震后土壤有效氮、磷、钾空间分布特征

2012-04-29张毅，蔡艳，张世熔，杨喜珍

湖北农业科学 2012年14期

张毅，蔡艳，张世熔，杨喜珍

摘要：运用地理信息系统（ＧＩＳ）和地统计学相结合的方法研究了彭州市新黄村震后土壤碱解氮（ＡＮ）、有效磷（ＡＰ）和速效钾（ＡＫ）的空间分布特征。结果表明，该区土壤碱解氮、有效磷、速效钾的含量分别为（１２６．１９±６７．８９）ｍｇ／ｋｇ、（３７．１８±１７．１８）ｍｇ／ｋｇ、（１６５．６９±７９．８０）ｍｇ／ｋｇ；导致碱解氮空间变异的因素以随机性因素为主，而有效磷和速效钾为随机性因素和结构性因素共同影响的结果，但影响程度有所差异。基于ＡｒｃＧＩＳ９．２平台的克里格插值分析结果显示，该区碱解氮含量总体上呈现由北向南逐渐增加的趋势，且呈条带状分布，高值区（＞１６５ｍｇ／ｋｇ）主要分布在该区的中部和南部，低值区（＜９０ｍｇ／ｋｇ）零星分布在研究区域内；有效磷含量在总体上呈现以低值区为中心向四周环状递增趋势，且呈两端高中间低的斑块状分布，高值区（＞４４ｍｇ／ｋｇ）主要分布在北部山坡林地的中部，低值区（＜２０ｍｇ／ｋｇ）主要分布在低山丘陵与平坝的过渡地带；速效钾含量总体上呈斑块状分布，且呈现两端高中间低，西面高东面低的分布特征，以北部山坡林地和西南平坝一角的高值区（＞２２０ｍｇ／ｋｇ）为中心，分别向南部和东部呈带状递减，并在低山丘陵区东部的旱地以及丘陵向平坝过渡的东部边缘区出现相对低值（＜１１０ｍｇ／ｋｇ）分布。显著性检验结果表明，震后压实对土壤速效养分有显著或极显著影响，且水田明显于旱地；不同土地利用方式对土壤速效养分含量也有显著影响。

关键词：速效养分；土壤；空间分布；地震

中图分类号：Ｓ１５２．４文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０12）14－2948-05

ＳｐａｔｉａｌＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＳｏｉｌＡｖａｉｌａｂｌｅＮｉｔｒｏｇｅｎ，ＡｖａｉｌａｂｌｅＰｈｏｓｐｈｏｒｕｓａｎｄＡｖａｉｌａｂｌｅＰｏｔａｓｓｉｕｍａｆｔｅｒＥａｒｔｈｑｕａｋｅ：Taking New Huang Village of Pengzhou City as An Example

