黄河三角洲典型地区土壤有机质空间变异

张晓光,陈明利,刘佩茹,祝秀芝,李士美

(青岛农业大学 a.资源与环境学院; b.园林与林学院，山东 青岛 266109)

黄河三角洲典型地区土壤有机质空间变异

张晓光a,陈明利a,刘佩茹a,祝秀芝a,李士美b

(青岛农业大学 a.资源与环境学院; b.园林与林学院，山东 青岛 266109)

为了掌握黄河三角洲地区土壤有机质的空间变异，以黄河三角洲典型县域垦利县为研究区，通过土壤采集、分析，利用GIS软件研究其土壤有机质在空间上的变异特征。研究结果表明：研究区土壤有机质含量较低，平均值为11.37 g/kg；变异强度不大，变异系数为27.19%；土壤有机质在垦利县东部分布相对稍高，呈狭长条带状，该处靠近黄河口，有机质存在冲积、淤积；垦利县南边土壤有机质含量较低，该区域属于滩涂、沙地，有机质富集不明显；研究区地形地貌平坦，农田基础设施配套良好，排水能力强，灌溉条件好，水源充分，上述因素空间上较为一致，对土壤有机质的空间变异影响不大；土壤类型、成土母质、地形对土壤有机质也没有显著影响。土壤质地对土壤有机质含量空间变异的影响还需要进一步研究。

黄河三角洲; 土壤有机质;空间变异;垦利县; GIS软件； 影响因素

1 研究背景

土壤有机质是土壤的重要组成部分，也是土壤肥力和土壤质量的重要评价指标。土壤中有机质含量越高，说明该田块肥力状况越好，土壤质量也越高。土壤中有机质的含量与众多因素有关，成土母质、土壤类型、地形条件、土地利用类型等属于影响土壤有机质含量的自然因素；施肥方式、施肥量、农作物种植类型、耕作方式等则属于人为影响因素[1-2]。在众多因素的影响下，土壤有机质在空间区域内的分布是不均匀的。

国内外众多学者采用了地统计学方法对土壤有机质的空间变异特点进行了大量研究。从田块尺度、县域尺度、流域尺度到自然地理地带性较大尺度均有涉及[3-6]。研究区域囊括了几乎大部分气候带和典型地貌地带[7]，对土壤预测制图、精准农业具有重要的意义。

黄河三角洲地区是典型的冲积平原，受盐渍化影响较重。其生态脆弱性的特点决定了土壤有机质变化的独特方式[8]。为评价该区土壤肥力和估算区域碳储量，需研究该区域土壤有机质空间变异及空间分布特征。本文选择垦利县作为研究区，利用地统计学方法研究其县域尺度范围内土壤有机质空间变异的特点。

2 研究材料与方法

2.1 研究区概况

垦利县(图1)位于黄河入海口，呈西南—东北走向，下辖5个乡镇、2个街道办事处，总面积达到2 204 km2。具体位置在37°24′N— 38°10′N， 118°15′E —119°19'E，属于温带季风气候区。夏季盛行东南风，冬季盛行西北风，降水时间、空间分布不均匀。

图1 垦利县行政区划Fig.1 Sketch map of administrative areas of Kenli County

垦利县土壤类型属于潮土类中盐化潮土亚类，绝大多数为氯化物潮土土属。成土母质为黄土母质。历史上黄河尾闾段常常左右摆动，多次溃决、漫溢、泛滥等冲积、淤垫，形成了典型的三角洲地貌。盐碱化情况比较严重，典型的种植作物以种植棉花为主，部分种植水稻，还有一部分小麦与玉米或者小麦与大豆轮作。

2.2 研究方法

2.2.1 土壤样品采集及野外调查

首先获取研究区行政区划图，按照网格法布点，同时考虑土地利用类型、种植方式等因素进行样点的调整，结合测土配方施肥项目，共获取了土壤样品1 140个，采集时间为春季3月份。采样深度为0～20 cm。在所布设的样点附近，按照S形取5～6处土壤，混合均匀后保留1 kg装入样品袋。

