喀斯特地區土壤養分空間變異特點研究
----------以貴州省關嶺縣為例

徐梓津

貴州新聯爆破工程集團有限公司,貴州貴陽550002

喀斯特地區土壤養分空間變異特點研究
----------以貴州省關嶺縣為例

徐梓津

貴州新聯爆破工程集團有限公司,貴州貴陽550002

了解喀斯特地區土壤養分的空間分布特點。選取貴州省關嶺縣為研究樣區，利用克里金插值法分別對選取的有效土壤指標數據進行空間插值，在ArcGIS10.0中得出土壤養分的空間分布變異特點，并與研究樣區土地利用現狀圖對比。研究區土壤各養分指標中土壤緩效鉀含量變化最大，空間變化最為劇烈；結合研究區土地利用現狀數據對土壤養分指標分別進行空間插值的結果表明，土壤養分包括有機質、全氮、速效磷和緩效鉀的空間分布變異特點都與該區域內土地利用類型有關。合理利用土地資源、改進土地利用方式對喀斯特地區土壤保護有積極作用。

喀斯特;土壤養分;空間插值;相關性

土壤作為農作物營養的載體，對作物生長影響明顯，喀斯特地區土壤的作用尤為突出。研究喀斯特地區土壤養分空間變異特征，可為土壤養分的有效管理等提供依據，對于提高土地資源利用效率、改善田間管理方式、促進現代精確農業的發展具有重要意義[1]。

土壤養分的空間變異是指土壤所含養分在不同空間位置所表現出的差異性，成土母質、地形、植被、人類活動等因素對這種差異具有較為顯著的影響[2]。20世紀70年代后期，Burgress,、Warrick等許多國外土壤學家對土壤物理性質(土壤含水率、容重、機械組成等)空間變異性規律進行了研究[3,4]。80年代空間變異已經成為土壤科學研究的重要內容[5]，并由定性研究轉為定量研究。隨后化學性質(有機質、大量營養元素N、P、K，中量元素Ca、Mg及微量營養元素Zn、Mn、Cu等)在空間上的變異性也開始成為許多學者研究的方向[6,7]。但國內外學者選擇研究區域大多位于平原或丘陵地區，對喀斯特地區的研究較少。

本研究選取了喀斯特地貌典型的關嶺布依族苗族自治縣為研究對象，利用該縣土肥站提供的2010年土壤養分數據、國土局提供的土地利用現狀圖（1:10000）及安順市2010年統計年鑒數據，在ArcGIS10.0軟件中采用克里金插值法研究土壤養分空間變化特點，土壤養分空間變異性與該區域內土地利用類型密切相關。研究結果可以為喀斯特地區的農業發展及該類地區土壤保護決策提供參考。

1 研究區概況

關嶺布依族苗族自治縣位于貴州西南部（105°15″-105°49″E,25°34″-25°05″N），隸屬于安順市,全縣總面積1468 km2。海拔高度在800～1500 m之間，地貌類型復雜，以巖溶地貌為主，面積1213.227 km2，占全縣面積的82.42%，是貴州巖溶地貌發育最典型的地區之一。地帶性氣候為中亞熱帶季風性濕潤氣候，年平均氣溫為16.2℃，雨量充沛，年降水量1205.1～1656.8 mm，是全省降水中心之一。受地勢、地貌、氣候、生物等因素的影響，區內土壤類型豐富，可以分為7個土類、20個亞類、51個土屬、180個土種。

2010年關嶺縣總人口30.16萬人，其中少數民族人口19.12萬，占總人口的63.39%，屬于少數民族自治縣。農業人口28.65萬人，占總人口的88.36%。分布最廣的是黃壤，占土壤總面積的14.5%[8]。

關嶺自治縣2010年完成生產總值205623萬元（當年價），人均生產總值4971元[8]，略低于全省平均水平（5787元），與全國平均水平15973元相比[9]，差距較大，屬于經濟欠發達地區。