ＺＨＡＮＧＹｉ，ＣＡＩＹａｎ，ＺＨＡＮＧＳｈｉ－ｒｏｎｇ，ＹＡＮＧＸｉ－ｚｈｅｎ

（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＳｉｃｈｕａｎＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６２５０１４，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｐａｔｉａｌｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｏｉｌａｖａｉｌａｂｌｅｎｉｔｒｏｇｅｎ（ＡＮ），ａｖａｉｌａｂｌｅｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ（ＡＰ）ａｎｄａｖａｉｌａｂｌｅｐｏｔａｓｓｉｕｍ（ＡＫ）ｉｎｎｅｗｈｕａｎｇｖｉｌｌａｇｅｉｎＰｅｎｇｚｈｏｕａｆｔｅｒｅａｒｔｈｑｕａｋｅｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｕｓｉｎｇｇｅｏｓｔａｔｉｓｔｉｃｓａｎｄＧＩＳ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆＡＮ，ＡＰａｎｄＡＫｗｅｒｅ１２６．１９±６７．８９ｍｇ／ｋｇ，３７．１８±１７．１８ｍｇ／ｋｇａｎｄ１６５．６９±７９．８０ｍｇ／ｋｇｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＦａｃｔｏｒｓｃａｕｓｉｎｇｓｐａｔｉａｌｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙｏｆＡＮｗｅｒｅｍａｉｎｌｙｒａｎｄｏｍｆａｃｔｏｒｓ，ｗｈｉｃｈｏｆＡＰａｎｄＡＫｗｅｒｅｒａｎｄｏｍｆａｃｔｏｒｓａｎｄ sｔｒｕｃｔｕｒａｌｆａｃｔｏｒｓｊｏｉｎｔｌｙ．ＫｒｉｇｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓｂａｓｅｄｏｎＡｒｃＧＩＳ９．２ｓｈｏｗｅｄｔｈａｔＡＮｉｎｔｈｅａｒｅａｇｅｎｅｒａｌｌｙｓｈｏｗｅｄａｇｒａｄｕａｌｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｒｅｎｄｆｒｏｍｎｏｒｔｈｔｏｓｏｕｔｈ，ａｎｄｓｈｏｗｅｄｔｈｅｓｔｒｉｐｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ａｎｄｗｈｏｓｅｈｉｇｈ－ｖａｌｕｅａｒｅａｓ（＞１６５ｍｇ／ｋｇ）ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｍａｉｎｌｙｉｎｔｈｅｃｅｎｔｒａｌａｎｄｓｏｕｔｈｅｒｎ，ｌｏｗ－ｖａｌｕｅａｒｅａｓ（＜９０ｍｇ／ｋｇ）ｓｃａｔｔｅｒｅｄｉｎｔｈｅｓｔｕｄｉｅｄａｒｅａ；ＡＰｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｒｅｎｄｗｉｔｈｌｏｗｖａｌｕｅａｒｅａｃｅｎｔｅｒｅｄｉｎｇｅｎｅｒａｌ，ａｎｄｅｎｄｏｆｔｈｅｓｔｕｄｉｅｄａｒｅａｓｗｅｒｅｈｉｇｈ，ａｎｄｈｉｇｈ－ｖａｌｕｅａｒｅａｓ（＞４４ｍｇ／ｋｇ）ｗｅｒｅｍａｉｎｌｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｉｎｔｈｅｃｅｎｔｒａｌｐａｒｔｏｆｔｈｅｎｏｒｔｈｅｒｎｓｌｏｐｅｓｏｆｗｏｏｄｌａｎｄ，ａｎｄｌｏｗ－ｖａｌｕｅａｒｅａｓ（＜２０ｍｇ／ｋｇ）ｗｅｒｅｍａｉｎｌｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｉｎｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｌｚｏｎｅｆｒｏｍｈｉｌｌｙｔｏｐｌａｉｍ；ＡＫｗｅｒｅｇｅｎｅｒａｌｌｙｐａｔｃｈｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ａｎｄｐｒｅｓｅｎｔｅｄｈｉｇｈｅｎｄａｎｄｌｏｗｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｏｒｗｅｓｔｈｉｇｈａｎｄｅａｓｔｌｏｗ，ａｎｄｒｅｄｕｃｅｄｓｔｒｉｐｔｏｔｈｅｓｏｕｔｈａｎｄｔｈｅｅａｓｔｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｗｉｔｈｎｏｒｔｈｅｒｎｗｏｏｄｌａｎｄａｎｄｓｏｕｔｈｗｅｓｔｅｒｎｓｌｏｐｅｓａｓｈｉｇｈｖａｌｕｅｃｅｎｔｅｒ（＞２２０ｍｇ／ｋｇ）．Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｐｏｓｔ－ｅａｒｔｈｑｕａｋｅｃｏｍｐａｃｔｉｏｎｈａｄｎｏｔａｂｌｅｏｒｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｓｏｉｌａｖａｉｌａｂｌｅｎｕｔｒｉｅｎｔｓ，ａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｐａｄｄｙｆｉｅｌｄｗａｓｍｏｒｅｏｂｖｉｏｕｓｔｈａｎｔｈａｔｏｆｄｒｙｌａｎｄ；ａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌａｎｄｕｓｅｐａｔｔｅｒｎｓａｌｓｏｈａｄｎｏｔａｂｌｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｓｏｉｌａｖａｉｌａｂｌｅｎｕｔｒｉｅｎｔｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｖａｉｌａｂｌｅｎｕｔｒｉｅｎｔｓ；ｓｏｉｌ；ｓｐａｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ

