基于地統(tǒng)計(jì)學(xué)的植煙土壤碳氮含量空間變異性研究

摘要：有機(jī)碳和全氮含量是影響土壤肥力與作物產(chǎn)量的重要土壤因子，區(qū)域內(nèi)土壤碳氮含量的分布情況直接影響作物生產(chǎn)。通過(guò)解析云南省保山市煙區(qū)土壤碳氮含量空間分布情況，為區(qū)域植煙土壤肥力改良和優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。對(duì)保山市5縣（區(qū)）72個(gè)植煙土壤點(diǎn)進(jìn)行采樣，測(cè)定土壤容重、田間持水量、土壤含水量、土壤酸堿度、有效土層厚度、土壤全氮含量和土壤有機(jī)碳含量等7項(xiàng)指標(biāo)，采用徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和克里格法建立土壤碳氮含量與土壤理化因子間的相關(guān)關(guān)系，預(yù)測(cè)土壤有機(jī)碳含量和全氮含量的空間分布特征。土壤碳氮含量與理化指標(biāo)間的相關(guān)性分析表明，土壤全氮含量與土壤容重、土壤pH值呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（Plt;0.05），相關(guān)系數(shù)分別為 -0.235、-0.170；土壤有機(jī)碳含量與田間持水量、土壤含水量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（Plt;0.01），相關(guān)系數(shù)分別為0.555和0.452；土壤有機(jī)碳含量與土壤pH值呈顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.190；土壤有機(jī)碳含量與土壤容重呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.636；土壤碳氮關(guān)系可用線性回歸方程y=10.69+4.37x（r2=0.137，n=72）表示；土壤平均全氮含量2.01 g/kg，土壤平均有機(jī)碳含量為33.60 g/kg，土壤平均碳氮比為16.71。徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型較多元回歸模型對(duì)驗(yàn)證樣點(diǎn)土壤全氮含量和有機(jī)碳含量的預(yù)測(cè)值與實(shí)際觀測(cè)值的相關(guān)系數(shù)分別提高0.037和0.031，表明土壤理化因子與土壤碳氮含量之間的復(fù)雜關(guān)系能夠通過(guò)徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型更準(zhǔn)確地描述出來(lái)；47個(gè)驗(yàn)證點(diǎn)預(yù)測(cè)結(jié)果誤差分析表明，與普通克里格法和回歸克里格法相比，徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和普通克里格法相結(jié)合的方法明顯減低了土壤有機(jī)碳和全氮含量預(yù)測(cè)結(jié)果的平均絕對(duì)誤差、均方根誤差和平均相對(duì)誤差。保山市5縣（區(qū)）土壤碳氮含量由北向南存在明顯差異，相關(guān)性分析結(jié)果表明，植煙區(qū)內(nèi)的土壤理化因子對(duì)土壤有機(jī)碳含量和全氮含量的影響較大。因此，在烤煙生產(chǎn)上，應(yīng)根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果因地制宜，針對(duì)不同區(qū)域制定施肥方案，合理調(diào)控有機(jī)肥和氮肥的施用，保障烤煙高質(zhì)量生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：地統(tǒng)計(jì)學(xué)；土壤碳氮含量；空間分布；徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；變異性

中圖分類號(hào)：S572.06" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2024）04-0231-08

收稿日期：2023-08-17

基金項(xiàng)目：云南省煙草公司科技計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（編號(hào)：2020530000241021）；云南省科技計(jì)劃重大科技專項(xiàng)（編號(hào)：202202AE090015）。

作者簡(jiǎn)介：周旭東（1999—），男，云南昆明人，碩士研究生，研究方向?yàn)橘Y源利用與植物保護(hù)。E-mail：1018595481@qq.com。

通信作者：楊佩文，博士，研究員，主要從事土傳病害防控技術(shù)研究。E-mail：398036877@qq.com。

土壤有機(jī)碳和全氮是土壤質(zhì)量、土壤肥力的物質(zhì)基礎(chǔ)，是植物養(yǎng)分的重要來(lái)源和保障陸地生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)利用的關(guān)鍵因子［1-3］。然而，氣候變化、土地類型等自然條件以及土地利用、耕作管理等人為因素直接或間接地影響土壤碳氮的空間分布，導(dǎo)致土壤肥力區(qū)域分布不均勻、肥力指標(biāo)區(qū)域間差異性大等問(wèn)題，嚴(yán)重削弱了特定區(qū)域內(nèi)土壤生產(chǎn)力的持續(xù)性［4-5］。研究植煙區(qū)土壤碳氮空間變異規(guī)律，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其空間分布特征，對(duì)指導(dǎo)植煙區(qū)土壤養(yǎng)分管理，促進(jìn)煙草產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展具有重要意義。

