西安市蔬菜種植區(qū)土壤屬性的空間變異與肥力適宜性

王 晶, 楊聯(lián)安, 楊煜岑, 馮武煥, 于世鋒, 宋英強(qiáng), 張 彬, 李新堯

(1.西北大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院， 陜西 西安 710127；2.西安市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，陜西 西安 7100613； 3.西安市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢驗(yàn)監(jiān)測(cè)中心， 陜西 西安 710077)

西安市蔬菜種植區(qū)土壤屬性的空間變異與肥力適宜性

王 晶1, 楊聯(lián)安1, 楊煜岑1, 馮武煥2, 于世鋒3, 宋英強(qiáng)1, 張 彬1, 李新堯1

(1.西北大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院， 陜西 西安 710127；2.西安市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，陜西 西安 7100613； 3.西安市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢驗(yàn)監(jiān)測(cè)中心， 陜西 西安 710077)

[目的] 對(duì)西安市蔬菜區(qū)土壤屬性空間變異與肥力適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)，為相關(guān)部門(mén)土壤培肥和蔬菜種植提供決策依據(jù)。[方法] 選擇與蔬菜生長(zhǎng)密切相關(guān)的土壤pH值、電導(dǎo)率、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀六個(gè)指標(biāo)，利用半變異函數(shù)進(jìn)行空間變異分析，應(yīng)用模糊綜合法計(jì)算土壤肥力適宜性指數(shù)(SFI)，對(duì)SFI進(jìn)行Kriging插值，采用等間距法劃分等級(jí)，并對(duì)土壤肥力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。[結(jié)果] 半變異函數(shù)能較好的擬合蔬菜區(qū)土壤空間變異特征，人為施肥成為影響土壤電導(dǎo)率、堿解氮空間變異的主要因素，土壤pH值和其他養(yǎng)分則同時(shí)受到結(jié)構(gòu)性因素和隨機(jī)性因素的作用。[結(jié)論] 西安市蔬菜區(qū)土壤肥力適宜性處于中等較好水平，限制蔬菜生長(zhǎng)的主要因素是土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量。臨潼區(qū)東南部，鄠邑區(qū)、周至縣北部地區(qū)以及長(zhǎng)安區(qū)和鄠邑區(qū)北部交界處蔬菜區(qū)土壤肥力有待提高，菜農(nóng)需要采取措施提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和補(bǔ)施氮肥。

土壤肥力適宜性； 空間變異； 模糊數(shù)學(xué)； 蔬菜區(qū)

文獻(xiàn)參數(shù)： 王晶, 楊聯(lián)安, 楊煜岑, 等.西安市蔬菜種植區(qū)土壤屬性的空間變異與肥力適宜性[J].水土保持通報(bào)，2017,37(3)：204-209.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.03.034； Wang Jing, Yang Lianan, Yang Yucen, et al. Spatial variation and fertility suitability of vegetable field in Xi’an City[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(3)：204-209.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.03.034

蔬菜產(chǎn)業(yè)是西安市種植業(yè)中最具競(jìng)爭(zhēng)力的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)之一，對(duì)地方財(cái)政增長(zhǎng)、農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。近年來(lái)，西安市大力推進(jìn)蔬菜板塊建設(shè)和蔬菜產(chǎn)業(yè)帶建設(shè)，有力地推動(dòng)了蔬菜產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。截止2014年底，西安市蔬菜播種面積達(dá)6.61×104hm2，年產(chǎn)蔬菜299×104t[1]。同時(shí)，蔬菜質(zhì)量與安全越來(lái)越引起人們重視，為了獲得優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的蔬菜產(chǎn)品，就必須正確認(rèn)識(shí)土壤肥力在蔬菜區(qū)環(huán)境中的重要意義。土壤肥力是蔬菜區(qū)土壤質(zhì)量重要指標(biāo)，是土壤的基本屬性和本質(zhì)特征的反映，是土壤從營(yíng)養(yǎng)條件與環(huán)境條件方面供應(yīng)與協(xié)調(diào)作物生長(zhǎng)能力。因此，通過(guò)開(kāi)展蔬菜區(qū)土壤質(zhì)量調(diào)查與綜合評(píng)價(jià)研究，對(duì)高效利用土地資源，提高土壤生產(chǎn)力，提升土壤養(yǎng)分合理管理水平具有重要意義。

農(nóng)業(yè)土壤屬性空間變異研究主要集中于土壤屬性空間分布特征與影響因素、土壤屬性空間變異特征及其綜合評(píng)價(jià)[2]、土壤重金屬污染分析[3]以及耕地土壤地力綜合評(píng)價(jià)[4]等，但對(duì)于蔬菜集中區(qū)(蔬菜區(qū))土壤研究較少，并且未與土壤肥力結(jié)合起來(lái)。前人[4-5]研究發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致土壤屬性空間變異的因素包括地形、土壤母質(zhì)、土壤類(lèi)型、土壤質(zhì)地等，種植類(lèi)型、人為耕作管理措施等。土壤肥力定量綜合評(píng)價(jià)中常采用指數(shù)和法[6]、模糊綜合評(píng)價(jià)法[7]、層次分析法的物元模型[8]、修正的內(nèi)梅羅法等[9]。本文選用模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法，并與地統(tǒng)計(jì)學(xué)相結(jié)合，對(duì)西安市蔬菜區(qū)土壤pH值、電導(dǎo)率、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀6個(gè)指標(biāo)進(jìn)行土壤肥力適宜性綜合評(píng)價(jià)，旨在為西安市蔬菜區(qū)土壤養(yǎng)分管理和合理施肥決策提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究材料與數(shù)據(jù)采集

