河北省曲周县第四疃镇土壤养分状况及空间分布特征

张苏芮 李一鸣

摘要 以河北省曲周县第四疃镇为研究区，采用网格化取样的方法，在四疃镇共采集506份土壤，利用SPSS相关分析和Arcgis空间插值的研究方法，研究土壤速效钾、有效磷、全氮、pH和有机质含量状况和空间分布特征。结果表明，研究区土壤偏碱性，土壤肥力中等偏上，速效钾、全氮、有效磷含量丰富，其中全氮含量均达到极高水平，有机质属于中等水平。养分空间分布呈现西部含量最高、东南部碱性最强的特征。

关键词 GIS;空间插值;养分分布

中图分类号 S153.6 文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2020）14-0053-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.14.015

Abstract Taking Situan Town in Quzhou County， Hebei Province as the study area， using grid sampling method， a total of 506 soil samples were collected in Situan Town， using SPSS and Arcgis spatial interpolation research methods， soil available potassium， effective phosphorus， total nitrogen， pH and organic matter content and spatial distribution characteristics were studied. The results showed that soil in the study area was alkaline， soil fertility was moderate， available potassium， total nitrogen and available phosphorus content was abundant， among which the whole nitrogen content reached the extremely high level， and the organic matter belonged to the medium level. The nutrient spatial distribution shows the highest content in the west and the most alkaline in the southeast.

Key words GIS;Spatial interpolation;Nutrition distribution

土壤是一个连续的自然体，也是动植物生长生存、工业生产等重要的基础。土壤养分状况是土壤肥力的重要指标，也是科学施肥的依据[1]。土壤的成因不止受到气候、母质、生物、地形、时间等自然因素影响，同时还受耕作制度、施肥、种植工具等人为因素的影响。这就使得土壤具有高度的空间异质性，不管是在大尺度上还是小尺度上均存在[2]差异，这成为研究土壤养分的一个限制因子。因此研究一个地区的土壤养分含量状况和空间分布特征对于区域指导施肥、精准管理非常重要。同时，准确把握土壤中养分的空间分布规律是土壤资源管理科学决策的基础[3]。目前，对一个地区，县域的大尺度土壤养分空间分布研究众多，但针对一个镇域尺度的研究相对较少。海云瑞等[4]采用地统计学的方法对宁夏南部山区耕地土壤养分空间分布进行研究;胡明等[1]以潼关县为研究对象，采用地统计学的方法，土壤中有机质、pH、碱解氮、有效磷和速效钾的含量特征及其空间分布状况进行评价，并对其空间分布特征进行分析，为当地合理施肥、提高粮食产量提供依据。

笔者以河北省曲周县第四疃镇为研究对象，以空间统计学为基础研究方法，采用网格化取样，分析土壤中的速效钾、全氮、有效磷、有机质和pH的含量特征及空間分布，以期为指导该地区施肥、提高当地水肥利用效率及农产品质量提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

第四疃镇位于河北省曲周县东北部，距离县城11 km，全镇总面积73.25 km2。地势平坦，土壤以壤质土为主。属温带半湿润大陆性季风气候，年平均气温13.4 ℃，年平均降水量791.7 mm，年日照时数2 400～2 600 h，日照率为55%～57%，年太阳辐射量506 kJ/cm2，无霜期229 d。粮食作物主要以小麦、玉米为主，主要经济作物主要以棉花、蔬菜、林果为主。多数种植模式为一年两熟制，其中以小麦—玉米轮作为主。

1.2 试验方法 取样前，利用Arcgis 10.2中的渔网法以400 m 为单位预先布设采样点613个，后根据GPS在相应位置找到采样点，并记录经纬度。去除建筑物、河流等无法获得的点，最终在全镇41个村共选取506个采样点（图1）。采样时间为2019年4月中旬。每个样点图层垂直深度0～20 cm，每个样点将多次取土样品充分混合，用“四分法”留1 kg 左右土作为化验样品。

