文縣耕層土壤養分空間分布研究

徐 宏， 劉海娥，王世來，楊子凡

（1.甘肅省文縣農業技術推廣中心，甘肅 文縣 746400； 2.甘肅省農業廣播電視學校文縣分校，甘肅文縣 746400； 3.甘肅農業大學資源與環境學院，甘肅 蘭州 730070）

土壤養分是植物營養的主要來源，在農業生產中為了滿足農作物對營養的需求，在土壤養分不足時需補充施肥，而經濟合理地施肥要以土壤養分含量為依據［1～8］。土壤養分的空間分布是精準農業管理土壤養分和合理施肥的基礎，自20世紀70年代以來，土壤養分空間分布及其變化定量化研究一直是研究關注的熱點。

文縣位于甘肅省東南麓，地處西秦嶺山脈南秦嶺山脈帶，東經104°16′～105°27′，北緯32°35′～33°20′，面積5 000 km2，屬亞熱帶向暖溫帶過渡區，垂直氣候差異明顯，形成了亞熱帶、溫帶、寒帶疊次鑲嵌的不同氣候類型區。全境高山、溝谷交錯，現有耕地39 427.48 hm2，人均0.183 hm2。為了解整個縣域境內農田內耕層土壤養分豐缺狀況，指導科學施肥和服務精準農業，我們選擇有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀作為主要指標，根據空間插值的基本原理［9～11］，使用Arcgis軟件中的kriging插值法，對文縣耕層土壤養分的空間分布進行了研究，現將結果報道如下。

1 材料與方法

1.1 資料來源

研究資料來源于2008年文縣測土配方施肥2390個實際測量數據以及縣域耕地資源管理信息系統空間數據庫。

1.2 方法

根據2 390個實際土壤測試基礎數據，利用Arcgis軟件提供的Histogram和QQPlot數據分布檢驗方法，分別對各養分化驗數據進行檢驗，對檢驗出的離群值、極大極小值進行校正和剔除，以避免對空間插值結果的干擾，降低誤差。最終分別選用有效數據（有機質2 384個、堿解氮2 378個、有效磷2 388個和速效鉀2 364個）進行空間插值，通過Arcgis軟件空間分析功能下的kriging插值法獲得文縣耕層土壤的有機質、堿解氮、有效磷及速效鉀等主要土壤養分含量的空間分布圖。并根據分布圖對各鄉鎮土壤養分的豐缺分布進行分析，同時使用Arcgis軟件的分級功能，按照甘肅省耕層土壤養分分級標準對文縣耕層土壤有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀空間分布進行分析及分級。

kriging法是在空間插值中直接使用擬合半方差圖［9］，先通過由對一組聯立方程的求解得到權重：

式中，γ（hij）是已知點i和j間的半方差；γ（hj）是已知點和未知點之間的半方差；λ是拉格朗日系數。

式中Z0是已知點的值，Wx是與每個已知點關聯的權重，s是用于估算的已知點的數目［10］。

2 結果與分析

2.1 耕層土壤有機質空間分布及分級

由圖1可以看出，文縣北部、南部等靠近林場保護區的鄉鎮耕層土壤有機質含量高，中部地區含量較低，耕層土壤有機質分布的地帶性明顯。沿江、沿河低階地比旱坡地、旱地梯田高。北部堡子壩鄉、橋頭鄉部分區域和南部劉家坪鄉有機質含量最高，其中堡子壩鄉和劉家坪鄉中部有機質含量為25.00～30.00 g/kg；中部城關鎮、尚德鎮、西部鐵樓鄉等鄉鎮有機質含量低，大約在10.00～15.00 g/kg。根據甘肅省耕層土壤養分分級標準（表1），全縣有機質含量由高水平到低水平依次為25.00～30.00、20.00～25.00、15.00～20.00、10.00～15.00 g/kg，分別對應甘肅省有機質含量的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級，Ⅵ級和Ⅶ級在文縣沒有分布，大于30.00 g/kg的Ⅰ級水平在文縣也沒有分布。綜合來看，文縣耕層土壤有機質含量較高，屬于有機質較豐區，但有機質空間分布不均，部分區域有機質含量較低。