1.1 研究區(qū)概況

西安市位于黃河流域中部關(guān)中盆地，東經(jīng)107°40′—109°49′和北緯33°42′—34°45′之間。轄境東西長(zhǎng)約204 km，南北寬約116 km，面積10 108 km2，年平均氣溫13.0 ℃～ 13.7 ℃，年降水量522.4～719.5 mm，由北向南遞增。7月、9月為兩個(gè)明顯降水高峰月，年日照時(shí)數(shù)1 646.1～2 114.9 h。蔬菜區(qū)主要分布于該市東北部和中部，東北部蔬菜區(qū)包括灞橋區(qū)、高陵區(qū)、臨潼區(qū)、閻良區(qū)部分村鎮(zhèn)，中部蔬菜區(qū)包括長(zhǎng)安區(qū)、鄠邑區(qū)、周至縣部分村鎮(zhèn)。

1.2 土壤樣品采集與分析

以西安市蔬菜區(qū)作為試驗(yàn)樣區(qū)，為了提高估值精度，充分考慮不同土壤類(lèi)型和地形特點(diǎn)，力求均勻布設(shè)采樣點(diǎn)。采樣點(diǎn)分布于灞橋區(qū)、高陵區(qū)、臨潼區(qū)、閻良區(qū)、長(zhǎng)安區(qū)、鄠邑區(qū)、周至縣的菜田，并于2014年11月進(jìn)行土壤樣品采集，所有樣點(diǎn)采集遵循“等量”、“隨機(jī)”、“多點(diǎn)混合”的原則，利用全球定位系統(tǒng)(GPS)對(duì)采樣點(diǎn)定位，記錄其經(jīng)緯度位置，以“S”型或鋸齒形隨機(jī)采樣，以深度0—20 cm土層取10個(gè)樣點(diǎn)混合成1 kg土樣，共采取土樣369份。將土壤樣品自然風(fēng)干、過(guò)篩后，參照《土壤分析技術(shù)規(guī)范》中相關(guān)方法進(jìn)行了測(cè)定，土壤pH值采用玻璃電極法測(cè)定，電導(dǎo)率則通過(guò)電導(dǎo)法測(cè)定，采用重鉻酸鉀容量法(油浴加熱)測(cè)定有機(jī)質(zhì)，采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定堿解氮，采用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法測(cè)定有效磷，采用乙酸銨提取——火焰光度法測(cè)定速效鉀[10]。土壤質(zhì)地、種植方式、種植年限等由西安市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心提供。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)處理方法

采用GS+和SPSS軟件對(duì)研究區(qū)土壤pH、電導(dǎo)率、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀空間變異進(jìn)行研究。利用3倍標(biāo)準(zhǔn)差法篩選異常值，用最大、最小值替換異常值。由于空間變異分析的前提是：數(shù)據(jù)必須符合正態(tài)分布，否則會(huì)出現(xiàn)比例效應(yīng)[11]。因此進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，并對(duì)非正態(tài)分布的變量進(jìn)行轉(zhuǎn)換以滿足正態(tài)分布。利用SPSS18.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)和描述性統(tǒng)計(jì)分析；GS+軟件分析蔬菜區(qū)各土壤養(yǎng)分空間變異函數(shù)、進(jìn)行模型擬合；分析土壤養(yǎng)分空間變異特征。半變異函數(shù)模型在決定系數(shù)(R2)接近1，殘差(RSS)盡可能小的原則選取最優(yōu)模型。建立各指標(biāo)隸屬度函數(shù)，基于主成分分析計(jì)算不同指標(biāo)權(quán)重值，采用模糊數(shù)學(xué)方法計(jì)算土壤肥力適宜性評(píng)價(jià)指數(shù)(soil fertility suitability index, SFI),利用ArcGIS10.3軟件和地統(tǒng)計(jì)模塊Kriging插值，得出土壤肥力適宜性空間分布。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度函數(shù)構(gòu)建

隸屬度函數(shù)F(x)是模糊數(shù)學(xué)中的一個(gè)概念，是一個(gè)值域在0～1之間的函數(shù)，表示論域u中的元素x隸屬與u的模糊子集A的程度。F(x)越接近1，表示x屬于A的可能性越大。將隸屬度函數(shù)運(yùn)用到土壤肥力的研究中，旨在判斷土壤養(yǎng)分所屬等級(jí)。土壤養(yǎng)分隸屬度函數(shù)越接近于1，表明土壤養(yǎng)分狀況越好[12]。