1.3 项目测定及方法 pH采用蒸馏水浸提（土液比1∶2.5）-电极电位法测定;有效磷含量采用0.5 mol/L碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定;速效钾含量采用1 mol/L中性乙酸铵浸提-火焰光度计法测定;全氮含量采用半微量开氏法测定;有机质含量采用重铬酸钾-外加热法测定[5]。

土壤养分分级指标参照全国第2次土壤普查时建立的土壤养分丰缺状况平均指标体系[6]（表1）。

1.4 数据处理 试验数据采用Excel 2007、SPSS 19.0进行处理分析，利用Arcgis 10.2地统计分析模块中的空间插值法绘制土壤养分空间分布图。

2 结果与分析

2.1 土壤养分分布特征

由表2～3可看出，研究区土壤速效钾含量为7.5～75.9 mg/kg，平均值为22.42 mg/kg，变异系数为0.41，属于中等变异，速效钾主要集中在1～4级，其中Ⅰ级分布最多（占55.2%），Ⅳ级分布最少（占3.5%），Ⅱ级和Ⅲ级分布相当，分别占24%和17.3%;土壤全氮含量为2.33～10.80 g/kg，平均值为6.01 g/kg，变异系数为0.21，属于中等变异，研究区整体全氮含量偏高，都集中在Ⅰ级;土壤pH为7.75～8.71，pH平均为8.21，表明土壤呈碱性，变异系数为0.02，属于弱变异，pH只分布在Ⅴ和Ⅵ级，其中Ⅴ级最多（99.1%），Ⅵ级所占比例仅有0.9%;土壤有机质含量为6.00～198.71 g/kg，平均值为17.38，变异系数为0.51，属于中等变异，有机质主要为Ⅲ～Ⅳ级，约占95.3%;有效磷含量为0.92～157.19 mg/kg，平均值为23.26 mg/kg，变异系数为0.61，属于中等变异，有效磷含量在各分级水平的分布相对较均匀，其中Ⅵ级分布最少（0.4%），Ⅱ级分布最多（42.7%）。总体上，四疃镇土壤肥力中等偏上，速效钾、全氮、有效磷含量丰富;有机质含量偏低，属于中等偏下水平;土壤偏碱性。

2.2 土壤养分的相关性分析 对土壤速效钾、全氮、pH、有机质和有效磷5种养分含量进行Pearson积距相关系数双侧检验分析。表4表明，除有机质与pH、有效磷含量之间无显著相关关系外，其余各含量之间均存在显著相关，其中除速效钾和有机质含量在0.05水平显著相关外，其余土壤养分含量之间都在0.01水平显著相关。pH与其余4种养分含量呈负相关，表明随着土壤碱性的增强，速效钾、全氮、有机质、有效磷含量在土壤中的有效性减弱[7]。

2.3 不同土地利用类型土壤养分状况

对全镇土地利用方式进行分析，最终将研究区采样点分为空白地、棉花地、粮田、蔬菜地和果园5类进行分析，结果见表5。不同土地利用方式土壤中的养分含量存在一定差异。有机质、有效磷含量均存在蔬菜地>果园>粮田>棉花地>空白地，其中有机质含量表现最为突出，蔬菜地的有机质含量是空白地的2.5倍;速效钾含量表现为果园>蔬菜地>粮田>棉花地>空白地;全氮含量表现为粮田>果园>蔬菜地>棉花地>空白地;pH表现为空白地>棉花地>蔬菜地>果园>粮田，表明随着土壤pH的降低，土壤养分含量增加。

2.4 土壤养分的空间分布格局

Arcgis中的空间插值是指通过已知的数据点或已知的已划为各个相对较小区域内数据点，计算出相关的其他未知点或相关区域内的所有点的方法[8-9]。采用反距离权重法对镇域尺度内的养分含量进行空间插值[6]。得出四疃镇土壤养分空间分布图（图2、3）。根据观察所得（图2），研究区内pH整体差异不大，数值很接近，但也有一定的空间异质性，其空间分布表现为北部及中部地区小于西部和东南部地区，表明后者土壤碱性大于前者。分析其原因，第一是由于四疃镇西部和东南部地区人口比其他地区密集，所以人为活动的影响是导致差异的重要原因;第二可能与农户施肥习惯有关，施肥量越高的地区土壤酸性越强。西部和东南部地区农户主要种植果树和蔬菜，因此施肥量会偏高，导致土壤酸性增强。