2.2 耕層土壤堿解氮空間分布及分級

文縣耕層土壤堿解氮的空間分布見圖2。大多數地區的堿解氮含量在80～100mg/kg，含量大于120mg/kg的區域在北部、中部和中東部地區廣泛分布，范壩鄉、碧口鎮、中廟鄉、玉磊鄉和尚德鎮等鄉鎮的堿解氮含量高；土壤堿解氮含量最低的在40～60mg/kg，主要分布在中西部地區的鐵樓、石雞壩和橋頭等鄉。對照甘肅省耕層土壤養分分級標準（表1），堿解氮含量由高水平到低水平依次為100～150、50～100、＜50mg/kg，分別應對甘肅省堿解氮的Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ級。可見文縣耕層土壤堿解氮含量整體偏低，屬堿解氮欠缺地區。

圖1 文縣耕層土壤有機質空間分布

圖2 文縣耕層土壤堿解氮空間分布

表1 甘肅省耕層土壤養分分級標準（主要養分）

2.3 耕層土壤有效磷空間分布及分級

由圖3可以看出，文縣有效磷含量普遍較低，基本處于8～11mg/kg水平段。含量最高的主要是地處南部的丹堡鄉、劉家坪鄉，有效磷含量為14～17mg/kg；西北部的石雞壩鄉、保護區，東部的臨江鄉，中部的橋頭鄉等地有效磷含量也相對較高，為12～14mg/kg；中北部的堡子壩鄉、城關鎮，東部的尚德鎮、玉磊鄉等地有效磷含量低，為3～8 mg/kg。根據甘肅省耕層土壤養分分級標準（表1），文縣有效磷含量由高水平到低水平依次為15～20、10～15、5～10、≤5 mg/kg，分別對應甘肅省有效磷的Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ級，可見文縣耕層土壤有效磷含量低且變幅大，屬有效磷缺乏地區。

圖3 文縣耕層土壤有效磷空間分布

2.4 耕層土壤速效鉀空間分布分析及分級

圖4 文縣耕層土壤速效鉀空間分布

文縣耕層土壤速效鉀分布見圖4。大多數地區的速效鉀含量在150～200mg/kg，處于甘肅省的中等水平；含量小于50mg/kg的速效鉀極低區域主要集中在城關鎮周圍，耕層土壤速效鉀含量250～300mg/kg的較高區，分布在文縣東北部的舍書鄉，南部的鐵樓鄉、保護區和劉家坪鄉以及東部的中廟鄉等區域。對照甘肅省耕層土壤養分分級標準（表1），速效鉀含量由高水平到低水平分為5級，依次為250～300、200～250、150～200、100～150、50～100mg/kg，分別對應甘肅省速效鉀的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級，Ⅶ級在文縣沒有分布，可見文縣耕層土壤富含速效鉀。

3 小結與討論

1） 分析研究可知，文縣耕層土壤有機質含量水平對應甘肅省的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級，堿解氮對應甘肅省的Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ級，有效磷對應甘肅省的Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ級，速效鉀對應甘肅省的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級，總體上，文縣耕層土壤有機質、速效鉀含量豐富，堿解氮、有效磷缺乏。

2） 從文縣耕層土壤養分分析結果看，文縣耕層土壤堿解氮含量偏低?？赡芘c氮肥的變異程度和喜氮作物對氮素的大量吸收有較大關系，因此在施肥過程需密切關注氮肥的變化。速效鉀含量雖說較高，但對于喜鉀作物和灌區不應該忽視施用鉀肥。文縣境內水資源豐富，對于海拔較高、質地黏重、土層淺薄、漏水漏肥的耕地，需要采取少量多次的施肥方法。

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