圖1 研究區位置示意圖Fig.1 Schematic diagram of studied districts

2 研究方法及數據來源

2.1數據來源及處理

經濟社會數據取自《安順市2010年統計年鑒》、《貴州省2010年統計年鑒》。從關嶺布依族苗族自治縣土肥站獲得2010年土壤采樣點經緯度坐標、土壤養分數據。并從該縣國土局取得該縣行政區劃圖和土地利用現狀圖（1:10000）。

從關嶺布依族苗族自治縣土肥站獲得的517個土壤采樣點數據中，在ArcGIS10.0軟件中空間投影發現，部分采樣點不在研究區范圍內，剔除該部分數據后，最終確定了415個有效土壤采樣點及該點土壤養分數據，采樣點分布如圖2所示。采樣點平均密度為0.283 n/km2，研究區中部為縣城所在地（由圖1可看出），建筑用地面積較大，故采樣點數量較少。研究區東南部為經濟林區，土地利用形式單一，故采點數也相對較少。

圖2 關嶺縣土地利用現狀圖Fig.2 Land utilization present situation chart of Guanling County

圖3 研究區土壤采樣點分布圖Fig.3 Soil sampling points in the study area map

針對該縣土肥站提供的2010年土壤數據，從對作物生長影響較大且數據完整性及有效性兩個方面因素考慮，最終選取了研究區的土壤有機質、全氮、速效磷和緩效鉀四個指標來分析土壤養分分布情況。采樣點分布如圖2所示。

2.2研究方法

克里金法是目前地統計學中應用最為廣泛的最優內插法，是利用已知點的數據去估計未知點(Xo)的數值，其基本理論是：對于任意待估點V的實際Z(x)，其估計值Z'(x)是通過待估點影響范圍內的n個有效樣本值Z(xi)(i=l,2,3……n)的線性組合得到的。

利用ArcGIS10.0對研究區土壤采樣點進行空間投影，將選取的養分指標數據賦值到該點，并通過克里金插值法分別對選取的土壤指標進行空間插值，最后用掩膜提取研究區土壤養分空間分布圖。

3 研究結果

3.1研究區土壤養分空間分布特點

3.1.1 研究區有機質空間分布特點通過克里金插值法，可以看出（圖4）土壤有機質在研究區內的分布變化比較大。在與該地區土地利用現狀圖對比之后發現，森林與農耕區部分土壤有機質含量較高，尤其在森林區域，因人類活動少，生態環境較好，較少有土壤流失情況，土壤肥力較佳；而城市以及城市周邊表現出土壤有機質含量較低的特征，這與該區域農戶對征地的期望導致對土地投入減少且非農收入增加導致對土地投入的減少有密切關系；另外，由于研究區屬于喀斯特典型地貌區域，巖石裸露地帶幾乎無土壤存在，這部分區域也表現出有機質含量極低或不含有機質的特征。

圖4 土壤有機質空間分布插值圖Fig.4 The chart of spatial variability interpolation from ammonia nitrogen

圖5 研究區土壤全氮空間分布插值圖Fig.5 The chart of spatial variability interpolation from total nitrogen

3.1.2 研究區全氮空間分布特點從圖5可以看出，研究區土壤全氮含量分布較為均勻，波動性不顯著。農耕區和居民區周邊土壤全氮含量總體較高。通過實地調查發現，農耕區內農民為追求產量，大量施肥導致該區域內全氮含量較高；而居民區因為人們生活產生大量生活垃圾和生活污水，生活污水以及垃圾堆積形成的滲濾液中氮含量較高的[10]，所以該區域土壤全氮含量較高。含氮量較低地區主要集中在大量裸地部分及農耕區拋荒部分，這與裸地本身特征及拋荒地無人管理，沒有人為投入有關。

