APP下载

三峡库区土壤养分空间分布状况研究①

2015-11-18樊燕

热带农业科学 2015年10期
关键词:空间分布土壤养分三峡库区

樊燕

摘 要 采用地统计学及GIS技术对三峡库区土壤养分的空间变异性及空间分布状况进行研究,评价研究区土壤养分含量水平。结果表明,试验区土壤养分变异较大,但均为中等变异,其中氮的空间变异主要来自结构性因素,而有机质、磷、钾的空间变异性主要来自于随机因素的影响。另外,研究区各种土壤养分含量水平均不高,其中有机质、磷、钾非常缺乏,钾大部分区域含量中等,部分地区也比较缺乏。

关键词 三峡库区 ;土壤养分 ;空间分布

分类号 S159

由于在形成过程中受到成土母质、地形、人类活动等自然因素和人为因素的影响,土壤成为在时间和空间上不均一、变化的时空连续体,并表现出高度的变异性。20世纪80年代开始,土壤空间变异性研究在我国勃然兴起,并取得了丰硕的研究成果[1-4]。土壤的空间变异性对于评价和有效利用土壤具有十分重要的作用[5]。近年来,由于地统计学、GIS和GPS等研究方法广泛应用在土壤科学领域,并由此推进了我国对土壤养分空间特性的研究,并取得了一定成果[6-8]。然而,三峡库区作为全国农业生产的重要区域,在土壤空间变异性研究方面却相对较少。因此,本研究以三峡库区腹心地带重庆市忠县为例,应用地统计学并结合GIS技术,对土壤有机质、氮、磷、钾等养分的空间变异情况进行研究,从而为三峡库区农业生产规划、养分的管理及合理施肥等提供科学依据,以期为库区生态环境建设、耕地质量保护以及农业可持续发展等提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

忠县地处重庆市中部,是三峡库区腹心地带,面积2 187 km2,最高海拔1 680 m,最低117 m,典型的丘陵地貌,处于暖湿亚热带东南季风区,属亚热带东南季风区山地气候。年均温18.2℃,≥10℃年积温5 787℃,无霜期341 d,日照时数1 327.5 h,太阳总辐射能350.43 kj/cm2,年降雨量1 200 mm,相对湿度80%。

1.2 方法

本研究在忠县全县范围内采集土壤样品1 980个,随机采样,同时利用GPS确定样点经纬度,由此得到忠县土壤样点分布图(图1)。

采样方法:在随机选取的样点附近采用“S”法均匀采取0~20 cm深的耕层土壤,每一个样点采集10个点,然后将其进行充分混合后,用四分法留取1 kg作为样品。

样品分析方法:本研究采用土壤养分状况系统研究方法(ASI法)[9]分析土壤样品,分析土样的项目主要包括土壤有机质(OM)、碱解氮、有效磷和速效钾等大量养分元素。

数据分析方法:本研究利用SPSS对数据进行统计及相关性分析。数据统计包括平均值、标准差、方差、变异系数等的计算,数据分析利用ArcGIS采用地统计分析及kriging空间插值的方法进行半方差函数分析、函数模型拟合、土壤养分空间分布图及土壤养分分级分布图的绘制[10]。

2 结果与分析

2.1 土壤养分的基本统计值特征

首先用阈值识别法对所有1 980个土壤样本数据进行处理,然后再利用SPSS进行常规统计分析,其分析结果见表1。

从变异系数看,磷的变异系数最高为89.54%,其次是钾和有机质,变异系数分别为60.02%和38.50%,而变异最小的均为N(34.32%),这说明研究区的土壤养分含量差异很大。但由于研究区0.1

2.2 土壤养分空间变异特征

采用克里格(kring)空间插值法分析土壤养分的空间变异性。采用ArcGIS10.1软件中的空间分析模块来进行分析。首先要计算各土壤养分含量的半方差函数,并选择出最合适的半方差函数模型进行拟合,并用交叉验证法来修正模型的参数,得到研究区各土壤养分的半方差分析结果(表2)。

结果表明,忠县土壤有机质、氮、磷和钾的空间变异性都存在半方差结构,但半方差结构参数表现不一,其变程范围在10 118.4~57 252.5 m。由于C0表示由实验误差等随机因素引起的变异,从块金方差C0看,不同养分的差异较大,N的块金方差很小,接近于0,表明随机因素引起的变异小;而有机质、磷和钾则相对较大,表明随机因素引起的变异较大。半方差结构[C0/(C0+C)]比值表示养分的空间变异程度,从[C0/(C0+C)]比值看,N的比值为69.642%,在25%~75%,表明具有中等的空间相关性,其空间变异是由结构性和随机性因素共同作用的结果,而有机质、磷和钾的比值分别为89.988%、89.101%和79.403%,均大于75%,表明具有很弱的空间相关性,空间变异主要来自随机因素[11]。就决定系数R2看,由于决定系数越大,模型的拟合性越好,本研究中氮的决定系数最大,其拟合性最好;而P的决定系数最小,拟合性最差。

2.3 土壤养分的空间分布格局

根据表2所选择的半方差函数模型,采用克里格最优内插法,借助地理信息系统软件ArcGIS10.1的地统计分析模块,绘制出土壤各养分含量的等值线图,然后与忠县的行政区划图相叠加,得到忠县各土壤养分的空间分布图(图2)。

