基于GIS的皖北县域土壤养分空间变化研究

高鹏 李琦 张娜娜

摘 要：以安徽省测土配方项目所得的各县市土壤养分含量数据为研究基础，利用GIS地统计、分层分类等技术，研究了皖北地区县域土壤养分中全氮、有机质、有效磷、速效钾的空间分布差异。结果表明，皖北地区各县市的土壤养分含量具有明显的空间分布规律，整体上呈现相近县区各类土壤养分含量相近，土壤养分含量空间渐变特征明显。速效钾、有效磷的渐变趋势与淮河的主要支流流向相似。蚌埠、淮南等区域有丘陵分布，其各类土壤养分含量均在中高等水平。

关键词：土壤养分;GIS;地统计分析;空间变化

中图分类号 S159文献标识码 A文章编号 1007-7731（2019）16-0107-03

Abstract：Based on the soil nutrient content data obtained from the soil measurement and formulation project in anhui province，the spatial distribution differences of total nitrogen，organic matter，available phosphorus and available potassium in soil nutrients in counties in northern anhui province were studied by using GIS geostatistics，stratification and classification techniques.It was found that the soil nutrient content of all counties and cities in northern anhui province has an obvious spatial distribution rule，and the soil nutrient content of all kinds of counties and regions is similar on the whole，and the soil nutrient content has an obvious spatial gradient.The trend of available potassium and available phosphorus is similar to that of main tributaries of huaihe river.There are hills in bengbu，huainan and other areas.

Key words：Soil nutrient;GIS;Scientific analysis;Spatial variation

自2005年以來，随着农业部测土配方施肥补贴项目的启动和全面铺开，全国各地测土配方施肥工作迅速开展，安徽省各县市也相继开展了测土配方施肥工作。通过采集大量的土样，科学检测各县市土壤全氮、有机质、速效钾、有效磷等养分的平均含量。土壤是地球陆地生态系统中最为重要的组成部分，不同的研究区域内地形因子的变化，将会对土壤养分的空间分布状况产生一定的差异[1]。土壤养分的空间变异既是母质、生物、气候和地形等自然成土因素综合作用的结果，又受到人为因素如施肥、耕作措施、种植制度等的影响[2-4]。因此，掌握土壤养分在空间上的变异及分布特征，是进行土壤养分科学管理的前提和基础[5]。研究土壤养分的空间分异规律，能够为土壤养分的综合管理以及合理的土地利用规划提供重要的理论依据[6]。

本文搜集了皖北地区各县市土壤养分含量数据，利用GIS地统计技术、分层分级技术等，直观反演皖北地区土壤养分各指标空间分布，分析皖北区域土壤养分变化及影响机制，为针对性提升区域土壤肥力提供参考。

1 研究区域概况

研究区域为安徽省淮河以北的区域，地理坐标为东经114°54′38″～118°11′05″与北纬32°22′44″～34°31′40″之间。属亚热带湿润性季风气候，主要覆盖阜阳、淮南、蚌埠、亳州、淮北、宿州的大部分县区，总面积约3.9万km2。该区域基本属于淮河流域，区域内的主要河流都是淮河的支流。区域内主要以平原为主，在淮南、蚌埠、淮北市辖区有部分丘陵分布。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源 研究数据主要来自安徽省各县区测土配方项目。土壤养分的主要指标有有机质、全氮、速效钾、有效磷、有效铜、有效锌、有效锰、有效铁、有效硼、有效硫等。研究根据土壤养分数据的全面性和常用性，综合选定有机质、全氮、速效钾、有效磷作为本次研究的参考指标。

2.2 研究方法 地理信息系统（简称GIS）是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统，能够直观的分析地理数据空间分异规律。ARCGIS是全球范围内使用最广泛的GIS软件。本研究利用ARCGIS软件平台，以皖北各县域有机质、全氮、速效钾、有效磷检测数据为源数据，采用地统计分析、定量分级等方法，直观表现皖北地区各县区土壤养分空间分异，并结合皖北地形图寻找土壤养分空间差异的影响因子。

3 结果与分析

3.1 有机质含量的空间变化 由图1可知，皖北地区土壤有机质含量高的区域有凤台县、淮南市辖区、界首市，面积占研究区的8.0%。淮南市辖区-凤台县区域有丘陵分布，处于西淝河下游，是煤炭储量丰富的地区。土壤有机质含量中等区覆盖了皖北大部分区域，东起泗县、西至临泉县，南至颍上县，北至萧县，面积占研究区的90.2%。土壤有机质含量低的区域为砀山县，面积占研究区的2.8%。

