近30年南方丘陵山区耕地土壤养分时空演变特征——以江西省为例

张 晗, 赵小敏, 朱美青, 欧阳真程, 郭 熙,, 匡丽花,叶英聪, 黄 聪, 汪晓燕, 李伟峰

(1.江西农业大学 江西省鄱阳湖流域农业资源与生态重点实验室/南方粮油作物协同创新中心, 南昌 330045;2.江西农业大学 国土资源与环境学院, 南昌 330045; 3.南京农业大学 公共管理学院, 南京 210095)

土壤是人类赖以生存的最基本的生产资料。土壤养分是土壤的重要属性之一，也是衡量土壤综合生产力的重要指标，影响土壤的因素主要有气候、母质、土壤理化性质、土壤类型、地形地貌、土地利用类型、农田水肥管理和土壤侵蚀等影响因素[1-4]，因而土壤养分是具有高度变异性的时空连续体[5]。近些年来，土壤养分流失、土壤环境恶化、土壤碳库变化和土壤酸化等问题日趋严重，土壤养分空间变异性特征研究已成为国内外土壤科学研究的热点[6-7]。目前，针对土壤属性空间变异特征分析主要采取经典统计方法、GIS与地统计分析、分形维数和人工神经网络模型(RBFNN，GRNN)等研究方法[8-10]。国内外学者在耕地土壤养分空间变异的不同尺度研究上取得了一定的进展，但主要集中在市级、县级、乡镇级、村级、田块以及流域等中、小及微尺度[11-16]，因土壤取样方法和精度限制，在省级尺度的耕地土壤养分的空间变化特征的相关研究鲜有报道。江西省是国家农业大省，农作物以水稻等粮食作物为主，是全国重要的商品粮基地之一，但是近些年来，随着施肥方式的不合理，大量施用氮磷钾肥等化肥，导致江西省耕地化肥利用率不高，土壤板结、酸化严重和面源污染等问题日益突出。基于此，本文尝试将GIS与地统计学相结合的方法，采取空间自相关和克里金插值等手段，以不同时空尺度下近30 a江西省耕地土壤全氮(TP)、全磷(TP)、全钾(TK)、有机质(SOM)和酸碱度(pH值)属性变化为切入点，分析江西省耕地土壤养分的时空演变特征，以期为江西省土壤养分分区管理、精准高效施肥、土壤养分可持续利用和提升耕地质量等别提供基础理论和科学依据。

1　材料与方法

1.1　研究区概况

江西省简称“赣”，位于中国东南部，属南方丘陵区，处于长江中下游交接处的南岸，地处北纬24°29′14″—30°04′41″，东经113°34′36″—118°28′58″。2012年全省面积1.67×105km2，耕地4.1万km2，总人口4 500余万人，下辖11个设区市、100个县(市、区)。全省平均气温为16.4～19.4℃，降水量为1 751 mm，日照为1 679 h。全年气候温暖，光照充足，雨量充沛，无霜期长，是典型的亚热带湿润气候。江西省地形以丘陵山地为主，盆地、谷地广布，省境东、西、南三面群山环绕，中部丘陵与平原交错分布，地势呈现出由外及里，自南而北，渐次向鄱阳湖倾斜的趋势。全境有大小河流2 400余条，河流总长18 400 km，主要河流有5条，即赣江、抚河、信江、修河、饶河，鄱阳湖是全国最大的淡水湖。红壤和水稻土为江西省主要的土壤类型。粮食作物以水稻为主，小麦、玉米次之，还盛产油菜、花生、油茶、茶叶、黄麻、苎麻和柑橘等经济作物。

1.2　数据来源

本文两个时期数据分别来源于数字化后1985年的江西省第二次土壤普查土壤数据、基础图件和2012年农业部开展的江西省测土配方施肥大量土壤样品数据。空间分辨率为30 m的江西省DEM(数字高程模型)数据来源于中国科学院地理空间数据云提供的数字高程数据，经ArcGIS软件处理提取出研究区的坡度、坡向、地形和高程等数据。土壤图来源于全省1∶50万土壤数据库，土地利用现状图来源于江西省第二次土地资源调查数据，分别将江西省第二次普查的土壤养分数据与1∶75万土地利用变更调查数据进行叠加分析，获得1985年江西省耕地全氮、全磷、全钾、有机质和酸碱度养分等级图(附图1)。2012年测土配方施肥样点数据经过ArcGIS 10.3进行空间自相关分析，然后对样点数据采用地统计模块的普通克里金插值法(ordinary Kriging)，利用GS+9.0进行半方差函数模型拟合，对变异函数模型实施交叉验证(Cross-Validation)，利用自然断点法对养分栅格重分类(Reclassify)，最后与2012年江西省土地利用现状图进行叠加分析，得到2012年江西省耕地土壤养分等级图(附图2)。