隨著地統(tǒng)計(jì)學(xué)的飛速發(fā)展，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中土壤養(yǎng)分與土壤理化性質(zhì)、地形氣候條件等因素的相關(guān)性特征對(duì)全球碳氮循環(huán)的效應(yīng)已成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)之一。開(kāi)展區(qū)域土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)，分析預(yù)測(cè)土壤碳氮空間分布的變異性是土地資源可持續(xù)利用的重要組成部分。利用樣點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間插值分析，由于只考慮了土壤碳氮的空間自相關(guān)，不能很好地反映土壤碳氮與土壤物理指標(biāo)和其他化學(xué)指標(biāo)之間的關(guān)系，因而很難精確地揭示復(fù)雜環(huán)境下土壤碳氮的空間分布規(guī)律［6-7］。例如，利用普通克里格法、回歸克里格法和多元線性回歸法等方法對(duì)土地碳氮空間變化進(jìn)行了大量的分析研究，并將其與土壤的空間自相關(guān)性及土壤理化指標(biāo)之間的異相關(guān)性進(jìn)行分析［8-11］。已有的研究結(jié)果顯示，不同類型的土壤物理指標(biāo)與pH值、土壤碳氮含量之間存在顯著相關(guān)關(guān)系，而采用克里格法和多元線性回歸法無(wú)法較好地反映出不同的土壤物理指標(biāo)與pH值、土壤碳氮含量之間的相互影響［12-13］。因此，如何準(zhǔn)確確定土壤碳氮分布和土壤物理指標(biāo)及pH值的變化關(guān)系，還需要進(jìn)行更深入的研究。徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是一種基于計(jì)算機(jī)模擬生物機(jī)制的分析方法，該方法利用較強(qiáng)的非線性計(jì)算能力和詳述性，建立并準(zhǔn)確解釋目標(biāo)變量與多元環(huán)境因子間的復(fù)雜非線性映射關(guān)系，已在土壤養(yǎng)分空間分布特征規(guī)律分析預(yù)測(cè)中受到廣泛應(yīng)用［5，8，14-15］。

目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于土壤碳氮空間分布的研究主要集中在濕地、森林、草原、平原、河谷等陸地生態(tài)系統(tǒng)，對(duì)區(qū)域尺度下的植煙土壤碳氮空間分布特征規(guī)律尚未有系統(tǒng)研究。為此，本研究以云南省保山煙區(qū)為研究對(duì)象，基于土壤碳氮空間分布的相關(guān)性特征，結(jié)合土壤理化因子，采用徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和克里格法系統(tǒng)分析該區(qū)域土壤有機(jī)碳和全氮的空間分布格局，以期為區(qū)域植煙土壤合理施肥、優(yōu)質(zhì)烤煙種植及可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 "研究區(qū)域概況

保山市位于云南省西部（98°25′～100°02′E，24°08′～25°51′N），地勢(shì)由西北向東南延伸傾斜，海拔535～3 780 m，屬低緯山地亞熱帶季風(fēng)氣候，具有獨(dú)特的立體氣候條件，年平均氣溫15.5 ℃，年降水量700～2 100 mm。土壤類型主要有紅壤、紫色土、黃棕壤、石灰性土和水稻土，宜于優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)。保山市是云南省重要的優(yōu)質(zhì)煙區(qū)之一，對(duì)于行業(yè)發(fā)展具有重要影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年全市煙草種植總面積約2.83萬(wàn)hm2，收購(gòu)煙葉總量5.725萬(wàn)t。

