太倉市耕地土壤基本屬性空間分布特征研究

摘要 為掌握江蘇省太倉市耕地土壤基本屬性，于2021年秋季采集區(qū)域內(nèi)88個土壤樣品，樣品經(jīng)制備、實(shí)驗室檢測后，獲取土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）、全氮（TN）、全磷（TP）、全鉀（TK）、酸堿度（pH）5項屬性值?；贏rcGIS軟件地統(tǒng)計分析模塊中的普通克里格插值功能，得到土壤屬性的空間分布特征。結(jié)果顯示，太倉市SOM、TN、TP和TK分別為25.26、1.48、1.45和10.53 g/kg。在空間分布上，SOM和TN具有一定的相似性，整體上呈“西高東低”的趨勢；TP和TK分別為“北高南低”和“東高西低”。太倉市pH均值為7.51，呈中性偏弱堿性。

關(guān)鍵詞 土壤屬性；克里格插值；空間分布；變化趨勢

中圖分類號 S153.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2024）14-0113-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.14.025

Study on the Spatial Distribution Characteristics of Basic Properties of Cultivated Soil in Taicang City

ZHANG Hai-dong1，LI Hui-bin2，SHI Yun2 et al

（1.Institute of Agricultural Sciences in Taihu Area of Jiangsu/Suzhou Academy of Agricultural Sciences，Suzhou， Jiangsu 215105;2.Institute of Agricultural Resources and Regional Planning， CAAS，Beijing 100089）

Abstract In order to understand the basic soil properties of cultivated land in Taicang City，Jiangsu Province，this study collected 88 soil samples in the autumn of 2021. After preparation and laboratory testing，five attribute values of soil organic matter （SOM），total nitrogen （TN），total phosphorus （TP），total potassium （TK），and pH were obtained. Based on the ordinary Kriging interpolation function in the statistical analysis module of ArcGIS software，the spatial distribution characteristics of soil attributes were obtained. The results showed that the SOM，TN，TP，and TK in Taicang City were 25.26，1.48，1.45 and 10.53 g/kg，respectively. In terms of spatial distribution，SOM and TN have certain similarities，showing an overall trend of “high in the west and low in the east”;TP and TK are “high in the north and low in the south” and “high in the east and low in the west”，respectively. The average pH value in Taicang City is 7.51，which is neutral to slightly alkaline.

Key words Soil properties;Kriging interpolation;Spatial distribution;Changing trends

基金項目 蘇州市農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新項目（SNG2020072）;2019年吉林聯(lián)合基金“玉米精準(zhǔn)作業(yè)智能決策”；國家自然科學(xué)基金—區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金（吉林）（U19A2061）。

作者簡介 張海東（1984—），男，江蘇東臺人，副研究員，從事智慧農(nóng)業(yè)研究。*通信作者，研究員，從事農(nóng)業(yè)遙感與智慧農(nóng)業(yè)研究。

收稿日期 2023-08-24；修回日期 2023-09-12

土壤有機(jī)質(zhì)（soil organic matter，SOM）具有提供作物養(yǎng)分、土壤保水保肥等生物、物理和化學(xué)作用［1-3］，是土壤肥力的基礎(chǔ)，氮磷鉀是作物生長所必需的養(yǎng)分元素［4］，土壤酸堿度（pH）是影響土壤養(yǎng)分有效性的重要因素之一［5］。研究上述土壤屬性的空間特征，對于監(jiān)測和管理土壤、制定農(nóng)業(yè)政策等具有重要意義。Liu等［6］用地表動態(tài)反饋方法預(yù)測了江蘇省中部平原地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量等屬性的空間分布。龐龍輝等［7］對青海省土壤全氮、有機(jī)碳、粉粒和pH進(jìn)行了預(yù)測制圖。杜龍全等［8］基于青海省土系調(diào)查的 205個土壤剖面數(shù)據(jù)，利用隨機(jī)森林模型，分別建立了表層（0 ～ 20 cm）土壤全氮（TN）、全鉀（TK）、全磷（TP）與環(huán)境因素變量（地形、氣候、植被、遙感數(shù)據(jù)）之間的定量關(guān)系，對青海省土壤養(yǎng)分含量的空間分布進(jìn)行了預(yù)測。筆者以太倉市耕地土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、pH為研究對象，通過地統(tǒng)計方法獲取其空間分布特征，為把握太倉市耕地土壤屬性區(qū)域特征及相關(guān)管理輔助提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

太倉市（120°58′～121°20′E、31°20′～31°45′N）位于江蘇省東南部，長江口南岸，東瀕長江，南臨上海市，西連昆山市，北接常熟市，陸域面積665.96 km2。全境地勢平坦，屬長江三角洲沖積平原，自東北向西南略呈傾斜。屬北亞熱帶南部濕潤氣候區(qū)，光照充足，四季分明，年均氣溫16.2 ℃，年均降水量1 173 mm，其中5—9月雨量約占全年雨量的55.7%?！短珎}市第三次國土調(diào)查主要數(shù)據(jù)公報》顯示，現(xiàn)有耕地面積為21 627.39 hm2（2019年12月31日）。

1.2 樣品布設(shè)與采集

以遙感解譯獲取的太倉地耕地分布圖為底圖，采用網(wǎng)格布點(diǎn)法布設(shè)并采集 88個有效土壤樣點(diǎn)（圖1），用 GPS導(dǎo)航定位至樣點(diǎn)，樣品采集深度為0～20 cm，

