基于地统计学的雄县土壤属性空间分布特征分析

李新旺，许 皞

(1．河北省水土保持工作总站，河北 石家庄050011;2．河北农业大学 资源与环境学院，河北 保定071001)

(责任编辑 李杨杨)

土壤属性包括土壤质地、土地构型、土层厚度及土壤有机质等要素，它是耕地地力形成的基础，也是农业生存与发展的物质基础和根本保证［1－2］。作为耕地生产力的载体，土壤属性直接影响耕地的实际产出和利用管理，研究土壤属性空间分布格局是制定科学的配方施肥方案、提高耕地管理水平的重要前提。土壤属性受多种因素的影响，其分布具有很强的不确定性［1－4］。选择黄淮海平原北部黑龙港流域的雄县为研究区，以2010—2012年对雄县130 个典型样点进行的3 次覆盖式调查资料为基础，运用地统计学方法和GIS技术，对大量元素速效养分含量、全量养分含量，以及有机质含量、全盐量、阳离子交换量等土壤属性因素的空间分布特征进行分析，旨在揭示该流域县域尺度上的土壤属性空间分布规律，以期为该区域相关研究和农业精准施肥管理提供理论支撑和技术支持。

1 研究区概况

雄县位于黑龙港流域北部，介于N38°54'59″—39°10'36″、E116°01'03″—116°20'08″之 间，总 面 积522．34 km2，辖5 镇4 乡，地势西部高、东部低，海拔6—14 m，光、热资源丰富，是国家重要的农业种植区［5－7］。土壤成土母质为河海冲积物，受大清河等河流改道及泥沙淤积影响，表土质地多变，有砂质、砂壤质、轻壤质和黏质(中/重壤质)等几种质地的土壤。

2 数据来源与分析方法

以雄县行政区划图为底图，采用1 km×1 km 网格进行地块划分，在每个网格内初设一个样点，这样可使初设样点均匀分布于全县;采用土地利用现状图、土壤分布图和地形图与行政区划图叠加的方法，将相邻网格土地利用和土壤属性相同的进行归并，最终确定出130 个典型样点(见图1)。130 个样点中轻壤质土壤样点52 个、上轻下黏质样点24 个、砂壤质样点31 个、上砂下壤质样点10 个、中/重壤质样点13 个，覆盖了整个县域范围(除水面、建设用地和南部林场外)。采用网格法和叠加法相结合的方法进行样点设置，消除了网格法未考虑土壤属性、土地利用及地形等影响因素而产生的误差，所设样点更具代表性。样点确定后，用GPS 精确定位每一个样点的经纬度坐标，记录样点户主的信息(乡镇名、村名、户主名及其联系方式等)。2010—2012年对雄县130 个样点进行了3 次覆盖式调查，调查内容包括土壤质地、土体构型、土层厚度，并采集土样测定了样点土壤的大量元素速效养分含量、全量养分含量，以及有机质含量、全盐量、阳离子交换量、pH 值等。运用SPSS 13．0 分析土壤属性各因素的平均值、方差和变异系数等。利用ArcGIS 9．0 的Geostatistics 扩展模块进行土壤属性各因素空间分布的地统计学分析。

图1 土壤类型及采样点分布

3 土壤属性因素特征分析

3．1 土壤属性因素统计特征

表1 为雄县土壤属性因素统计结果。表2—4 为部分土壤属性因素含量分级标准［8］。由表1 可以看出，雄县土壤整体呈弱碱性(pH 值=8．33)，土壤有机质含量、全氮含量和阳离子交换量基本处于中等水平，土壤肥力水平和保肥能力适中。从变异性来看，除土壤容重和pH 值的变异系数较小外(≤10%)，其他属性因素的变异系数均较大(≥22%)，说明除土壤容重和pH 值外，其他土壤属性因素空间分布差异较大。究其原因，可能与各样点土壤属性因素本底值及施肥量有关，这正是本研究通过分析土壤各属性因素丰缺状况的空间分布特征用以指导农业科学精准施肥的关键所在。

表1 雄县土壤属性因素统计结果

3．2 土壤属性因素空间分布特征

(1)大量元素速效养分含量空间分布特征。雄县土壤速效氮、速效磷和速效钾含量空间分布见图2。从图2 可以看出，雄县土壤速效氮含量呈现中东部、中西部地区较高，南部和北部地区较低的空间分布特征，中东部的昝岗镇、双堂乡、张岗乡交界区域土壤速效氮含量达到了中等水平，其余区域普遍处于缺乏状态;土壤速效磷含量空间分布规律不明显，除中东部的昝岗镇和双堂乡局部区域达到了偏高水平、东北部的大营镇局部区域处于中等水平外，大多数地区处于丰富状态;土壤速效钾含量呈东南部较高、西南部较低的空间分布格局，龙湾镇东部与张岗乡南部含量最高，达到了极高水平，朱各庄镇与雄州镇西部交界区域含量最低，处于缺乏水平。

表2 全盐量分级标准［8］

表3 阳离子交换量分级标准［8］

(2)大量元素全量养分含量空间分布特征。雄县土壤全氮、全磷和全钾含量空间分布见图3。由图3 可以看出，雄县土壤全氮含量空间分布差异不明显，普遍处于中等水平，仅雄州镇西南部局地达到了偏高水平;土壤全磷含量呈东部整体较高、西部普遍较低的空间分布格局，且空间差异较大，双堂乡与张岗乡交界处含量最高，达到了极高水平，而大营镇的南部和北部含量最低，处于缺乏状态;土壤全钾与速效钾含量空间分布格局类似，呈东南部较高、西南部较低的空间分布格局，空间分布差异较大，龙湾镇和张岗镇大部分地区速效钾含量达到了极高水平，而大营镇与昝岗镇交界处和朱各庄镇与雄州镇交界处含量仅为缺乏水平。

表4 部分土壤属性因素含量分级标准［8］

图2 雄县土壤大量元素速效养分含量空间分布

图3 雄县土壤大量元素全量养分含量空间分布

(3)土壤有机质含量、阳离子交换量和全盐量空间分布特征。雄县土壤有机质含量、阳离子交换量、全盐量空间分布见图4。由图4 可以看出，雄县土壤有机质含量呈中东部和西北角、西南角地区相对较高，东南部地区较低的分布特征，张岗乡和双堂乡交界附近及雄州镇西南角区域土壤有机质含量达到了丰富水平，而龙湾镇东南部区域处于缺乏状态;土壤阳离子交换量呈中东部较高、北部较低的空间分布格局，张岗乡与双堂乡的东部交界处阳离子交换量最高，达到了高水平，龙湾镇西部局部区域最低，处于极低状态，空间分布相差较大;土壤全盐量呈东部和南部较高、北部较低的空间分布格局，整体而言，雄县绝大部分土地没有发生盐渍化，仅双堂乡东部出现了零星的轻度盐渍化现象。

图4 雄县土壤有机质含量、阳离子交换量和全盐量空间分布

4 结 语

(1)从统计特征来看，雄县土壤整体呈弱碱性(pH值=8．33)，土壤肥力水平和保肥能力适中。除土壤容重和pH 值外，其他土壤属性因素均具有较大的变异性。

(2)从空间分布特征来看，雄县土壤各属性因素空间分布具有一定的相似性，总体呈中间乡镇较高、南北两侧乡镇较低，东部乡镇较高、西部乡镇较低的分布规律。

(3)应用地统计学研究土壤属性因素空间分布格局，有助于准确、定量化地测算不同区域土壤养分丰缺情况，为科学制定区域配方施肥方案和管理策略提供了数字地图支持。

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