在采集样品的同时，调查土壤样点所在田块的农田基础设施情况、排水和灌溉能力、水源条件、灌溉方式、疏水方式，并记载了采样点位置的地貌类型、种植类型。同时在采样时调查土壤类型、成土母质及障碍因素等相关土壤环境因子。

表1 垦利县土壤有机质描述性统计Table 1 Descriptive statistics of soil organic matter in Kenli County

2.2.2 样品处理与分析

将采集完毕的土壤样品带入实验室进行风干、研磨等处理。然后分别通过孔径2 mm和0.25 mm筛，以备理化性质测量。其中，土壤有机质测量用重铬酸钾法[9]。

2.2.3 数据处理

为了研究地形因素对土壤有机质含量的影响，记录了相应采样点的海拔地形信息，利用SPSS 13.0进行相关分析，探讨地形因素和土壤有机质的相关性。采用ArcGIS 9.2软件中的地统计模块对土壤有机质数据进行克里格插值运算[10]，绘制有机质空间分布图。

3 结果与讨论

3.1 土壤有机质含量统计特征

如表1所示，研究区土壤有机质含量最小值是5.00 g/kg，最大值是28.10 g/kg，平均值为11.37 g/kg，同时偏态系数为0.98，接近于1，属于中等偏态分布。从土壤肥力标准来看，有机质含量较低[11]。变异系数为27.19%，说明该区域有机质含量比较集中，多数集中在11 g/kg，与中位数和平均值较为接近，总体变异强度不是很大。

图2 土壤有机质分布直方图Fig.2 Histogram of the distribution of soil organic matter

3.2 土壤有机质含量空间结构特征分析

通过ArcGIS软件数

据探索模块中直方图分析，原始数据不是标准的正态分布(图2)。进行对数变换后，中值接近均值、峰态系数接近3，基本呈正态分布，可以进行空间统计分析。对数据进行空间趋势分析，南北方向呈水平，可见土壤有机质在南北方向无差异趋势。东西方向也呈水平，所以土壤有机质在东西方向也无差异趋势。

3.3 土壤有机质含量空间分布特征

采用普通克里格插值方法，对研究区土壤有机质含量进行插值运算。因绝大部分土壤样点中有机质含量都在10～15 g/kg之间，利用克里格进行插值会进一步平滑掉极值点[12]，如果按此方法划分华北地区相关土壤肥力标准[10]来进行空间属性特征表达，样点的数据大多会聚集在相近的色调内，在空间上将展示不出明显的变异特点。为了更好地显示区域有机质变异情况，采用了自然间断法将研究区划分为5个不同土壤有机质等级的区间(图3)。

如图3所示，研究区中部、西部、北部土壤有机质含量均为10～13.5 g/kg，属于中等肥力水平，除个别地方外，整体上显示较为均一。东部有狭长条带状区域，有机质分布相对偏高，原因可能是由于该处靠近黄河口，有机质冲积丰富。出现狭条状形状是因为该处采样点密度低，北边位于黄河口镇的自然保护区，不方便采样，故用周边农田中样点进行空间预测时产生块状替代所致。高含量区域南部有机质含量较低，2个小区域对比明显，这是由于南边含量较低的区域属于滩涂、沙地，有机质含量富集不明显。

图3 研究区土壤有机质空间分布Fig.3 Spatial distribution of soil organic matter in the study area

3.4 土壤有机质空间变异影响因素分析

为了进一步研究土壤有机质的影响因素，调查了所取土壤样点所在田块的农田基础设施情况、排水和灌溉能力、水源条件、灌溉方式、疏水方式，记载了采样点位置的地貌类型、种植类型、熟制。该地区农田基础设施和水利条件较好，并无大的差异，灌溉方式和输水方式等也均一致。因而不能体现研究区上述因素对有机质空间变异引起的影响。

海拔高度影响水热条件分配，因而可能会对土壤有机质产生影响[13]。本文利用GPS仪器提取了海拔地形信息，将海拔高度和土壤有机质含量进行相关分析，发现两者也没有显示出明显的统计学差异(p>0.1)。也就是说研究区内海拔对土壤有机质含量不能够产生显著的影响。