3.1.3 研究區速效磷空間分布特點通過研究區土壤速效磷空間分布差值圖6看出，研究區西北部速效磷含量較高，該區域有關嶺布依族苗族自治縣唯一水庫（石板橋水庫）并且該區域河流較密集。水庫池塘類生態系統中水體自身的穩定和自凈能力相對較弱[12]，加之水庫魚類量多，魚糞等有機物大量存在，水體養分含量(尤其是氮、磷)日益積累，造成周邊土壤速效磷含量最高地區均是研究區西北部的水庫周圍。研究區東北方向土地利用類型復雜，其中裸地和草地部分速效磷含量極低，研究區南部的經濟林區速效磷含量也較低。

3.1.4 研究區緩效鉀空間分布特點由圖7可以看出，土壤緩效鉀在縣城區域含量很低，農耕區及林區含量較高，尤其是研究區東南部緩效鉀含量較高。研究區東北部為該縣油桐經濟林區，其豐富的植被和生物富集現象明顯使得該區域緩效鉀含量居高。研究區中心偏北處淺色區域是該縣的縣城所在地，因人類經濟活動嚴重影響該區域土壤的緩效鉀含量。

圖6 研究區土壤速效磷空間變分布插值圖Fig.6 The chart of spatial variability interpolation from rapidly available phosphorus

圖7 研究區土壤緩效鉀空間變分布插值圖Fig.7 The chart of spatial variability interpolation from slowly available potassium

4 結論

從以上研究結果中發現，研究區土壤各養分指標中土壤緩效鉀含量變化最大，空間變化最為劇烈；結合研究區土地利用現狀數據對土壤養分指標分別進行空間插值的結果表明，土壤養分包括有機質、全氮、速效磷和緩效鉀的空間分布變異特點都與該區域內土地利用類型有關；土地利用類型的不同可以引起地表反射率的變化,影響植物凋謝物質和殘余量,同時影響土壤微生物的活性，并且土地利用類型不同會引起土壤管理措施的改變，這些變化都會引起喀斯特地區土壤各養分在土壤系統內的再分配。

喀斯特地區的土壤質量決定著該地區的農業發展情況，土壤養分含量是土壤質量的重要反映。合理的土地利用方式可以改善土壤結構，提高土壤周圍空氣和水的質量，增強土壤對外界環境變化的抵抗能力，不合理的土地利用方式會導致土壤質量下降，增加土壤侵蝕速度、降低生物多樣性、生態系統服務功能和土地生產力等[13]?？λ固氐貐^土壤養分含量與該地區土地利用現狀密切相關，對土地利用類型的合理布局能夠有效改善當地土壤養分分布，提高土壤肥力和質量，所以合理利用土地資源、改進土地利用方式對喀斯特地區土壤保護有積極作用。

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Spatial Variability of Soil Nutrients in KarstArea ----------Acase as Guanling County of Guizhou Province

XU Zi-jin
Guizhou Xinlian Blasting Engineering Group Co.Ltd.,Guiyang550002,China

This paper aims to study the spatial distribution characteristics of Karst area.Taking Guanling city in Guizhou province as an example,using the Kriging interpolation method for the calibration date to interpolate.Obtain the spatial distribution characteristics of soil nutrient by ArcGIS10.0.Moreover,using the SPSS20.0 to analysis the relativity for soil nutrient indexes.Study on soil nutrient indexes of soil available K content in slow change,spatial change is the severest; combined with the present situation of the study area land use data on soil nutrient indexes are spatial interpolation results showed that soil nutrients,including organic matter,total nitrogen,available phosphorus and available potassium in the spatial variability characteristics are related to the regional land use of type.Utilizing existing resource and improving land patterns have a vital significance for the soil in Karst area.

Karst;soil nutrient;spatial interpolation;relativity

K901.8

A

1000-2324(2014)04-0564-04

2013-06-18

2013-06-25

徐梓津(1987-),女,碩士,研究方向為土地資源.E-mail:china-99@163.com