1.2 土壤樣品采集與分析測(cè)定

2021年4月在云南省保山煙區(qū)的基本煙田采用全球定位系統(tǒng)（GPS）定位技術(shù)進(jìn)行定位取樣（98°28′42″～99°41′02″E，24°28′31″～25°33′06″N），采集點(diǎn)均種植烤煙達(dá)5年以上，共收集到代表性土壤樣本72份，采樣地海拔1 120～2 030 m（圖1）。在冬季作物收獲后采集土壤樣本，選取的樣本具有代表性和均勻性，并遵循全國(guó)耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評(píng)價(jià)相關(guān)操作技術(shù)規(guī)程。利用“Z”字形取樣法采集田塊0～20 cm的耕層土壤，每點(diǎn)取1.0～1.5 kg土樣混勻，用四分法取2 kg土樣裝入取樣袋送回。選用規(guī)格為高5 cm、容積 100 cm3 的環(huán)刀在0～20 cm耕層土壤取樣，每個(gè)取樣點(diǎn)5次重復(fù)，環(huán)刀樣扣蓋密封后帶回實(shí)驗(yàn)室。

將取回的土壤樣本登記編號(hào)，風(fēng)干去除雜質(zhì)，研磨過(guò)篩后進(jìn)行土壤養(yǎng)分含量測(cè)定。土壤pH值、有機(jī)碳含量、全氮含量、容重、田間持水量和土壤含水量的分析方法參照文獻(xiàn)［16］進(jìn)行。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及研究方法

1.3.1 土壤碳氮儲(chǔ)量計(jì)算方法

土體碳氮儲(chǔ)量的計(jì)算公式為

Nmass=C×B×H×104 。 "（1）

式中：Nmass表示土壤中全氮或有機(jī)碳儲(chǔ)量， kg/hm2；C表示土壤全氮或有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；B表示土壤容重，kg/m3；H表示土層厚度，m。

1.3.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

本研究以徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型為主要分析方法，徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸入端變量為土壤容重、田間持水量、土壤含水量、土壤酸堿度和有效土層厚度5個(gè)土壤理化因子，輸出端變量為土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量。以此來(lái)建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，分析土壤理化因子與土壤有機(jī)質(zhì)含量、全氮含量的相關(guān)關(guān)系，并且確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型各參數(shù)。

在回歸克里格法的應(yīng)用下，對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的預(yù)測(cè)分析結(jié)果殘差進(jìn)行半方差分析，旨在得出半方差模型的最優(yōu)組合。在ArcMap 10.7中利用普通克里格法進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)結(jié)果的空間內(nèi)插。將徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)結(jié)果與普通克里格法預(yù)測(cè)結(jié)果相疊加，得到土壤有機(jī)碳含量和全氮含量的空間分布預(yù)測(cè)結(jié)果。

1.3.3 對(duì)照方法

對(duì)照方法選用普通克里格法和回歸克里格法，對(duì)植煙區(qū)土壤有機(jī)碳和全氮含量的空間分布進(jìn)行預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)結(jié)果與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和回歸克里格法相加得到的預(yù)測(cè)結(jié)果作對(duì)比。

1.3.4 精度驗(yàn)證

土壤樣點(diǎn)中驗(yàn)證點(diǎn)與建模點(diǎn)的抽取由ArcMap 10.7中的Create Subsets統(tǒng)計(jì)分析模塊完成，隨機(jī)抽取30%作為驗(yàn)證點(diǎn)，共22個(gè)，70%作為建模點(diǎn)，共50個(gè)。選取平均絕對(duì)誤差（MAE）、平均相對(duì)誤差（MRE）和均方根誤差（RMSE）3個(gè)評(píng)價(jià)分析指標(biāo)，評(píng)價(jià)分析建模點(diǎn)和驗(yàn)證點(diǎn)的預(yù)測(cè)值與實(shí)際值。MAE、RMSE和MRE這3個(gè)評(píng)價(jià)值的大小直接決定預(yù)測(cè)結(jié)果的誤差，誤差越小、模擬精度越高，評(píng)價(jià)結(jié)果越精確。

采用Excel2016進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)整理，采用ArcMap 10.7地統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行土壤全氮含量和土壤有機(jī)碳含量空間預(yù)測(cè)，SPSS 22.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，SigmaPlot 12.5 進(jìn)行圖形繪制。