采用梅花形多點(diǎn)混合法進(jìn)行取樣，四分法取1 kg樣品，采樣

時間為 2021年11月。采集的土樣經(jīng)室內(nèi)風(fēng)干后，挑揀出土壤中混雜的動植物殘體等，研磨過篩待測。

1.3 檢測內(nèi)容與方法

土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）含量測定采用重鉻酸鉀（K2Cr2O7）氧化滴定法，土壤全氮（TN）測定采用開氏法，土壤全磷（TP）含量測定采用酸溶-鉬銻抗比色法;土壤全鉀（TK）含量測定采用火焰光度法，pH測定采用電位法（水土比為 2.5∶1）［9］。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)的處理、分析和統(tǒng)計圖制作借助于SPSS 17.0和Origin 9.1軟件進(jìn)行?？紤]到空間插值方法要求數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布，因此將數(shù)據(jù)取對數(shù)進(jìn)行l(wèi)og變換，使得數(shù)據(jù)在一定程度上更符合正態(tài)分布的特征。

1.5 空間特征獲取

普通克里格（ordinary kriging，OK）是常用的插值方法之一，以5項土壤屬性數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，基于地理信息系統(tǒng)軟件ArcGIS 10.0的地統(tǒng)計分析模塊，采用普通克里格插值方法生成各種屬性的空間分布柵格圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 耕地土壤屬性

由圖2可知，5項屬性值整體上均為正態(tài)分布，其中，TP和pH斜偏度較正態(tài)分布具有一定差距，分別呈右偏態(tài)和左偏態(tài)分布。經(jīng)log變換后，各屬性值峰度均接近3，偏度均接近0（表1），表明變換后的屬性值更加接近正態(tài)分布。

太倉市耕地SOM含量平均值為25.26 g/kg，變幅為10.83～40.23 g/kg，表明在點(diǎn)位上存在較大的異質(zhì)性。根據(jù)江蘇省耕地質(zhì)量監(jiān)測指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)，處于2級（較高，20～30 g/kg）以上區(qū)間的樣點(diǎn)數(shù)為72個，占比高達(dá)81.8%，以2級為主，1級（高，>30 g/kg）區(qū)間的樣點(diǎn)占比為23.9%（圖2），沒有樣點(diǎn)處于4級（較低，6～10 g/kg）和5級（低，≤6 g/kg）。

TN含量為0.63～2.99 g/kg，平均含量為1.48 g/kg。86.4%的樣點(diǎn)分布于2級（較高，1.5～2.0 g/kg）和3級（中，1.0～1.5 g/kg），兩者樣點(diǎn)數(shù)均為38個，各占43.2%。TN和SOM數(shù)據(jù)擬合結(jié)果顯示，兩者間具有較好的線性相關(guān)性（圖3）。

TP含量為0.67～3.44 g/kg，平均含量為1.45 g/kg。從樣點(diǎn)屬性值來看，太倉市TP含量較高，處于1級（>1 g/kg）和2級（0.8～1.0>30 g/kg）的樣點(diǎn)數(shù)分別為59和25個，總占比達(dá)95.5%。

TK含量為6.56～15.68 g/kg，平均含量為10.53 g/kg。太倉市土壤TK含量處于較低水平，主要分布在4級（10～15 g/kg），占比達(dá)97.8%。

pH為6.10～8.27，均值為7.51，整體呈中性偏弱堿性。pH處于1級（6.5～7.5）的樣點(diǎn)數(shù)27個，2級（5.5～6.5）樣點(diǎn)數(shù)5個，3級（7.5～8.5）樣點(diǎn)數(shù)量最多達(dá)56個。

2.2 空間分布特征

由普通克里格插值結(jié)果（圖4）可知，太倉市SOM等5項土壤屬性值在空間上呈不同的分布特征。與已有研究結(jié)果類似，太倉市耕層土壤SOM與TN含量具有較好的相關(guān)性，在空間上也較為一致，均呈“西高東低”分布。TN含量分布呈“外高內(nèi)低”的分布特征，縣域外部向內(nèi)逐漸

降低，北部緊依長江的橫涇鎮(zhèn)最高，沙溪鎮(zhèn)和城廂鎮(zhèn)相對較低。TK含量則呈“東北西低”趨勢，由東部的瀏河鎮(zhèn)和浮橋鎮(zhèn)向西南呈梯度遞減的趨勢，位于太倉西部的沙溪鎮(zhèn)和雙鳳鎮(zhèn)部分區(qū)域TK含量高于周邊地區(qū)。太倉pH在空間上較為均勻，以中性偏弱堿性為主，最低值出現(xiàn)在中部，但與整體分布差異性較小。

2.3 變化趨勢

與1979年開始的第二次土壤普查數(shù)據(jù)相比，40多年來，太倉市SOM平均含量提升了2.46 g/kg，TN平均含量基本持平，SOM和TN含量總體上處于中等水平，且增加緩慢。pH整體下降了0.27，TP含量有小幅下降，貯量水平整體較高；TK下降幅度較大，減少近50%，鉀素較為缺乏，應(yīng)適當(dāng)增加鉀肥用量（表2）。

3 結(jié)論與討論

該研究基于采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行空間插值，在空間上分析了太倉市SOM、TN、TP、TK和pH的分布特征。結(jié)果表明，pH較40年前有所下降，表明在工業(yè)污染、長期施用化肥的情況下，耕地土壤存在酸化的風(fēng)險，可能會降低一些養(yǎng)分的有效性，也會提高部分土壤重金屬元素的有效性，從而增加農(nóng)產(chǎn)品中有害成分的含量。除pH外，其他4項土壤屬性均受自然因素如成土母質(zhì)等［10-11］和人為因素如種植作物類型、管理方式等在空間變異較大。同時，通過該研究數(shù)據(jù)與第二次土壤普查數(shù)據(jù)的對比，發(fā)現(xiàn)經(jīng)秸稈還田、綠肥還田等措施的實(shí)施，SOM含量呈緩慢上升趨勢。TK含量則降幅較大，一定程度上要加強(qiáng)關(guān)注。

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