从图2中可以看出,在整个研究区范围内,土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量在空间上的分布状况各不相同,然而部分区域也具有一定的相似性。首先,土壤有机质含量表现为西部及北部部分区域较高,而中部及东南部含量较低。而土壤碱解氮则表现为,北部及东部部分区域的含量较高,西部及南部含量较低。土壤有效磷含量表现为仅有西部及中部极少数区域含量较高,其分布特征总体上表现出比较高的均质性,这可能跟磷素在土壤中不太容易迁移有关。土壤速效钾的含量分布格局相对比较复杂,与其他养分相比,表现出相对较强的空间异质性,这说明土壤中钾素比较容易受到一些自然因素及人为因素的影响,其含量分布表现为中部地区含量较低,南部及北部含量较高,东部及西部含量较低。总体而言,土壤养分含量呈现北部高,中部低的趋势,这可能跟研究区内的地形、地貌特征等因素有关。

2.4 土壤养分含量评价

根据我国第二次土壤普查制定的土壤养分分级标准(表3),本研究还对忠县的土壤养分含量状况进行了分级评价,其评价结果如图3所示。

结果表明,整个研究区土壤的有机质含量水平大都处于4级以上,1级很少,5级最多,表明研究区土壤有机质含量很缺乏,仅南部极少数区域含量很丰富;研究区土壤碱解氮含量水平以4、5级为主,表明研究区土壤碱解氮含量非常缺乏,仅南部极少数区域为2级水平,含量丰富,没有含量很丰富的区域;研究区土壤有效磷含量为5、6级水平,表明整个研究区土壤有效磷含量极低,非常缺乏;研究区土壤速效钾含量主要处于3、4级水平,3级为主,表明总体上研究区速效钾含量中等,部分地区缺乏。

4 结语

研究区所有1 980个采样点的数据分析结果表明,其土壤有机质、碱解氮、有效磷及速效钾等土壤养分含量呈正态分布,但总体变异性较大,其变异系数为34.32%~89.54%,属中等变异。土壤有机质含量呈现西部、北部部分区域较高,而中部、东南部含量较低的趋势,但其总体含量水平低,处于很缺乏状态。土壤碱解氮则呈现北部、东部部分区域的含量较高,西部、南部含量较低的趋势,其总体含量水平很低,处于非常缺乏状态。土壤有效磷含量呈现出西部、中部极少数区域含量较高的趋势,在其总体分布特征总体上表现出相对较高的均质性,但同样其总体含量水平低,处于非常缺乏状态。而土壤速效钾的含量分布格局与其他土壤养分相比,相对比较复杂,总体表现出比较强的空间异质性特征,呈现出中部地区含量较低,南部、北部含量较高,东部、西部含量较低的趋势,总体含量中等,仍有相当部分区域处于缺乏状态。但就土壤养分整体而言,土壤养分含量表现为北部高,中部低。因此,在该研究区进行农业生产时,应加大有机肥、氮肥、磷肥的施用,适当施用钾肥,以更好的使用和培肥土壤,指导农业生产,科学施肥。

参考文献

[1] 程先富,史学正,于东升,等. 江西省兴国县土壤全氮和有机质的空间变异及其分布格局[J].应用与环境生物学报,2004,10(1):64-67.

[2] 王宏庭,金继运,王 斌,等. 土壤速效养分空间变异研究[J]. 植物营养与肥料学报,2004,10(4):349-354.

[3] 崔潇潇,高 原,吕贻忠. 北京市大兴区土壤肥力的空间变异[J]. 农业工程学报,2010,9(26):327-333.

[4] 张 贞,高金权,陈 卫,等. 基于地统计学的土壤肥力空间变异分析[J]. 天津城市建设学院学报,2012,2(18):134-139.

[5] 黄昌勇. 土壤学[M]. 北京: 中国农业出版社,2000.

[6] 邹 焱,苏以荣,路 鹏,等. 洞庭湖区不同耕种方式下水稻土壤有机碳、全氮和全磷含量状况[J]. 土壤通报,2006,37(4): 671-674.

[7] 郭宗祥,左其东,李 梅,等. 江苏省太仓市耕地地力调查与质量评价-土壤pH、有机质、全氮、有效磷、速效钾和CEC的变化[J]. 土壤,2007,39(2):318-321.

[8] 王胜佳,陈 义,李实烨. 长期三熟制下谷物产量和土壤氮磷钾及有机质性状的演化[J]. 土壤通报,2003,34(3):187-190.

[9] 加拿大磷钾研究所北京办事处. 土壤养分状况系统研究法[M]. 北京:中国农业科技出版社,1992.

[10] Cambardella C A, Moorman T B, Novak J M. Field-scale variability of soil properties in central low a soils J. Soil Sci. 1994, 58: 1 501-1 511.

[11] Alemi M H, Azari A B, Nielsen D R. Kriging and univariate modeling of a spatial correlated date[J]. Soil Technology, 1988, 1(2): 117-132.

猜你喜欢

空间分布土壤养分三峡库区
三峡库区万家坝滑坡变形区稳定性复核研究
不同施肥模式对油茶植株营养生长和土壤养分的影响
广灵县平川区土壤养分变化及施肥建议
白龟山湿地重金属元素分布特征及其来源分析
基于GIS技术的福建省柳叶白前资源适宜性空间分布研究
江苏省臭氧污染变化特征
稻蟹共作模式下稻蟹产出与土壤理化性质的研究
三峡库区产业培育及结构调整的思考
通川区耕地土壤养分现状与变化趋势
三峡库区生态环保成效显著