計(jì)算公式如下：

MAE=1n∑ni=1｜Z＾i-Zi｜；（2）

MRE=1n∑ni=1｜Z＾i-Zi｜×100%；（3）

RMSE=1n∑ni=1（Z＾i-Zi）2。（4）

式中：Z＾i表示第i 個(gè)樣點(diǎn)的預(yù)測(cè)值；Zi表示第i 個(gè)樣點(diǎn)的實(shí)際觀測(cè)值；n表示樣點(diǎn)數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 植煙區(qū)土壤理化性質(zhì)及土壤養(yǎng)分特征分析

保山煙區(qū)土壤理化性質(zhì)概況具體如表1所示。其中，土壤容重均值為1.23 g/cm3，值域范圍 0.86～1.50 g/cm3；田間持水量均值為40.34%，值域范圍26.67%～67.51%；土壤含水量均值為18.68%，值域范圍6.91%～51.44%；土壤pH值介于4.40～8.32之間，土壤平均pH值為6.37；有效土層厚度均值為19.27 cm，值域范圍10.00～32.50 cm。從5項(xiàng)土壤理化指標(biāo)的變異程度看，土壤容重、田間持水量、土壤pH值和有效土層厚度的變異系數(shù)小于30.00%，為低等變異性；土壤含水量的變異系數(shù)為49.13%，介于30.00%～100.00%之間，為中等變異性。土壤理化指標(biāo)數(shù)據(jù)正態(tài)性檢驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，土壤容重、田間持水量、土壤含水量、土壤酸堿度和有效土層厚度的偏度絕對(duì)值小于3，且峰度絕對(duì)值小于10，表明這5項(xiàng)土壤理化指標(biāo)呈正態(tài)分布。

保山煙區(qū)土壤養(yǎng)分含量概況如表2所示，土壤平均全氮含量為2.01 g/kg，值域范圍0.69～4.77 g/kg，極差為4.08 g/kg；土壤平均有機(jī)碳含量為33.60 g/kg，值域范圍7.80～105.80 g/kg，極差為 98.00 g/kg；土壤平均碳氮比為16.71，值域范圍 1.41～51.18，極差為49.77；土壤平均氮儲(chǔ)量為4.68 kg/hm2，值域范圍1.42～14.05 kg/hm2，極差為12.63 kg/hm2；土壤平均碳儲(chǔ)量為45.08 kg/hm2，值域范圍11.89～138.96 kg/hm2，極差為 127.06 kg/hm2。從5項(xiàng)土壤養(yǎng)分指標(biāo)的變異程度看，土壤全氮含量、有機(jī)碳含量、碳氮比、碳儲(chǔ)量和氮儲(chǔ)量的變異系數(shù)均在35.00%～100.00%之間，為中等變異性。5項(xiàng)土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)正態(tài)性檢驗(yàn)結(jié)果顯示，土壤全氮含量、有機(jī)碳含量、碳儲(chǔ)量和氮儲(chǔ)量的偏度絕對(duì)值小于3且峰度絕對(duì)值小于10，表明這4項(xiàng)土壤養(yǎng)分指標(biāo)呈正態(tài)分布，土壤碳氮比則呈偏態(tài)分布。

2.2 植煙區(qū)土壤碳氮相關(guān)性特征分析

植煙區(qū)土壤全氮含量和有機(jī)碳含量的分布頻率如圖2所示?？梢钥闯?，土壤全氮含量主要集中在0.69～2.73 g/kg，該含量范圍內(nèi)的土壤全氮占土壤總樣本的61.24%，土壤全氮含量大于2.73 g/kg的土壤樣本占13.89%；土壤有機(jī)碳含量主要集中在7.8～49.8 g/kg，該含量范圍內(nèi)的土壤有機(jī)碳占土壤總樣本的63.18%，其中以有機(jī)碳含量介于21.8～35.8 g/kg的占比最高，為34.57%，土壤有機(jī)碳含量介于7.8～21.8 g/kg的土壤樣本占14.37%，土壤有機(jī)碳含量大于49.8 g/kg的土壤樣本占9.32%。