土壤养分是土壤生产力的基础，也是土壤重要的属性之一。土壤养分的高低直接影响着农业生产和环境安全［１］。土壤速效养分是植物养分的直接来源，因此作物产量与土壤速效养分含量密切相关［２］。随着人口压力的增大和粮食危机的加剧，获得更多的产量成为农业生产的主要目的，而施肥是调控作物产量及产量构成动态转化的重要手段［３］，土壤养分状况又是合理施肥的直接依据［４］。

氮、磷、钾有植物营养三要素之称。氮和磷均为植物的生命元素［５，６］，钾为植物的品质元素和抗逆元素。在我国人口迅猛增长，耕地后备资源不足的现实下，只能依靠提高单产来满足我国人口对粮食和其他农作物的需求，作为植物营养三要素的氮、磷、钾必然成为众多学者的研究对象［７－１２］。

土壤具有高度的空间异质性［１３］。２０世纪７０年代后，地统计学被引入土壤科学，加之地理信息系统的发展，许多土壤学家都采用地统计学和ＧＩＳ相结合的方法研究土壤氮、磷、钾的空间分布特征［１４－１６］。但对地震后土壤速效养分空间分布特征的研究还鲜见报道。因此，以“５.１２”汶川大地震的典型地震灾区为研究对象，运用地统计学和ＧＩＳ相结合的方法，研究该区土壤有效氮、磷、钾空间分布特征，旨在为该区的灾后重建工作及农业生产提供参考。

１研究区域概况与研究方法

１．１研究区域概况

彭州市新黄村，距成都主城区５５ｋｍ，彭州市城区２３ｋｍ，交通方便，地处东经１０３°４７′２８．９４″－１０３°４８′４６．３９″，北纬３１°９′５７．４３″－３１°１１′２４．７１″，土地面积２．７３５ｋｍ２，属湔江流域，地下水位不稳定。受龙门山断带及湔江冲积平原影响而具有山、坡、坝复合地貌特征。同时该区也是“５．１２”汶川大地震重灾区，具有典型的地震灾区代表性。

１．２研究方法

１．２．１土壤样点设置根据研究区域的实际范围大小，充分考虑不同土地利用方式，临时安置点的位置，以及地震中倒塌房屋对农田土壤的影响，结合３Ｓ技术，在该区域内布设了２６个采样点。采样点分布如图１所示。

１．２．２土壤样品采集与处理结合ＧＰＳ技术在研究区域采样后，带回室内，自然风干后，除去非土壤物质，采用四分法取出大约２００ｇ风干样品，磨细使其全部通过２０目筛，装袋并做好标记，备用。

１．２．３土壤有效氮、磷、钾含量的测定均采用常规方法进行测定，即碱解氮采用碱解扩散法测定，有效磷采用０．５ｍｏｌ／ＬＮａＨＣＯ３浸提－钼锑抗比色法测定，速效钾采用１．０ｍｏｌ／Ｌ中性ＮＨ４ＯＡｃ浸提－火焰光度计法测定［１７］。

１．２．４数据处理方法采用ＳＰＳＳ和Ｅｘｃｅｌ对数据进行基础处理，采用ＡｒｃＧＩＳ９．2进行地统计学和插值分析。

２结果与分析

２．１常规统计分析

借助ＳＰＳＳＶ１３．０软件平台，对分析结果进行常规统计分析，分析结果见表１。表１结果表明，研究区域土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量均呈正态分布，碱解氮含量为（１２６．１９±６７．８９）ｍｇ／ｋｇ，有效磷含量为（３７．１８±１７．80）ｍｇ／ｋｇ，速效钾含量为（１６５．６９±７９．８０）ｍｇ／ｋｇ；从偏度上看，有效磷和速效钾都呈左偏态分布，而碱解氮则呈右偏态分布；从峰度上看，３种有效养分都为负。

