崇州市耕地土壤养分空间变异特征分析

孙 娟，钟文挺，谢丽红，何玉亭，李 浩，蔡梣仪，张 成，杨 杰

(成都市农业技术推广总站，四川 成都 610041)

土壤是农业生产最基本的生产资料，其养分受诸如地形、气候、成土母质、土壤类型等自然因素和施肥、耕作及种植制度等人为活动的多方影响[1]，具有空间上的高度变异性，严重影响人类对土壤资源的合理利用及管理[2]，因此研究土壤养分空间变异特征对指导农民科学施肥、推进农业绿色发展意义重大。崇州市是四川省优质粮油生产功能区，具有“西蜀粮仓”的美誉，掌握其耕地土壤养分空间变异状况对保障粮食安全至关重要。但目前关于该地区的相关研究较少，故本文以崇州市为研究对象，采用GIS技术，探索土壤养分空间变异规律，为当地的土壤养分有效利用、农业绿色发展提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

崇州市位于成都市西部，地处103°07'E～103°49'E、30°30'N～30°53'N之间，行政区划为1个街道18个镇6个乡，总面积约1090.17km2。崇州市境内山地、丘陵、平原地貌类型均有，平坝居多，占全市总面积的52.9%，地势东南低，西北高。其气候属亚热带湿润季风气候，年均气温15.9℃，平均降水量1012.4mm，雨量充沛，日照偏少，无霜期较长。辖区土壤类型主要为水稻土，粮食作物以水稻、小麦、油菜为主。

1.2 土壤采样与测定

研究所用的995个土壤样点数据来源于2017年成都市耕(园)地质量普查。该次普查通过GPS定位，运用“S”形取样法，以30hm2左右的耕地面积为单位布设样点，于作物收获期对耕层土壤(0～20cm)进行多点混合采样，并就每个样点经纬度坐标、土壤类型、土地利用类型及对应农作物类型进行了记录，样点分布如图1所示。所采集土壤样品经风干、杂物剔除、过网筛选入瓶后，由具备省级以上计量认证资质的检测机构按照全国第二次土壤普查检测方法完成土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾的测定。

1.3 数据处理与分析

利用SPSS22.0对土壤样点数据进行箱型分析，通过3倍标准差原则进行异常值剔除[2]，并对数据进行描述性统计分析。运用ArcGIS10.2对养分数据进行半方差函数和克里格插值分析，并按照全国第二次土壤普查标准进行土壤养分丰缺度评价，通过ArcGIS10.2分区统计和栅格赋值，生成土壤养分空间分布图。

全国第二次土壤普查标准进行土壤养分分级标准中，1～6级土壤养分指标依次表示很丰富、丰富、中等、缺乏、很缺乏、极缺乏，详见表1。

表1 土壤养分分级标准

2 结果与分析

2.1 土壤养分描述性统计分析

从表2中可知，研究区土壤有机质均值29.61g/kg，全氮、有效磷、速效钾含量均值分别为1.88g/kg，18.09mg/kg，56.90mg/kg，其中有机质、有效磷平均含量处于中等水平，全氮达到丰富水平，而速效钾为缺乏水平。4种养分数据的变异系数介于31.51%～66.35%，属于中等变异强度，变异系数排序为有效磷>速效钾>有机质>全氮，说明研究区土壤有效磷、速效钾含量差异较大，有机质、全氮含量差别不大。其原因是土壤有效磷、速效钾为速效养分，具有较强迁移性，更容易受施肥、耕作等人为活动影响[3]。土壤全氮数据均成正态分布，有机质、有效磷、速效钾数据经对数转换后符合正态分布。

2.2 土壤养分空间结构分析

崇州市土壤养分半方差函数模型参数见表3。研究区除土壤全氮最适宜模型为高斯模型外，其它土壤养分最适宜模型均为指数模型。研究中土壤有效磷块金值较其它3种养分高，说明其受人为因素影响更大。有机质、全氮、速效钾的块基比在55.56%～67.77%之间，表明土壤有机质、全氮、速效钾均为中等程度的空间相关性，其变异受结构性因素(成土母质、地形、土壤类型等)和随机因素(人类活动等)共同作用[4]。土壤有效磷块基比大于75%，空间相关性较弱，说明引起土壤有效磷空间变异的因素主要为人为活动。土壤有机质、全氮的变程大于有效磷和速效钾，表明前者自相关性较强的空间范围大于后者。

表2 研究区土壤养分描述性统计特征值

表3 研究区土壤养分半方差函数特征参数

2.3 土壤养分空间分布特征

本研究采用普通克里格插值法对崇州市有机质、全氮、有效磷、速效钾数据进行空间插值，插值交叉验证结果见表4。研究区4种土壤养分交叉验证结果中平均值误差趋近于0，均方根误差和平均标准误差接近，标准均方根误差接近1，表明验证结果总体上较为可信[5]。在此基础上，根据全国第二次土壤普查养分含量分级标准，利用ArcGis10.2对崇州市4种养分进行了栅格赋值、分级。

崇州市土壤养分空间等级变化情况见图2。土壤有机质等级以中等到丰富水平居多，囊括了研究区所有乡镇；怀远镇、公议乡部分土壤有机质达到很丰富水平；有机质缺乏土壤主要分布在锦江乡、羊马镇、三江镇、廖家镇、梓潼镇、街子镇等东部和北部地区。土壤全氮方面，除三江镇少量区域土壤全氮含量缺乏外，其他乡镇均在中等到很丰富水平，且以丰富-很丰富水平为多。土壤有机质和全氮含量等级分布在空间上表现有一定的相似性，其中，土壤全氮中等含量区域与有机质含量缺乏地区大体相当；有机质含量中等的乡镇，其土壤全氮大多表现为丰富，这可能与土壤全氮和有机质含量正相关有关[6]。

表4 研究区土壤养分插值交叉验证结果

土壤有效磷主要呈中等水平，怀远镇、三江镇、崇平镇等地有少量土壤有效磷含量丰富，土壤有效磷含量缺乏区域则主要集中在锦江乡、隆兴镇、燎原乡、崇阳镇、道明镇。土壤速效钾含量整体偏低，处于缺乏或很缺乏水平，这与董琴[7]等对成都平原西部土壤速效钾含量剖面分布特征的研究结果一致。

总体而言，本次研究中崇州市土壤有机质、全氮、速效钾空间变异规律具有一致性，均表现为西南部优于东北部区域，而土壤有效磷空间分布上较为复杂，无明显规律。

3 结论

(1)研究区土壤有机质含量中等到丰富水平居多，全氮含量大多为丰富及以上水平，有效磷含量总体在中等水平，速效钾含量则普遍偏低，属于缺乏或较缺乏。土壤有效磷块基比为76.92%，空间变异主要受人为活动影响。其余3种养分块基比为55.56%～67.77%，其变异受结构性因素和随机因素共同作用。该区域在施肥上应注意用量的合理和方式的转变。一是增施有机肥，加大秸秆还田力度，资源化利用农业废弃物等。二是减施氮肥，均衡施用磷肥，适当增施钾肥，做到合理施用。

(2)研究区土壤有机质、全氮、速效钾在空间分布上具有一致性，呈现出西南区域优于东北区域的规律，土壤有效磷空间分布相对复杂，无明显规律。从事农事活动期间，应注意对研究区东北部耕地土壤进行培肥和改良。