如圖1所示。

圖1 研究采樣點位圖

2.1 野外采樣及處理

對周至縣、鄠邑區(qū)進(jìn)行均勻布點，采集的土樣深度為0～20cm的表層土壤和20～40cm的下層土壤。采集土樣的方法為5點采樣法，即每個樣點的范圍大小為4m×4m的樣方，在每個采樣點周圍以S型方式取4個點，混合土樣，使每個采樣點的土壤重量為300～500g，裝入塑封袋中帶回實驗室進(jìn)行后續(xù)分析。在進(jìn)行土壤采樣的同時利用手機GPS記錄相對應(yīng)的采樣點經(jīng)緯度，并在所對應(yīng)的樣品收集袋上使用油性筆進(jìn)行標(biāo)記處理。記錄樣點周圍的環(huán)境情況，如土壤類型、植被覆蓋情況、采樣點編號、地形等各種要素，方便后續(xù)實驗的處理與數(shù)據(jù)分析。土壤樣本的采集時間為2021年4月，采集時間范圍為2周，共采集周至縣和鄠邑區(qū)的土壤樣點43個。每個樣點取0～20cm和20～40cm 2個土層的土樣，共計86個土樣。

2.2 有機質(zhì)含量的測定

樣品帶回進(jìn)行室內(nèi)實驗，使用實驗室內(nèi)的烘箱，在恒溫60℃條件下進(jìn)行48h烘干處理。在烘干結(jié)束后對土樣進(jìn)行研磨，研磨前挑出土樣中的草根、碎石塊等其它雜物。將烘干且挑出雜物的土樣過2mm尼龍篩網(wǎng)，制作土樣。采用重鉻酸鉀法測出各土樣的有機質(zhì)含量。

3 研究區(qū)土壤有機質(zhì)含量分析

3.1 研究區(qū)土壤有機質(zhì)含量的統(tǒng)計特征

運用SPSS統(tǒng)計學(xué)軟件對周至縣鄠邑區(qū)的研究區(qū)土壤有機質(zhì)含量進(jìn)行分析和正態(tài)分布檢驗。結(jié)果表明，周至縣鄠邑區(qū)的研究區(qū)第1層，即0～20cm表層土壤有機質(zhì)含量為9.98～35.85g·kg-1，平均值為21.7g·kg-1，標(biāo)準(zhǔn)偏差為6.3g·kg-1；由此可以看出，周至縣鄠邑區(qū)的研究區(qū)第1層土壤有機質(zhì)差別較大。參考全國土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)中土壤有機質(zhì)含量分級標(biāo)準(zhǔn)(有機質(zhì)含量百分?jǐn)?shù)在0.6以下為極缺、0.6～1為缺乏、1～2為中下、2～3為中上、3～4豐富、4以上為極其豐富)可以得出，周至縣鄠邑區(qū)的研究區(qū)的土壤有機質(zhì)含量為國家土壤養(yǎng)分分級評價中土壤有機質(zhì)含量為中上。其變異系數(shù)為29.0%，根據(jù)變異系數(shù)等級劃分，在10%～100%變異為中等變異，這表明大興安嶺地區(qū)的有機質(zhì)含量變異屬于中等變異，適合對其進(jìn)行空間插值。第2層，即20～40cm土壤有機質(zhì)含量為9.16～3.48g·kg-1，平均值為16.4g·kg-1，標(biāo)準(zhǔn)偏差為6.0g·kg-1，如表1所示?？梢缘弥?，第2層土壤有機質(zhì)含量在國家土壤養(yǎng)分分級評價中土壤有機質(zhì)含量仍為中上。變異系數(shù)為36.7%，同樣適合進(jìn)行空間插值。

表1 研究區(qū)土壤有機質(zhì)統(tǒng)計描述

3.2 研究區(qū)土壤有機質(zhì)的空間趨勢分析

為了揭示周至縣鄠邑區(qū)的研究區(qū)土壤有機質(zhì)含量在空間方向(經(jīng)度方向和緯度方向)的總體特征。使用ArcGIS 10.6軟件地統(tǒng)計分析模塊中的數(shù)據(jù)探索分析功能得到周至縣鄠邑區(qū)的研究區(qū)土壤有機質(zhì)含量的空間趨勢圖。由趨勢圖可知，周至縣鄠邑區(qū)的研究區(qū)第1土層土壤有機質(zhì)含量在緯線方向的趨勢性不明顯，而在經(jīng)線方向具有明顯的兩頭低中間高的趨勢，表現(xiàn)出二階曲線的特征，如圖2所示。第2土層在經(jīng)線方向和緯線方向皆呈鐘形趨勢，表現(xiàn)出二階曲線的特征，如圖3所示。在使用半方差函數(shù)分析功能時，在去除的趨勢一欄中勾選二次趨勢的選項，去除該趨勢，獲得模型會更加準(zhǔn)確。