２．２地统计学分析

常规统计分析只能说明土壤速效养分的样点情况，而对其空间分布特征却难以反映。为更好地反映出该区土壤３种有效养分含量的空间变异特征，借助ＡｒｃＧＩＳ９．２的地统计学相关组件对区域土壤有效氮、磷、钾含量进行地统计学分析，结果见表２。从结构性因素的角度来看，模型块金效应即Ｃ０／（Ｃ０＋Ｃ）反映变量空间变异的来源，比值越大表明人为因素（灌溉、施肥、耕作等）的影响越明显；反之，结构性因素（母质、气候、生物、地形等）的影响占主要地位［１８］。如果比值＜２５％，说明系统具有强的空间相关性；如果比值为２５％～７５％，表明系统具有中等的空间相关性；如果比值＞７５％，说明系统空间相关性很弱［１］。土壤养分分布是由结构性因素和随机性因素共同作用的结果。一般研究认为，结构性因素，如气候、母质、地形、土壤类型等自然因素可以导致土壤养分具有强的空间相关性，而随机性因素，如施肥、耕作措施、种植制度等各种人为活动使得土壤养分的空间相关性减弱，朝均一化方向发展［１９］。由表２可知，研究区域土壤碱解氮含量的变程为１６７４．７ｍ，长轴方位角为２８９．２°，约为东南—西北方向，碱解氮空间变异中块金值与基台值之比为０．７９（７９％），表明其空间异质性主要由随机性因素引起，其空间分布的相关性很弱。该区域土壤有效磷的变程为１０７９．５ｍ，长轴方位角为７６．３°，约为东北—西北方向，有效磷含量空间变异中块金值与基台值之比为０．３９（３９％），表明其空间异质性主要是随机性因素和结构性因素共同引起的，其空间分布体现为中等空间相关性。与有效氮、磷比较，该区域土壤速效钾的变程最小，为９９８．７ｍ，长轴方位角为２８３．５°，约为东南—西北方向，速效钾的空间变异中块金值与基台值之比为０．３６（３６％），表明其空间异质性主要是随机性因素和结构性因素共同作用的结果，其空间分布体现为中等空间相关性。

２．３插值分析

为进一步反映出研究区域土壤有效养分的空间分布特征，基于ＡｒｃＧＩＳ９．２软件平台对研究区域土壤有效氮、磷、钾含量进行插值分析。

通过计算不同间距的半方差，得出该区域土壤碱解氮含量变异函数以高斯模型拟合效果最佳。趋势分析表明区域内碱解氮含量在北—南方向上的变化趋势不明显，呈略微增长趋势；在东南—西北方向上的变化趋势同样不明显，为略微的递增趋势（图２）。由以上所得半方差理论模型，在ＡｒｃＧＩＳ９．２软件平台上采用普通克里格法（ＯｒｄｉｎａｒｙＫｒｉｇｉｎｇ）进行最优内插值获得土壤碱解氮含量的空间分布图（图３）。空间分析结果表明，该区域土壤碱解氮含量呈条带状分布，高值区（＞１６５ｍｇ／ｋｇ）主要分布在该区的中部和南部，低值区（＜９０ｍｇ／ｋｇ）零星分布在研究区域内。全区碱解氮以含量为１１０～１４５ｍｇ／ｋｇ的区域为主，占全区总面积的４１．５３％；含量为９０～１１０ｍｇ／ｋｇ的区域次之，占全区总面积的３１．３８％；含量＜９０ｍｇ／ｋｇ的区域最少，仅占全区总面积的１０．５０％。该区域碱解氮总体上的分布特征为由北向南逐渐增加。

通过计算不同间距的半方差，得出该区域土壤有效磷含量变异函数以指数模型拟合效果最佳。趋势分析表明区域内有效磷含量分布在北—南方向上呈明显正“Ｕ”型分布，在东—西方向上呈现明显浅倒“Ｕ”型分布（图４）。由以上所得半方差理论模型，在ＡｒｃＧＩＳ９．２软件平台上采用普通克里格法（Ｏｒｄｉｎａｒｙｋｒｉｇｉｎｇ）进行最优内插值获得土壤有效磷含量的空间分布图（图５）。图５结果表明，该区域土壤有效磷含量呈大斑块状分布，高值区（＞４４ｍｇ／ｋｇ）主要分布在北部山坡林地的中部和东南平坝一角，低值区（＜２０ｍｇ／ｋｇ）主要分布在低山丘陵与平坝的过渡地带。全区有效磷以含量３５～４４ｍｇ／ｋｇ的区域为主，占全区总面积的４７．２９％，其次为含量２５～３５ｍｇ／ｋｇ的区域，占全区总面积的３１．４６％；含量＜２０ｍｇ／ｋｇ的区域最少，仅占全区总面积的３．９１％。该区有效磷含量在总体上呈现以低值区为中心向四周递增的趋势，呈两端高中间低的特点。