进一步研究土壤类型、成土母质对土壤有机质的影响。研究区位于黄河下游冲积平原，成土母质都是黄土母质，土壤类型基本都是同一类型，均为氯化物潮土土属。因此，从类型上无法对这2种因素进行土壤有机质影响分析。以后可以进一步转化成土壤系统分类的土壤类型进行因素分析，同时加入土壤质地因素来分析土壤有机质的影响因素。

综上所述，该地区目前土壤有机质空间变异尚不受土壤类型、母质、农田管理方式、海拔等因素的影响。研究区成土环境较为单一，因而数据整体上表现出的特征是有机质含量分布较为均匀，在空间上没有太大的起伏和变化。这一特点与实际情况也是相符合的。

4 结 语

本文对黄河三角洲典型县域垦利县进行了土壤样点采集、分析，利用地理信息系统软件研究其土壤有机质在空间上的变异特征。研究区土壤有机质含量较低，平均值为11.37 g/kg，变异系数为27.19%，说明该区域有机质含量比较集中，总体变异强度不是很大。垦利县东部有机质分布相对较高，原因可能是靠近黄河口，有机质冲积、淤积引起。本研究区出现狭条状形状的原因是因为该处采样点密度低，北边位于自然保护区，不方便采样，故用周边农田中样点进行空间预测时产生块状替代所致。研究区东南部土壤有机质含量较低，该区域属于滩涂、沙地，有机质含量富集不明显。

经过总结分析，该地区位于地貌平坦的河流三角洲下游，农田基础设施配套良好，排水能力也较好。研究区内的降雨量和地下水位也基本都保持一致，灌溉条件好，水源充分，上述因素对土壤有机质的空间差异影响不大。虽然众多研究结果表明土壤有机质可能受到土壤类型、成土母质等因素影响，但是土壤类型、成土母质、地形对本区域土壤有机质空间变异没有显著影响。而土壤质地等对土壤有机质含量空间变异的影响则需要进一步研究。

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(编辑：刘运飞)

Spatial Variability of Soil Organic Matter in Typical Areaof the Yellow River Delta

ZHANG Xiao-guang1, CHEN Ming-li1, LIU Pei-ru1, ZHU Xiu-zhi1, LI Shi-mei2

(1.College of Resource and Environment, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China;2.College of Gardening and Forestry, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China)

The variation of soil organic matter plays an important role in soil fertility evaluation. In this paper, the variability of soil organic matter in space is analyzed by using geographic information system software. Soil samples were collected from Kenli County, a typical district in the Yellow River Delta. Results show that the content of soil organic matter in the study area is low, with an average value of 11.37 g/kg. The coefficient of variation is 27.19%, indicating that the total variance of intensity is not big. Soil organic matter is relatively large in content in the east part of Kenli County and distributes in a narrow strip as the east Kenli is adjacent to the mouth of the Yellow River, resulting in the deposition of soil organic matter; whereas in the south part where land use types are beach and sand, the content of soil organic matter is relatively low, and the accumulation of soil organic matter is not obvious. The study area is located in the downstream of flat river delta with enough farmland infrastructure facilities, strong drainage capacity, good irrigation conditions, as well as abundant water sources, which have little effect on the spatial variance of soil organic matter. Soil type, soil parent material, and topography have no significant effect on soil organic matter in the study area either. The effects of other factors on the spatial variability of soil organic matter content need further research.

Yellow River Delta; soil organic matter; spatial variability; Kenli County; GIS software; influential factors

2016-02-24；

2016-04-11

国家自然科学基金项目(41601211)；土壤与农业国家重点实验室开放基金项目(Y20160007)；农业部都市农业(北方)重点实验室开放课题基金项目(DSNYZD-2015-01)；青岛农业大学高层次人才启动基金项目(1114344)

张晓光(1983-)，男，山东济南人，讲师，博士，主要从事土壤属性时空演变、资源遥感方面的工作，(电话)0532-86080561(电子信箱)zhangxg_66@sina.com。

李士美(1980-)，男，山东菏泽人，讲师，博士，从事资源调查与评价等方面的研究，(电话)15863091676(电子信箱)li_shimei@163.com。

10.11988/ckyyb.20160141

2017,34(5):27-30

S158

A

1001-5485(2017)05-0027-04