根據(jù)土壤碳氮比高低，將土壤碳氮共濟(jì)關(guān)系分成3 種類型：5≤土壤碳氮比＜12、12≤土壤碳氮比≤18、土壤碳氮比＞18。將土壤碳氮比＜9或＞12作為土壤碳氮失衡類型，土壤碳氮比在9～12之間作為土壤碳氮平衡類型。植煙區(qū)72個(gè)土壤樣點(diǎn)數(shù)據(jù)中，土壤碳氮比小于12的有30個(gè)，大于18的有13個(gè)，分別占41.67%和18.06%，土壤碳氮比處于平衡類型的有29個(gè)，占40.28%。從土壤碳氮含量的相關(guān)關(guān)系（圖3）上看，土壤全氮含量和有機(jī)碳含量的關(guān)系呈顯著線性正相關(guān)，用線性回歸方程 y=10.69+4.37x（r2=0.137，n=72，Plt;0.05）表示。土壤全氮含量和土壤有機(jī)碳含量之間呈正相關(guān)關(guān)系，表明土壤全氮含量的變化規(guī)律總體上與有機(jī)碳含量相同，土壤碳氮含量之間出現(xiàn)協(xié)同變化關(guān)系。

基于72個(gè)樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，分析植煙區(qū)土壤有機(jī)碳含量、全氮含量與土壤理化指標(biāo)間的相關(guān)性（表3），結(jié)果發(fā)現(xiàn)，植煙區(qū)土壤全氮含量與土壤容重、土壤pH值呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（Plt;0.05），相關(guān)系數(shù)分別為-0.235和-0.170，表明土壤容重越大，土壤全氮含量越低，土壤pH值越低，土壤全氮含量越高；土壤有機(jī)碳含量與田間持水量、土壤含水量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（Plt;0.01），相關(guān)系數(shù)分別為0.555和0.452，土壤有機(jī)碳含量與土壤pH值呈顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.190， 土壤有機(jī)碳含量與土壤容

重呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.636，表明土壤容重越大，土壤有機(jī)碳含量越低，土壤田間持水量、含水量和pH值越高，土壤有機(jī)碳含量越高。土壤全氮含量和土壤理化性質(zhì)間的相關(guān)性與土壤有機(jī)碳含量存在較大差異。相關(guān)性分析結(jié)果表明，植煙區(qū)內(nèi)的土壤理化因子對(duì)土壤有機(jī)碳和全氮的含量影響較大。

2.3 土壤碳氮空間分布神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)及回歸預(yù)測(cè)

經(jīng)逐步篩選，明確預(yù)測(cè)植煙區(qū)土壤全氮和土壤有機(jī)碳含量的最適網(wǎng)絡(luò)隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)分別為12、8，利用該參數(shù)完成對(duì)植煙區(qū)土壤全氮含量和有機(jī)碳含量空間分布的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)。同時(shí)，采用多元線性回歸法對(duì)植煙區(qū)土壤全氮和有機(jī)碳含量分布進(jìn)行回歸預(yù)測(cè)，其中，土壤全氮含量線性回歸方程可表示為STN=8.279-3.809BD-0.045FMC+0.009WC-2.135ETL+0.073pH（F=1.419，Plt;0.01），土壤有機(jī)碳含量線性回歸方程可表示為 SOC=64.827-39.792BD+0.028FMC+0.296WC-8.396ETL-0.233pH（F=11.688，Plt;0. 01）。由表4可知，將徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和多元線性回歸法對(duì)土壤全氮含量、有機(jī)碳含量的分析預(yù)測(cè)值與實(shí)際測(cè)定值進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明，徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)土壤有機(jī)碳含量、全氮含量的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的相關(guān)系數(shù)高于多元線性回歸法的分析結(jié)果。具體來(lái)說(shuō)，徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型相較于多元線性回歸法，對(duì)土壤全氮含量和有機(jī)碳含量建模樣點(diǎn)的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的相關(guān)系數(shù)分別增加了0.059、0.051，驗(yàn)證樣點(diǎn)的相關(guān)系數(shù)分別增加了0.037、0.031；進(jìn)一步表明徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型能更有效地闡述土壤養(yǎng)分指標(biāo)與多種環(huán)境因子間的復(fù)雜相關(guān)關(guān)系。