通过计算不同间距的半方差，得出该区土壤速效钾含量变异函数以指数模型拟合效果最佳。趋势分析表明区域内土壤速效钾含量分布在南—北方向呈浅度正“Ｕ”型分布，在东—西方向呈现明显递增趋势（图６）。由以上所得半方差理论模型，在ＡｒｃＧＩＳ９．２软件平台上采用普通克里格法（ＯｒｄｉｎａｒｙＫｒｉｇｉｎｇ）进行最优内插值获得土壤速效钾含量的空间分布图（图７）。结果表明，该区域土壤速效钾含量以北部山坡林地和西南平坝一角为高值区（＞２２０ｍｇ／ｋｇ），分别向南部和东部呈条带状递减，并在低山丘陵区东部的旱地以及丘陵向平坝过渡的东部边缘区出现相对低值（＜１１０ｍｇ／ｋｇ）分布。全区速效钾以含量１４０～１９０ｍｇ／ｋｇ的区域为主，占总面积的４１．０７％；其次为含量＞２２０ｍｇ／ｋｇ的区域，占全区面积的２０．９４％；含量＜１１０ｍｇ／ｋｇ的区域最少，仅占全区总面积的约４．７０％。研究区域速效钾含量在总体上呈现两端高中间低，西面高东面低的特点。

２．４影响因素分析

２．４．１地震压实研究区域为“５．１２”地震重灾区，在灾民安置的过程中造成了大面积的土壤压实，利用显著性测验中的ｔ测验法［２０］，测验该区压实与未压实区域的土壤养分状况，结果见表３。由表３可知，水田在压实后，土壤碱解氮和有效磷与未压实比较存在极显著差异，速效钾呈显著差异；旱地在压实后，除速效钾与未压实存在极显著差异外，碱解氮和有效磷都与未压实差异不显著。

２．４．２土地利用方式研究区域的土地利用方式主要有水田和旱地。利用显著性测验中的ｔ测验法对该区的旱地和水田进行显著性测验。结果表明，碱解氮、有效磷、速效钾的ｔ值分别为１．８３８、３．５８６**、７．６１０**，表明不同土地利用方式之间，有效磷和速效钾存在极显著差异，碱解氮的差异不显著。

３结论

震后研究区域土壤碱解氮的空间分布特征主要受随机性因素影响，有效磷和速效钾是由随机性因素和结构性因素共同作用的结果。碱解氮的块金效应大于有效磷，有效磷与速效钾相当，说明人为因素对碱解氮空间变异性的影响较有效磷与速效钾强，碱解氮的变程大于速效磷，速效钾最小。

该区域速效养分的低值区主要分布在中部地区即旱地利用区，其中，碱解氮和有效磷的高值区主要分布在南部即样板房区，而速效钾的高值区主要分布在北部即林地。碱解氮以条带状分布于研究区域内，由北向南呈增加趋势；而有效磷和速效钾则由区域中部的低值区向高值区逐渐过渡。

显著性测验显示，地震压实对土壤速效养分产生了一定的影响，且压实对水田的影响较旱地明显。压实与未压实比较，在水田中碱解氮和有效磷呈极显著差异，速效钾呈显著差异，但旱地中除速效钾呈极显著差异外，碱解氮和有效磷差异不显著。不同的土地利用方式对该区域有效磷和速效钾的影响极显著，但对碱解氮的影响不显著。

参考文献：

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［５］陆景陵．植物营养学（上册）［Ｍ］．北京：中国农业出版社，２００８．２３－２４．

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