3.2 全氮含量的空间变化 由图2可知，皖北地区各县域土壤全氮含量比较接近。凤台县土壤全氮含量最高，达到1.52g/kg，面积占研究区的3.0%。凤台县是安徽省著名的产煤大县，境内煤矿化工企业较多，在生产过程中会产生大量的含氮物体，对周边的土壤造成影响，从而增加了土壤中的氮含量。砀山县土壤全氮含量最低，达到0.50g/kg，面积占研究区的2.8%。大部分区域土壤含量中等，面积占研究区的94.2%，贯穿皖北地区东西。整体而言，皖北地区的全氮含量从南至北逐渐降低。

3.3 速效钾含量的空间变化 由图3可知，皖北地区土壤速效钾含量高的区域主要分布在亳州市辖区-太和县-涡阳县区域，该区域为涡河、颍河上游地区，以平原地形为主，面积占研究区域的15.8%。亳州市辖区速效钾含量最高，达217mg/kg，涡阳县、太和县含量略低。土壤养分速效钾含量中等区域主要有以下2大区片，分别是界首市-临泉县-阜阳市辖区-阜南县和淮北市辖区-蒙城县-怀远县-淮南市辖区-蚌埠市辖区-固镇县-五河县-泗县县-灵璧县。2大区片分布在速效钾高含量区域的两侧，总面积约占研究区域的57.1%。土壤养分速效钾含量低等区域亦有以下2个区片，分别是利辛县-颍上县-凤台县和萧县-宿州市辖区，面积约占研究区的27.1%。整体上，土壤养分速效钾空间变化呈明显的渐变规律，以亳州市辖区最高，向南、向东、向西逐渐降低。各级别速效钾成片集群分布，相近縣区速效钾含量相近。

3.4 速效钾含量的空间变化 由图4可知：（1）皖北地区有效磷含量较高的区域有以下2个区片，临泉县-阜南县连片区域和怀远县-固镇县-蚌埠市辖区-五河县区域，总面积占研究区的24.6%。其中固镇县的有效磷含量最高，达28.6mg/kg。（2）有效磷含量中等的区域有以下3个区片，分别是阜阳市辖区、淮北市辖区-蒙城县、砀山县，总面积占研究区的19.3%。除砀山县外，其余2个有效磷含量中等区片与高含量区域接壤。

（3）有效磷含量低的区域有2大区片，分别是界首市-太和县-亳州市辖区-利辛县-颍上县-凤台县-淮南市辖区区片和萧县-宿州市辖区-灵璧县-泗县区片，总面积占研究区的56.1%。有效磷含量最低的区域是亳州市辖区，距离高含量区域最远。

4 结论与讨论

皖北地区以平原地形为主，淮河及其支流贯穿整个区域。各县区土壤养分含量较为相近，但也呈现出了明显的空间差异。研究通过ARCGIS软件对各县区土壤养分进行了定量分级、地统计分析，发现皖北县域个土壤养分呈现如下空间规律：

（1）皖北地区土壤养分中，有机质、全氮含量差异较小，含量中等区域占据整个皖北区域的绝大部分面积。含量较高的主要是凤台县、淮南市，这个区域内为煤炭重要产区，煤炭化工产业多，在生产过程中，会增加氮和有机质的排放，从而导致这些区域的全氮和有机质的含量增加。

（2）皖北地区土壤养分中的速效钾、有效磷空间分异规律明显。土壤养分速效钾、有效磷空间渐变特征明显，含量最高区域与含量中等区域相接，含量中等区域与含量低等区域相接。这充分说明土壤养分含量具有紧密的空间联系，相近县区土壤养分含量具有相似性。

（3）皖北地区土壤养分含量同地形、河流有一定的关联，如速效钾高含量区域为涡河上游区域，沿着涡河顺流，速效钾含量逐渐降低。蚌埠、淮南等区域有丘陵分布，其各类土壤养分含量都在中高等含量。

（4）整体上，皖北地区东南区、西南区土壤养分综合含量最高，南部、中部区域含量中等，北部区域土壤养分含量最低。表明皖北地区土壤养分空间差异和空间集群特征明显。

参考文献

[1]赵敏.蚌埠市土壤养分含量与分布及稻麦配方施肥指标体系研究[D].合肥：安徽农业大学，2016.

[2]张竞，苗晋杰，裴艳东，等.潮白河中游冲积平原土壤养分空间变异特征及其影响因素[J].土壤通报，2018，49（06）：1436-1444.

[3]阳利永，渠甲源，吴献花.不同土地利用方式对土壤养分的影响[J].安徽农业科学，2012，40（18）：9693-9696.

[4]刘欣，王红梅，廖丽君.黑龙江省巴彦县土壤养分空间变异规律与格局分析[J].土壤通报，2011，42（01）：86-90.

[5]吕真真，刘广明，杨劲松，等.环渤海沿海区域土壤养分空间变异及分布格局[J].土壤学报，2014，51（05）：944-952.

[6]刘立文，徐立帅，段永红，等.山西农谷土壤养分空间特征分布研究[J].山西农业科学，2018，46（11）：1882-1886.

（责编：张宏民）