2.4 土壤碳氮含量半方差分析結(jié)果

由表5 可知，土壤有機(jī)質(zhì)與全氮含量中各數(shù)據(jù)項(xiàng)模型為球狀，決定系數(shù)都在0.81以上，說(shuō)明該模型具有較好的擬合程度，能夠準(zhǔn)確體現(xiàn)各項(xiàng)指標(biāo)的空間結(jié)構(gòu)特征。從數(shù)據(jù)上可以直觀看出，土壤有機(jī)質(zhì)含量與全氮含量塊金效應(yīng)的平均值在0.78左右，變程為6.50和6.00，這說(shuō)明全氮含量與有機(jī)質(zhì)含量這2個(gè)指標(biāo)具有較好的空間相關(guān)性，有一定的空間自相關(guān)范圍?；貧w方程和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)殘差分析的半方差結(jié)果得出，2個(gè)指標(biāo)殘差的塊金效應(yīng)和變程較原變量略微下降，表明其相較于原變量的空間結(jié)構(gòu)特征變化不明顯。

2.5 土壤碳氮含量空間分布預(yù)測(cè)結(jié)果

從圖4的預(yù)測(cè)結(jié)果可以看出，整個(gè)保山市土壤有機(jī)質(zhì)含量分布呈現(xiàn)出由北向南逐漸減少的趨勢(shì)，而土壤氮含量大致呈現(xiàn)出中間低，四周高的分布趨勢(shì)。3種預(yù)測(cè)方法所得到的結(jié)果基本一致，有機(jī)質(zhì)和全氮高含量區(qū)與低含量區(qū)的位置和分布情況大致相同。使用普通克里格預(yù)測(cè)法（OK）預(yù)測(cè)有機(jī)質(zhì)和全氮空間分布規(guī)律下，預(yù)測(cè)結(jié)果較為模糊，區(qū)域分布不明顯。在與回歸克里格法（RK）和徑向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)合普通克里格法（RBFNN_OK）相比較下，后者預(yù)測(cè)結(jié)果精確，區(qū)域有機(jī)質(zhì)和全氮分布明顯，較為準(zhǔn)確地體現(xiàn)出土壤營(yíng)養(yǎng)的變化分布規(guī)律。

2.6 精度評(píng)價(jià)分析結(jié)果

由精度評(píng)價(jià)分析結(jié)果可知，OK這一種預(yù)測(cè)方法劣于RK和RBFNN_OK方法，且RBFNN_OK法對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量和全氮含量的預(yù)測(cè)精確度又明顯高于OK和RK（表6）。從3種方法對(duì)土壤碳氮含量的建模點(diǎn)擬合結(jié)果來(lái)看，OK與RK這2種方法對(duì)碳氮含量指標(biāo)建模點(diǎn)的擬合誤差明顯高于RBFNN_OK法。從驗(yàn)證點(diǎn)的預(yù)測(cè)精確度來(lái)看，OK與RK對(duì)土壤全氮含量預(yù)測(cè)結(jié)果的MAE、MRE、RMSE較RBFNN_OK分別上升15.3%、6.8%、6.3%和7.6%、3.2%、4.1%；OK與RK法對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量預(yù)測(cè)結(jié)果的MAE、MRE、RMSE較RBFNN_OK分別上升8.2%、8.9%、8.1%和4.5%、2.7%、0.4%。