1.3　样品采集与分析

结合研究区各地区的土地利用现状图、地形图等，综合考虑研究区各地区土壤的成土母质，地形地貌、土壤质地、土壤类型等自然条件，在耕地中应用“S”形采样法均匀随机采取8个点，共采集2012年0—25 cm耕层土壤采样点16 283个，土壤样品采集后经自然风干、剔除异物，研磨和过筛(0.074 mm)等前期处理，制成待测土样，将采集的样点土壤充分混匀后，用四分法留取1 kg土样装袋以备分析，每个采样点均以GPS记录其经纬度坐标和海拔高度，将GPS测得的带有坐标记录的采样点数据转换为具有空间坐标的点。半微量凯氏定氮法用于测定土壤TN含量；NaOH熔融—钼锑抗比色法用于测定土壤TP含量；NaOH熔融—火焰光度计法用于测定土壤TK含量；重铬酸钾容量法氧化外加热法用于测定土壤SOM含量；采用玻璃电极法(水土比为2.5∶1)测定土壤pH值含量。

1.4　研究方法

采用SPSS 22.0统计软件对1985年和2012年的耕地土壤养分指标进行描述性统计分析，运用ArcGIS 10.3软件对1985年土壤养分分布进行数字化(附图1)，采用ArcGIS地统计学和GS+9.0软件分别对两个时期土壤养分数据进行普通克里格插值和半方差分析以及全局空间自相关分析，最后按等级形成两个时期的耕地土壤养分等级专题分布图(附图1—2)。

1.4.1空间自相关分析空间自相关是指同一个变量在不同空间位置上的相关性[17]，空间自相关分析是进行地统计分析的基础和前提，Moran′sI指数反映了邻近区域单元属性的空间相似度和依赖度。全局Moran指数，取值范围为[-1，1]，I>0表示空间正相关，研究对象趋于空间聚合特征；I<0表示空间负相关，研究对象趋于空间离散特征；I=0表示则表示研究对象随机分布。Moran′sI指数的表达式为：

(1)

(2)

1.4.2半方差函数地统计分析的核心是根据样点来确定研究对象随空间位置而变化的规律，以此估测未知点的属性值，这个规律也称变异函数。研究对象的空间变异性可以通过半方差函数来描述，半变异函数是地统计分析的核心工具，也是克里金插值的基础。其计算模型如下：

(3)

式中：γ(h)为半方差函数；h为样点空间间隔；N(h)为间隔距离为h的样点数；Z(xi)和Z(xi+h)分别为区域化变量Z(xi)在空间位置xi和xi+h的实测值。

半变异函数是地统计学中分析土壤异质性所特有的函数，变异函数的理论模型包括球状模型、指数模型、高斯模型等。半变异函数有3个重要参数：块金值(C0)、基台值(C0+C)和变程α。块金值C0+C代表变量的块金效应，反映了系统内部研究变量随机性的可能程度。C为结构方差，又称偏基台值，C0+C为基台值，表示由系统内总的变异。变程α也称为土壤养分空间最大自相关距离。块金值/基台值(C0/C0+C)又称块金基台比，表示空间异质性程度或土壤属性的空间依赖性。研究表明[5]，块金基台比<25%时，表示变量具有强烈的空间自相关性；块金基台比在[25%，75%]范围内，表示变量具有中等水平的空间自相关性；块金系数>75%，表示变量具有较弱的空间自相关性，变异主要由随机变异组成。

2　结果与分析

2.1　耕地土壤养分指标描述性分析

根据全国第二次土壤普查养分分级标准，对各养分指标统一进行分级，土壤酸碱度分级方法将土壤pH值分为6级，1级：pH值>8.5(强碱性)，2级：pH值7.5～8.5(微碱性)，3级：pH值6.5～7.5(中性)，4级：pH值5.5～6.5(微酸性)，5级：pH值4.5～5.5(酸性)，6级：pH值<4.5(强酸性)。其余5项土壤养分指标丰缺度分为6级水平，分别为1级(很丰富)，2级(丰富)，3级(中等)，4级(缺乏)，5级(很缺乏)，6级(极缺乏)，详见表1。