图3表明，四疃镇土壤中速效磷含量与有机质含量分布相对均匀，整体差异很小，尤其是土壤有机质含量，只有少部分地区出现含量偏高，一般都保持在15～20 g/kg，说明土壤有机质相对比较稳定，不会出现迁移;速效钾含量与全氮含量分布规律极其相似，均表现为西部和北部地區含量高，中部有个别高浓度点，说明速效钾与全氮含量呈现正相关关系。总体上，四疃镇土壤养分含量西部最高，东南部土壤碱性最强。

3 讨论与结论

调查结果表明，研究区土壤偏碱性，土壤肥力中等偏上，速效钾、全氮、有效磷含量丰富，其中全氮含量均达到极高水平，超过半数的土壤速效钾和有效磷含量属于Ⅰ～Ⅱ级;有机质含量偏低，属于中等偏下水平。分析结果显示，除pH属于弱变异外，其他各养分含量均属于中等变异水平，这表明研究区土壤养分含量分布不均，要想获得推荐施肥量，需深入研究养分数据后开展。除有机质与pH、有效磷含量之间不存在显著相关关系外，其余各含量之间均存在显著相关。随着土壤碱性的增强，速效钾、全氮、有机质、有效磷含量在土壤中的有效性减弱。从空间分布来看，四疃镇土壤养分含量西部最高，东南部土壤碱性最强。其原因可能与土地利用方式有关，西部主要种植蔬菜和果树，因此养分含量偏高。

不同土地利用方式土壤中养分含量差异较大，有机质、有效磷含量均存在蔬菜地>果园>粮田>棉花地>空白地，其中有机质含量表现最为突出，蔬菜地的有机质含量是空白地的2.5倍。从整体上看，蔬菜地、果园土壤养分含量较高。施肥是造成这种差异的重要原因，果农和菜农存在一种不正确的观念即“施肥越多，产量越高”[10]，再加上蔬菜和水果给农民带来的经济价值高于棉花和粮食，因此果农和菜农们为了追求更高的经济利益，过量施肥，远远超过作物所需，造成水肥利用率低和环境破环。因此，今后对果农和菜农的施肥技术指导和推广非常有必要，提高蔬菜和水果的水肥利用率，减轻环境污染，减少资源浪费。

参考文献

[1]胡明，韩晨，杨秀英，等.潼关县土壤养分含量及分布特征[J].河南农业科学，2016，45（1）：61-64，70.

[2]HUGGETT R J.Soil chronosequences， soil development， and soil evolution：A critical review[J]. Catena，1998， 32（3）：155-172.

[3]李启权，王昌全，岳天祥，等.基于RBF神经网络的土壤有机质空间变异研究方法[J].农业工程学报，2010，26（1）：87-93.

[4]海云瑞，杨淑婷，马菁.宁夏南部山区耕地土壤养分空间分布状况研究[J].宁夏农林科技，2018，59（12）：52-53，59.

[5]鲁如坤.土壤农业化学分析方法[M].北京：中国农业科技出版社，2000.

[6]史利江，郑丽波，柳云龙.农田土壤养分空间变异特征研究[J].河南农业大学学报，2008，42（1）：51-56，70.

[7]吴琼，邹国元，史振鹏，等.北京东南郊农田土壤养分状况及空间分布特征[J].北方园艺，2015（23）：173-178.

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[9]周龙龙，李艳红.Kriging插值技术在渗流荷载计算中的应用[J].中国农村水利水电，2011（4）：132-134.

[10]王坷，许红卫，史舟，等.土壤钾素空间变异性和空间插值方法的比较研究[J].植物营养与肥料学报，2000，6（3）：318-322，344.