3 討論

土壤有機(jī)碳和全氮在土壤肥效改良、土壤微生物群落調(diào)節(jié)、作物營(yíng)養(yǎng)供給和生態(tài)環(huán)境改善等方面起著重要的作用。土壤pH值是影響土壤碳氮含量的指標(biāo)之一，也是土壤質(zhì)量變差的明顯表現(xiàn)形式；土壤pH值決定了特定區(qū)域內(nèi)農(nóng)田土壤肥力的大小，直接影響著土壤環(huán)境質(zhì)量的改善和土壤保蓄能力的維持［16-18］。本研究中，不同區(qū)域尺度下植煙土壤pH值介于4.40～8.32之間，平均pH值 6.37；而pH值處于適宜煙草生長(zhǎng)的5.50～6.50間的樣本量?jī)H占總樣本的31.94%，土壤pH值大于7.0的樣本量占總樣本的38.89%。由表3可知，植煙區(qū)土壤pH值與土壤有機(jī)碳含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系（r=0.190），但土壤pH值與土壤全氮含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（r=-0.170），這可能是由于施用的化學(xué)氮肥在硝化反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生了大量的H+和NO-3，從而降低了植煙區(qū)土壤的pH值［19］?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，施肥被認(rèn)為是影響土壤碳氮含量的主要因素之一，且不同植煙區(qū)域施用肥料的種類及數(shù)量差異較大，一定程度上增加了土壤碳氮素的空間變異度，使得植煙區(qū)土壤碳氮含量空間分布特征和動(dòng)態(tài)變化規(guī)律更加復(fù)雜［9，19］。有研究發(fā)現(xiàn)，由于絕大多數(shù)微生物對(duì)酸性較敏感，因而在某一特定區(qū)域內(nèi)土壤微生物的各項(xiàng)生命代謝活動(dòng)受土壤pH值高低的影響［20］。例如，土壤中的細(xì)菌、放線菌適宜定殖在中性或略偏堿性的環(huán)境中，當(dāng)土壤pH值較低時(shí)其代謝活性會(huì)受到抑制，導(dǎo)致土壤有機(jī)碳的礦化速率降低；與此同時(shí)，當(dāng)pH值較低時(shí)土壤中硝化微生物的生長(zhǎng)繁殖受到限制，土壤養(yǎng)分的硝化反應(yīng)亦會(huì)受抑制，影響土壤氮素循環(huán)［2，21-23］。

氣候環(huán)境條件在全球碳氮素生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。一方面，全球氣候變化影響著土壤碳氮素的轉(zhuǎn)化和遷移，進(jìn)而影響陸地生態(tài)系統(tǒng)植被的生物量和生產(chǎn)力，控制著土壤中碳氮素的持續(xù)輸入；另一方面，氣候環(huán)境通過(guò)調(diào)節(jié)土壤含水量、土壤溫度來(lái)影響微生物對(duì)土壤碳氮素的分解和轉(zhuǎn)化速率［24-27］。因此，土壤含水量和土壤溫度的綜合影響，決定了植煙區(qū)土壤碳氮素分布的地帶性特征。研究區(qū)植煙土壤田間持水量、土壤含水量均與土壤有機(jī)碳含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，可能是保山煙區(qū)受低緯山地亞熱帶季風(fēng)氣候影響，水熱條件充沛，因而土壤碳素轉(zhuǎn)化速率較快。研究表明，土壤團(tuán)聚體和土壤有機(jī)碳含量受到土壤溫度和土壤水分變化的影響，同時(shí)，土壤有機(jī)碳的豐富程度與土壤含水量成反比［28］。湯潔等的研究也證明，土壤含水量的變化對(duì)土壤微生物的生物量和功能活性、維持土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性、改變土壤有機(jī)碳礦化速率等方面具有促進(jìn)作用［29］。此外，不同的地形地貌、土壤類型、土地利用方式等因素對(duì)土壤碳氮空間分布特征規(guī)律具有一定的影響，后續(xù)研究還應(yīng)進(jìn)一步探索驗(yàn)證，以實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效和植煙土壤的可持續(xù)利用。

4 結(jié)論

從植煙區(qū)土壤全氮含量和有機(jī)碳含量關(guān)系上看，兩者呈顯著線性正相關(guān)關(guān)系，可用回歸方程y=10.69+4.37x（r2=0.137，n=72）表示，土壤平均碳氮比16.71，主要集中在6.54～19.94之間，占樣本總量的81.94%；土壤全氮平均含量2.01 g/kg，值域范圍 0.69～4.77 g/kg，土壤有機(jī)碳平均含量為33.60 g/kg，值域范圍7.80～105.80 g/kg，土壤全氮和有機(jī)碳含量豐富。土壤碳氮含量與土壤理化性狀相關(guān)性表明，土壤容重越大，土壤全氮含量越低，土壤pH值越低，土壤全氮含量越高；土壤容重越大，土壤有機(jī)碳含量越低，土壤田間持水量、含水量和土壤pH值越高，土壤有機(jī)碳含量越高。因此，在烤煙種植生產(chǎn)上，應(yīng)當(dāng)根據(jù)研究預(yù)測(cè)結(jié)果因地制宜，針對(duì)不同區(qū)域制定合理有效的施肥方案，合理調(diào)控有機(jī)肥和氮肥的施用。

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