表1　全国第二次土壤普查养分分级标准对照

江西省1985年和2012年耕层土壤样点养分统计特征见表2，通过采用SPSS 22.0对比分析1985年和2012年研究区耕层土壤养分含量均值和变异系数等数据，进行K-S正态检验时发现：1985年土壤养分和2012年土壤全氮、全钾和有机质均服从正态分布，而2012年土壤全磷和pH值则服从对数正态分布；1985年土壤全氮、全磷、全钾、有机质和酸碱度平均养分级别分别为2.81，4.32，3.29，2.87，4.17，2012年土壤全氮、全磷和有机质养分等别平均值均有所下降，表明其养分含量在2012年有所上升，分别上升了0.41，0.39，0.44个级别，同时土壤全钾和pH值养分级别分别上升了0.89，0.66个级别，表明研究区土壤全钾含量有所下降，土壤呈现了较明显的酸化现象；30年来，江西省耕地土壤养分变异系数为12.26%～43.00%，除全氮和有机质的变异系数增大外，其他养分的变异系数都有所减小，说明江西省土壤养分总体上呈现中等强度的空间分异规律，且随着耕作制度、施肥方式和田间管理措施等人为因素的影响，土壤养分的空间变异特征表现为逐渐减弱的趋势。

2.2　耕地土壤养分含量空间结构变化

运用GS+9.0对土壤样点养分空间变异性进行半方差分析，对比分析土壤各个养分模型的决定系数和残差，1985年耕地土壤pH值和2012年全氮、全磷和有机质的最佳理论模型为球状模型(Spherical)，而1985年土壤TN，TP，TK，SOM和2012年TK，pH值的最佳模型为指数模型(Exponential)。块金值与基台值之比表示由随机因素引起的空间变异程度大小，是研究变量空间相关性程度的分类依据。根据两个时期土壤养分变异函数及相关参数，1985年耕地土壤TN为较弱的空间自相关，主要由随机性影响因素(如灌溉、施肥、耕作措施和土壤改良等各种人为活动)引起的。其余4种养分要素的空间自相关特性呈中等水平，主要受结构因素(土壤、母质、地形、气候等非人为区域因素)和随机因素两者共同的影响；2012年土壤TN，TP，TK和SOM块金系数均小于25%，表现为强烈的空间相关性，表明土壤全磷、全钾和有机质的空间分异主要由结构性因素引起的；土壤pH值块金系数为56.79%，呈现中等强度的空间变异性，主要由结构性因素和随机性因素共同引起的。变程的大小反映区域变化量自相关范围的大小，2012年土壤TN，TP，TK的变程与1985年相比明显变大，表示其空间自相关范围变大，而SOM和pH值变程则显著变小，表示其空间自相关范围减小。采用公式(1)对两个时期5种土壤养分含量的空间自相关指数进行计算，其Moran′sI指数在0.22～0.75，30年来耕层土壤中的养分具有中等的空间自相关，土壤养分的分布具有良好的空间结构，并且表现为空间聚合的分布特征。但从两个时期Moran′sI数值来看，2012年5种土壤养分集聚程度较1985年更强。

