農田土壤養分的空間變異試驗研究

摘要：以太谷縣境內的一塊冬小麥田為試驗區，用手持GPS接收機，按50 m×50 m的網格定位采樣，共采63個采樣點，利用實驗室化學分析的方法測量各個采樣點的養分值，用ArcView3.3中提供的空間分析模塊繪制土壤養分的空間分布圖，通過分析其分布規律，可為農田精細施肥管理提供科學的依據。

關鍵詞：土壤養分；空間變異；試驗研究

中圖分類號：S159文獻標識碼：ADOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2010.06.029

Study on the Spatial Variability of Soil nutrient in the Field

JIA Ai-lian1， ZHANG Shu-juan2

(1.Information College， Shanxi Agriculture University， Taigu，Shanxi 030801，China; 2.College of Engineering and technology， Shanxi Agriculture University， Taigu，Shanxi 030801，China)

Abstract：63 sample points of soil nutrient，oriented by GPS receiver were collected on a 50 m grid in the field of a winter wheat in Taigu. Soil nutrient data of each sample point was measured by chemical method. Spatial distribution maps of soil nutrient were drawn and analyzed by using spatial analyst model of ArcView3.3 software. The analysis results would provide reference for precise fertilization management.

Key words: soil nutrient; spatial variability; experimental study

土壤特性的空間變異研究是開展精細農業實踐的基礎，它是指在土壤質地相同的區域內，土壤特性在同一時刻，不同空間位置上存在著的明顯差異性[1]。土壤特性的空間變異性研究將為農田的定位施肥、灌溉以及其他的農田管理提供科學的依據。20世紀70年代，國外許多學者在認識到土壤特性是一種區域化變量時，就開始對土壤特性的空間變異性進行了研究。Burgess與Webster等成功探索了土壤特性的空間變異性[2]；在90年代，Carlos等在一塊大豆田，以30×30的網格采樣，測試土壤的全氮、有機質、速效磷、速效鉀等，統計分析表明，速效磷和速效鉀的變異系數最大；在本世紀初，Mallarino等在8塊農田中，采用不同的采樣方法，測試土壤表層的速效磷、速效鉀和有機質。結果表明，在所有的農田中，土壤特性都存在空間變異性[3]。中國在20世紀80年代中期后對土壤的某些特性也進行了研究，雷志棟等對土壤養分變異性進行了初步研究[4]，隨著國外精細農業的開展，對土壤特性變異性研究的方法和手段得到提高，主要表現為地統計學與地理信息系統的有效結合[1，5-6]。本研究利用地理信息系統軟件ArcView3.3中提供的Spatial Analyst模塊，采用克里格插值法繪制土壤養分的空間分布圖，對農田管理中土壤養分的動態監測、決策施肥以及提高肥料利用率和農作物產量具有重要的意義。

1試驗方案和方法

試驗在山西省太谷縣境內的一塊冬小麥田(112°35′E，37°25′N）內進行，試驗田長約450 m，寬約350 m。土壤質地為沙壤土，種植作物為冬小麥。在2009年3月21日，手持GPS接收機，按50 m×50 m的網格定位采樣，采樣點的分布如圖1所示。在試驗區共采63個樣點，采樣深度為20 cm ，為了使每一采樣點在該采樣小區內具有代表性，用土鉆在采樣點上及每一采樣點附近3 m左右的4個點上各取1鉆土，5個點的土樣合成1個土樣，裝入樣品袋，注明編號。土壤性質采用實驗室常規分析方法，測定內容有土壤有機質、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀、含水量、容重、電導率和pH值。土壤養分的測定主要分兩步進行。首先將要分析的元素從土壤中分離提取出來，然后對分離出來的元素進行定量測試。土壤風干，過篩，浸提后，土壤養分的含量采用化學分析方法獲得。

2結果與分析

2.1土壤養分的經典統計分析

按照經典統計法，對土壤有機質、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀、含水量、容重、電導率和pH值進行統計。由于篇幅所限，在此只列出土壤有機質和全氮的統計特征值，見表1。從土壤有機質和全氮的平均值看，均為中等肥力，全氮的平均值有些偏低；按照變異系數的劃分等級[4]，中等變異性Cv=0.1~1.0， 土壤有機質和全氮均屬于中等變異強度。

2.2土壤養分的地統計分析

地統計方法是對土壤特性分析最好的數學方法，它既考慮到土壤特性的隨機性，又考慮到土壤特性的結構性，克服了傳統統計方法只能概括全貌而不能反映局部變化特征的缺點。為了準確直觀描述土壤養分的空間分布特征，我們采用經典統計法和地統計法相結合的方法對土壤養分進行分析。利用地理信息系統軟件ArcView3.3中提供的Spatial Analyst模塊，采用克里格插值法繪制試驗區土壤有機質和全氮的空間分布圖（圖2）。

由圖2可以看出，試驗區土壤養分的空間分布情況，土壤有機質和全氮的含量是南部低，北部高，呈現出由南向北逐漸升高的趨勢。土壤有機質最小值是1.042%，最大值是2.714%，變化幅度較大，土壤全氮最小值是0.095%，最大值是0.128%，變化幅度稍小些。由此可以看出，即使在同一塊農田中，土壤的養分含量也是不均衡的。這就需要根據當前土壤養分狀況及種植作物對養分的需求，對相對缺肥的地方增加施肥量，而在相對養分充足的地方減少施肥量，避免在整塊農田均勻施肥，造成部分地塊施肥過量增加生產成本，而有些地塊施肥不足影響作物的生長發育。因此，采用克里格插值法繪制土壤養分的空間分布圖，了解土壤養分的空間變異性，將為農田精細施肥管理提供科學的依據。

3討論

農田土壤養分變異只是土壤特性空間變異的一個方面，土壤的其他特性比如物理性質、化學性質等都存在空間變異。而傳統農業卻把作物當作均勻生長的對象進行管理，如統一耕作、播種、灌溉、施肥、噴藥等，滿足于調控區域的平均產量，卻很少考慮在整片農田中的盲目投入及過量施肥、施藥造成的生產成本增加和環境污染后果，忽略了大多數土地都存在的空間差異性。實際上，農田土壤特性不僅具有空間變異性，而且具有時間變異性，為了合理利用農田，發揮土壤的最大效益，土壤特性的時空變異性研究有待進一步的深入。

參考文獻：

[1] 張淑娟，何勇，方慧.基于GPS和GIS的田間土壤特性空間變異性的研究[J].農業工程學報， 2003，20(2):39-40.

[2] Burgess T M， Webster R. Optimal interpolation and isarithmic mapping of soil properties: I. The semivariogram and punctual kriging[J]. Journal of Soil Science，1980，31:315-331.

[3] 高麗紅. 基于精細農業的農田信息處理方法的研究[D].山西：山西農業大學，2005.

[4] 雷志棟，楊詩秀，許志榮，等.土壤特性空間變異性初步研究[J].水利學報，1985(9):10-21.

[5] 孫波，趙其國，閭國年.低丘紅壤肥力的時空變異[J].土壤學報.2002，33(2):190-198.

[6] 黃紹文，金繼運，楊莉蘋，等.縣級區域糧田土壤養分的空間變異性[J].土壤學報，2002，33(3)：79-88.