圖2 研究區(qū)第1層土壤有機質(zhì)的空間變化趨勢圖(不同角度)

圖3 研究區(qū)第2層土壤有機質(zhì)的空間變化趨勢(不同角度)

4 研究區(qū)土壤有機質(zhì)的空間分布特征

從圖4可以看出，該地區(qū)第1層土壤有機質(zhì)分布特征大致為高值中心與低值中心相間分布。其中，又以鄠邑區(qū)西南部為最大值，但鄠邑區(qū)東北部有機質(zhì)含量同時也達(dá)到最低，基本<2%。表明鄠邑區(qū)土壤有機質(zhì)含量在東北-西南方向變化較大。相比之下，周至縣土壤有機質(zhì)分布相對均勻，大部分地區(qū)含量在2%～3%。由于大量獼猴桃種植園的分布，土壤有機質(zhì)含量被人為地控制在最適宜獼猴桃生長的范圍。而在研究區(qū)中部，耿峪河與赤峪河流域土壤有機質(zhì)含量明顯呈現(xiàn)下降趨勢，產(chǎn)生1個低值中心。就整體而言，越靠近秦嶺土壤有機質(zhì)含量越高，即土壤有機質(zhì)含量由南向北逐漸減少。研究區(qū)北部大致以渭河為邊界，有機質(zhì)含量普遍較低，實地采樣時觀察到，該地土壤多為沙壤。土壤結(jié)構(gòu)與質(zhì)地較差，加之水資源充足，易發(fā)生有機質(zhì)的機械流失，導(dǎo)致土壤有機質(zhì)含量降低。

圖4 研究區(qū)土壤有機質(zhì)預(yù)測分布圖

第2層20～40cm土層的土壤有機質(zhì)含量普遍小于第1層0～20cm土層有機質(zhì)的含量。表層土壤有機質(zhì)含量受人為施肥與動植物殘體影響較大，有機質(zhì)較高屬于正?，F(xiàn)象。該層有機質(zhì)分布特征主要是在周至縣和鄠邑區(qū)各有1個高值中心，并向四周逐漸降低。其中又以鄠邑區(qū)中西部為最大值區(qū)域，并且大致以同心圓方式向四周降低。該區(qū)域雖有機質(zhì)含量較高，但下降較快，表現(xiàn)為等值線較為密集。而周至縣第2層土壤有機質(zhì)總體含量與第1層一致都不高，且分布較為均勻，表現(xiàn)為等值線稀疏。耿峪河與赤峪河流域為土壤有機質(zhì)含量低值區(qū)，但該層土壤有機質(zhì)含量最低值出現(xiàn)在鄠邑區(qū)東北角。該地為澇峪河匯入渭河的交界地區(qū)，水資源豐富且交通便利，農(nóng)業(yè)利用較好，導(dǎo)致有機質(zhì)含量下降十分顯著。為保障該地農(nóng)業(yè)的高效產(chǎn)出，應(yīng)格外重視土壤肥力的保持，合理增施有機肥。

5 結(jié)論

研究區(qū)土壤有機質(zhì)含量為9.16～35.85g·kg-1；表層土壤有機質(zhì)含量高于下層；整體從南向北呈現(xiàn)出減少趨勢。第1層土壤有機質(zhì)分布在緯線方向存在2個高值中心和2個低值中心且呈現(xiàn)相間分布特征，經(jīng)線方向上由南向北逐漸遞減。研究區(qū)第2層土壤有機質(zhì)分布在周至縣與鄠邑區(qū)各有1個高值中心，向四周逐漸降低，上下2層高低值中心保持一致。土壤有機質(zhì)的缺乏主要由于施肥量的不足或土壤本身性質(zhì)引起[8]，本區(qū)域土壤有機質(zhì)含量較低區(qū)域多處于河谷兩側(cè)，沙里含量較高，土質(zhì)疏松，有機質(zhì)容易流失。今后在農(nóng)業(yè)耕種中應(yīng)多注重土壤質(zhì)地改善，增強土壤保水保肥性，采取秸稈還田,施加農(nóng)家肥、有機肥等措施，提高土壤有機質(zhì)含量。