表2　1985-2012年江西省耕地土壤养分含量描述性统计

表3　江西省两个时期土壤养分半变异函数理论模型及相应参数

2.3　江西省耕地土壤养分时空演变规律

2.3.11985年土壤养分空间分布特征分析根据江西省耕地土壤养分专题制图结果，1985年江西省土壤养分含量整体处于中等水平，土壤pH呈现出微酸化趋势。从江西省耕地土壤全氮含量等级划分状况可知(附图1A)，全省全氮丰富级(1级和2级，下同)水平的耕地面积有1.52×106hm2，占全省耕地面积的43.43%，主要分布在萍乡、宜春、南昌和景德镇4个市。全氮中等(3级和4级，下同)水平的耕地面积有1.70×106hm2，占全省耕地面积的48.63%，在全省11个设区市均有分布。全氮低量级(5级和6级，下同)水平的耕地面积有2.77×105hm2，占全省耕地面积的7.93%，零星分布在全省各个市。全省全磷丰富级(1级和2级，下同)水平的耕地面积有9.09万hm2，占全省耕地面积的2.6%，主要分布在上饶市、抚州市、和赣州市。全磷中等(3级和4级，下同)水平的耕地面积有1.30×106hm2，占全省耕地面积的37.22%，主要分布在宜春市、上饶市和赣州市。全磷低量级(5级和6级，下同)水平的耕地面积有2.11×106hm2，占全省耕地面积的60.18%，主要分布在宜春市、上饶市、吉安市和南昌市，其他市均有零星分布。全省全钾丰富级(1级和2级，下同)水平的耕地面积有1.29×106hm2，占全省耕地面积的36.75%，主要分布在上饶市和赣州市。全钾中等(3级和4级，下同)水平的耕地面积有1.55×106hm2，占全省耕地面积的44.15%，在全省11个设区市均有分布，主要分布在吉安市和宜春市。全钾低量级(5级和6级，下同)水平的耕地面积有6.67×105hm2，占全省耕地面积的19.10%，全省11个设区市均有零星分布。全省有机质处丰富级(1级和2级，下同)水平的耕地面积有1.0×106hm2，占全省耕地面积的28.65%，主要分布在萍乡市、宜春市和抚州市。有机质含量中等(3级和4级，下同)水平的耕地面积有2.40×106hm2，占全省耕地面积的68.64%，在全省各市均有分布。有机质含量低量级(5级和6级，下同)水平的耕地面积有9.47万hm2，占全省耕地面积的2.71%，零星分布在赣州市、吉安市和新余市等市。全省土壤强碱至微碱性水平的耕地面积为8.10万hm2，占全省耕地面积的2.32%，零星分布在萍乡市和九江市，中性土壤面积2.34×105hm2，占全省耕地的6.69%，主要分布在萍乡市，全省耕地微酸至强酸性土壤面积为3.18×106hm2，占全省耕地面积的90.99%，其中又以微酸性和酸性为主，分别占全省耕地的46.29%和50.39%，在全省各市均有集中分布。

2.3.22012年土壤养分空间分布特征分析在ArcGIS 10.3中采用Ordinary Kriging 插值法对2012年江西省耕地土壤养分进行空间插值。2012年江西省耕地土壤养分含量较为丰富，但是土壤pH值酸化较为严重。从江西省耕地土壤全氮含量等级划分状况可知(附图2A)，全省全氮丰富级水平的耕地面积有2.48×106hm2，占全省耕地面积的60.46%，主要分布在鄱阳湖东北部(上饶市)、南部(南昌市)、西南部(宜春市和新余市)、沿浙赣线的平原与盆地区(萍乡市、抚州市)及吉泰盆地(吉安市)及赣州盆地；全氮中等水平的耕地面积有1.55×106hm2，占全省耕地面积的37.83%，主要分布在鄱阳湖西北部的九江市、赣南的鹰潭市和赣州市；全氮低量级水平的耕地面积有6.98万hm2，占全省耕地面积的1.70%，主要分布在九江市。全省全磷丰富级水平的耕地面积有1.86×105hm2，占全省耕地面积的4.53%，零星分布在全省各个市；全磷中等水平的耕地面积有3.02×106hm2，占全省耕地面积的73.63%，主要分布在环鄱阳湖周边城市、沿赣江河谷冲击平原地区(抚州市和赣州市)及浙赣线沿线地区；全磷低量级水平的耕地面积有8.95×105hm2，占全省耕地面积的21.84%，主要分布在九江市和景德镇市。全省全钾丰富级(只有第2级)水平的耕地面积有5.96×103hm2，占全省耕地面积的0.15%，零星分布在全省各市；全钾中等水平的耕地面积有2.46×106hm2，占全省耕地面积的60.08%，在全省各市均有较集中分布，中等水平的耕地在各市所占比例都超过50%；全钾低量级水平的耕地面积有1.63×106hm2，占全省耕地面积的39.77%，主要分在鹰潭市和萍乡市。全省有机质含量丰富级水平的耕地面积有2.28×106hm2，占全省耕地面积的55.58%，主要分布在鄱阳湖南部的南昌市、东部的上饶市和浙赣线沿线的宜春市及新余市；有机质含量中等水平的耕地面积有1.85×106hm2，占全省耕地面积的44.31%，主要分布在九江市、鹰潭市和赣州市；有机质含量低量级(只有第5级)水平的耕地面积有4.55×103hm2，占全省耕地面积的0.11%，主要分布在九江市和景德镇市。全省土壤强碱至微碱性(只有第2级)水平的耕地面积为4.96×103hm2，占全省耕地面积的0.12%，只分布在九江市；中性土壤面积6.73万hm2，占全省耕地的1.64%，主要分布在萍乡市，在吉安、宜春、新余和景德镇市均有少量分布。全省耕地微酸至强酸性土壤面积为4.03×106hm2，占全省耕地面积的98.24%，其中又以酸性为主，占全省耕地面积的83.68%，除萍乡市外，其他市均有大量分布。

2.3.31985—2012年土壤养分时空分布特征利用ArcGIS 10.3空间分析平台，将1985年和2012年两个时期的耕地土壤养分图进行空间叠加分析，得到两个时期的耕地土壤养分等级时空演变特征(表4和附图3)。30年来江西省土壤全氮、全磷和有机质总体含量都有较为显著的提升，但是全钾含量有所降低，且土壤pH值呈现出弱酸化的趋势。

(1) 全氮时空变化。从1985—2012年江西省全氮含量有显著的提高，平均等别从2.81级提高至2.4级，提高了0.41个级别，整体处于丰富级水平。1985年耕地TN含量1～6级水平均有分布，主要集中在2级(1.5～2.0 g/kg)和3级水平(1～1.5 g/kg)，占耕地总面积的68.96%，主要分布在赣州市、吉安市、宜春市和上饶市。2012年TN含量有较大提升，主要为丰富级水平，占耕地总面积的60.46%，大面积分布在江西省北部区域，丰富级水平基本覆盖全省，而TN含量<0.5 g/kg的耕地仅占总面积的0.36%。由表3和附图3A可知，TN含量等级提高的面积2.58×106hm2，占耕地总面积的62.87%，主要集中在吉安市、上饶市和宜春市；处于稳定状态的面积为6.64×105hm2，占比16.21%，主要分布在上饶市和宜春市；TN含量降低的等级面积为8.58×105hm2，占比20.92%，主要分布在南昌市和上饶市。

(2) 全磷时空变化。对比分析两个时期的耕地全磷含量，全磷水平提升较为快速，平均等级从1985年的4.32级提高至2012年的3.93级，提高了0.39个级别，整体处于中等水平。1985年耕地TP含量主要集中分布在4级(0.4～0.6 g/kg)和5级水平(0.2～0.4 g/kg)，占耕地总面积的80.54%，主要分布在宜春市、上饶市、吉安市和南昌市；2012年TP含量等级未发现为1级(>1 g/kg)的耕地，大部分处于中等水平，占总面积的73.63%，在全省都有较大范围的分布。从表3和附图3B可以发现，TP含量上升的耕地面积为2.51×106hm2，占耕地总面积的61.29%，主要分布在南昌市、上饶市和吉安市；级别不变的面积为5.56×105hm2，占耕地总面积的13.57%，全省都有较大面积的分布；全磷等级下降的耕地面积为1.03×106hm2，占比为25.14%，主要分布在赣州市、宜春市和吉安市。

(3) 全钾时空变化。全钾含量总体水平呈显著下降的态势，平均等级从1985年的3.29级下降至2012年的4.18级，降低了0.89个级别，整体处于下降水平。1985年TK含量1—6级水平均有分布，2012年全省未发现TK含量处2级以上(>20～25 g/kg)水平的耕地。1985年耕地TK含量主要为中等水平，占耕地总面积的44.15%，主要分布在鄱阳湖北部的九江市和景德镇市；2012年全钾等级主要为4级和5级水平，占耕地总面积的73.22%，大面积分布在赣州市、吉安市和上饶市。从表3和附图3C可以发现，TK含量上升的耕地面积为4.08×105hm2，仅占耕地总面积的9.95%，主要分布在宜春市、上饶市和吉安市；级别不变的面积为3.71×105hm2，占耕地总面积的9.06 %，主要分布在宜春市、上饶市；全钾等级下降的耕地面积为3.32×106hm2，占比为80.99%，等级下降区域大幅度扩大至全省范围内。

(4) 有机质时空变化。30年来江西省有机质含量有显著的提高，平均等别从2.87级提高至2.43级，提高了0.44个级别，整体处于丰富级水平。1985年耕地SOM含量1—6级水平均有分布，而2012年未发现5级以下(<6～10 g/kg)的耕地，1985年主要集中在中等水平，占耕地总面积的68.64%，主要分布在鹰潭市、上饶市和南昌市。2012年有机质含量有较大提升，主要为丰富级水平，占耕地总面积的55.58%，集中分布在上饶市、宜春市和南昌市。由表3和附图3D可知，SOM含量上升的面积有2.51×106hm2，占耕地总面积的61.22%，主要集中在赣州市、上饶市和宜春市；级别不变的面积为6.14×105hm2，占耕地总面积的14.97%，主要分布在吉安市、上饶市和宜春市；SOM含量降低的等级面积为9.76×105hm2，占耕地总面积的20.92%，主要分布在宜春市、南昌市和吉安市。

(5) 酸碱度时空变化。30 年来江西省耕作土壤pH值整体呈降低的趋势，酸化较为严重，平均等别从4.17级降低至4.83级，降低了0.66个级别，土壤酸化程度增加。1985年耕地土壤pH值处于2—5级水平，而2012年未发现2级以上(>7.5)的耕地。1985年土壤pH值主要处于4级(5.5～6.5)和5级水平(4.5～5.5)，占耕地总面积的85.89%，主要集中在宜春市、上饶市和吉安市；2012年土壤酸化现象不断加剧，主要为5级水平，占耕地总面积的83.68%，集中分布在南昌市、抚州市和吉安市。由表3和附图3E可知，pH值含量上升的面积为6.76万hm2，占耕地总面积的1.65%，零星分布于全省；pH值含量不变的面积为7.06×105hm2，占耕地总面积的17.23%，主要分布在上饶市和宜春市；pH值含量降低的等级面积为3.33×106hm2，占耕地总面积的81.12%，主要分布在宜春市、南昌市和吉安市。

表4　江西省两个时期耕地土壤养分级别变化情况

3　讨 论

4　结 论

(1) 第二次土壤普查以来，研究区耕地土壤养分含量有了一定的提高，但是土壤养分的总体水平有待进一步提升。其养分含量总体上表现为土壤全氮和有机质含量显著上升，全磷水平提高较为显著，但全钾含量急剧下降，土壤pH值酸化较为严重。从1985—2012年，土壤全氮提升了0.41个级别，耕地土壤全氮级别上升的面积占耕地总面积的62.87%；有机质含量提高了0.44个级别，耕地有机质级别上升的面积占耕地总面积的61.22%；全磷含量提升了0.39个级别，耕地土壤全磷级别上升的面积占耕地总面积的61.29%；全钾降低了0.89个级别，耕地土壤全钾级别下降的面积占耕地总面积的80.99%；pH值降低了0.66个级别，耕地土壤pH值级别下降的面积占耕地总面积的81.12%。

(2) 江西省耕作土壤养分含量有较强的时空变异规律，对比两个时期土壤养分水平，30年来，土壤TN和SOM处于丰富级水平，TP处于中等水平，TK处于低量级水平，pH值处于酸性和微酸性水平。1985年江西耕地TN和SOM丰富级主要分布在鄱阳湖、赣西平原及赣南平原与盆地，2012年TN和SOM丰富级水平分布范围有所扩展，在整个鄱阳湖平原、沿浙赣线及赣南平原与盆地均有大范围分布。1985年耕地全磷含量中等水平主要分布在宜春市、上饶市、吉安市和南昌市，到2012年全磷含量中等水平在全省都有较大范围的分布。1985年耕地全钾含量为中等水平，主要分布在吉安市、宜春市和上饶市，到2012年全钾等级中等偏低水平，大面积分布在赣州、吉安、上饶、宜春和九江5个市。1985年土壤pH值处于酸性水平主要集中在宜春市、上饶市和吉安市，到2012年酸性水平主要分布在赣中和赣西南等市，以南昌市、抚州市、赣州市和吉安市最为集中。

(3) 30 年来江西省耕地土壤养分含量时空变化主要受人为因素和自然条件的综合影响，但是人为因素对研究区养分的变化具有主导作用。1985年5种土壤养分表现为中等的空间自相关特性，2012年土壤TN和pH值表现为较强的空间自相关特性，其余为中等的空间自相关特性。1985—2012年，耕作土壤养分空间变异的最大值由TK转变为TN，pH值两个时期的空间变异最小，除全氮和有机质的变异系数增大外，其他养分的变异系数都有所减小，说明随着耕作制度、施肥方式和田间管理措施等人为因素的影响，土壤养分的空间变异特征表现为逐渐减弱的趋势。据国家统计局调查显示，1985—2012年以来，江西省开展了测土配方施肥，农用氮肥施用折纯量由1985年的38.90万t提高至2012年的42.88万t，磷肥施用折纯量由1985年的14.40万t提升到2012年的22.67万t，钾肥施用折纯量由1985年的8.80万t提升到2012年的21.14万t。由此可知，江西省耕作土壤偏施氮肥和氮磷肥，施钾肥不足，而作物需肥特性要求钾肥施用量大于磷肥，导致土壤全氮、全磷含量提高，全钾含量下降的主要因素。同时，有机肥、冬季绿肥的施用及水稻秸秆还田的推广，使得全省有机质含量大幅度增加，但过量施用氮磷钾肥、大量燃耗化石燃料、工业污染及酸性沉降物等也加剧了土壤的酸化。

参考文献:

[1]Berndtsson R, Bahri A, Jinno K. Spatial dependence of geochemical elements in a semiarid agricultural field:Ⅱ. Geostatistical properties[J]. Soil Science Society of America Journal, 1993,57(5):289-295.

[2]朱菊兰,刘淼,张阳,等.浑河太子河流域地形和土地利用对表层土壤养分空间变异的影响[J].生态学杂志,2016,35(3):621-629.

[3]陈肖,张世熔,黄丽琴,等.成都平原土壤氮素的空间分布特征及其影响因素研究[J].植物营养与肥料学报,2007,13(1):1-7.

[4]张彬,杨联安,杨粉莉,等.苹果主产区土壤养分空间分布特征及其影响因素:以陕西省礼泉县为例[J].土壤,2016,48(4):777-784.

[5]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.

[6]刘建玲,贾可,廖文华,等.太行山山麓平原30年间土壤养分与供肥能力变化[J].土壤学报,2015,52(6):1325-1335.

[7]于洋,赵业婷,常庆瑞.渭北台塬区耕地土壤速效养分时空变异特征[J].土壤学报,2015,52(6):1251-1261.

[8]刘国顺,常栋,叶协锋,等.基于GIS的缓坡烟田土壤养分空间变异研究[J].生态学报,2012,33(8):2586-2595.

[9]贾振宇,张俊华,丁圣彦,等.基于GIS和地统计学的黄泛区土壤磷空间变异:以周口为例[J].应用生态学报,2016,27(4):1211-1220.

[10]李启权,王昌全,张文江,等.丘陵区土壤有机质空间分布预测的神经网络方法[J].农业环境科学学报,2012,31(12):2451-2458.

[11]白树彬,裴久渤,李双异,等.30年来辽宁省耕地土壤有机质与pH值时空动态变化[J].土壤通报,2016,47(3):636-644.

[12]赵小敏,邵华,石庆华,等.近30年江西省耕地土壤全氮含量时空变化特征[J].土壤学报,2015,52(4):723-730.

[13]赵吉霞,和寿甲,张庆,等.近20年来旱地耕层土壤全氮和pH值的变化特征:以云南墨江县为例[J].土壤通报,2016,47(4):868-875.

[14]乐丽红,朱安繁,侯英杰,等.余干县耕地土壤养分时空变化特征研究[J].江西农业大学学报,2016,38(5):986-994.

[15]赵明松,李德成,张甘霖,等.江淮丘陵地区土壤养分空间变异特征:以安徽省定远县为例[J].土壤,2016,48(4):762-768.

[16]董立宽,方斌,施龙博,等.茶园土壤速效磷乡镇尺度下空间异质性对比分析:以江浙地区优质名茶种植区为例[J].长江流域资源与环境,2016,25(10):1576-1584.

[17]鲁如坤,时正元,施建平.我国南方6省农田养分平衡现状评价和动态变化研究[J].中国农业科学,2000,33(2):63-67.

[18]Harter T, Davis H, Mathews M C, et al. Shallow groundwater quality on dairy farms with irrigated forage crops[J]. Journal of Contaminant Hydrology, 2002,55(3):287-315.

[19]Erisman J W, Bleeker A, Galloway J N, et al. Reduced nitrogen in ecology and the environment [J]. Environmental Pollution, 2007,150(1):140-149.

[20]庞夙,李廷轩,王永东,等.土壤速效氮、磷、钾含量空间变异特征及其影响因子[J].植物营养与肥料学报,2009,15(1):114-120.

[21]江西省土地利用管理局,江西省土壤普查办公室.江西土壤[M].北京:中国农业科技出版社,1991.