2.3 蔬菜區(qū)土壤肥力適宜性分析

蔬菜區(qū)土壤肥力適宜性采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行評(píng)價(jià)?？紤]到研究區(qū)土壤形成特點(diǎn)以及蔬菜生產(chǎn)性質(zhì)，選擇土壤pH值、電導(dǎo)率、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀作為評(píng)價(jià)因子，并采用主成分分析法確定各因子權(quán)重。依據(jù)模糊數(shù)學(xué)原理構(gòu)建蔬菜區(qū)土壤屬性和土壤養(yǎng)分指標(biāo)的隸屬函數(shù)，計(jì)算各土壤屬性和各土壤養(yǎng)分指標(biāo)的隸屬度，再利用加成法計(jì)算研究區(qū)蔬菜區(qū)土壤肥力適宜性評(píng)價(jià)指數(shù)(ISF)，計(jì)算公式為:

(1)

式中：Nij和Wij——第i個(gè)土壤樣品的第j個(gè)土壤屬性或土壤養(yǎng)分指標(biāo)的隸屬度和相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)。ISF取值范圍為0～1，其值越高，表明土壤肥力對(duì)蔬菜的生長(zhǎng)和品質(zhì)的貢獻(xiàn)率越高。

3 結(jié)果與分析

3.1 蔬菜區(qū)土壤屬性基本特征

利用SPSS軟件對(duì)經(jīng)異常值處理的蔬菜區(qū)土壤屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)和正態(tài)分布檢驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。表明蔬菜區(qū)土壤pH值、土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀原數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布。對(duì)電導(dǎo)率、有效磷進(jìn)行了對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換，并對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)檢驗(yàn)，電導(dǎo)率、有效磷滿足對(duì)數(shù)分布。參考全國(guó)第二次土壤普查土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)蔬菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量屬于中等偏低水平，堿解氮含量處于中等水平，大部分采樣點(diǎn)有效磷、速效鉀含量豐富。

表1 蔬菜區(qū)土壤指標(biāo)含量統(tǒng)計(jì)性描述

變異系數(shù)是指數(shù)據(jù)空間變異的大小，變異系數(shù)越大，說(shuō)明它在空間上分布不均勻，受到外界影響程度越高，也就是說(shuō)隨機(jī)性越強(qiáng)。一般認(rèn)為，當(dāng)變異系數(shù)≤10%時(shí)，為弱變異；10%<變異系數(shù)<100%時(shí)，表示中等變異；變異系數(shù)≥100%時(shí)，表示強(qiáng)變異。由表1可知電導(dǎo)率變異系數(shù)達(dá)到強(qiáng)變異，說(shuō)明蔬菜區(qū)土壤電導(dǎo)率分布不均勻是由人為因素造成的。有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀都屬于中等變異，且變異系數(shù)由低到高依次為堿解氮、有機(jī)質(zhì)、速效鉀、有效磷，其中有效磷含量豐富且變異系數(shù)大，表明該養(yǎng)分含量與施用磷肥量有關(guān)。而蔬菜區(qū)土壤pH值變異系數(shù)只有4.76%，表明土壤酸堿性主要受到成土母質(zhì)等自然因素的作用。

3.2 蔬菜區(qū)土壤屬性空間變異分析

采用GS+7.0軟件對(duì)滿足正態(tài)分布的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行半變異函數(shù)模型擬合，通過(guò)調(diào)節(jié)不同模型參數(shù)對(duì)比模型的擬合度和殘差[13]，得到各土壤養(yǎng)分半變異函數(shù)理論模型及參數(shù)(如表2所示)。

表2 蔬菜區(qū)土壤指標(biāo)理論模型及參數(shù)

塊金值表示土壤特性受人為干擾隨機(jī)性因素引起的變異，這四種土壤養(yǎng)分的塊金值都大于零說(shuō)明在采樣的過(guò)程中存在人為因素引起的隨機(jī)變異，可能存在于采集或者土壤養(yǎng)分測(cè)定過(guò)程中?；_(tái)值表示土壤特性的總變異，包括結(jié)構(gòu)性變異和隨機(jī)性變異。塊金效應(yīng)即塊金值與基臺(tái)值的比值，用它來(lái)反應(yīng)土壤養(yǎng)分的空間依賴性，塊金效應(yīng)值越高說(shuō)明隨機(jī)因素是導(dǎo)致土壤養(yǎng)分空間變異的主要因素[5]。pH值、有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀的塊金效應(yīng)都介于25%～75%之間，屬于中等變異，說(shuō)明引起土壤pH、有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀空間變異的主導(dǎo)因素為結(jié)構(gòu)性因素，比如土壤母質(zhì)性質(zhì)、氣候、地形等，而電導(dǎo)率、堿解氮的塊金效應(yīng)分別達(dá)76.4%和88.4%，蔬菜區(qū)土壤電導(dǎo)率和堿解氮主要受隨機(jī)因素影響，表明該地區(qū)蔬菜養(yǎng)分的空間變異主要與菜農(nóng)的種植制度和土壤培肥有關(guān)。變程表示的是土壤養(yǎng)分特性空間自相關(guān)范圍[14]，表2反映電導(dǎo)率的變程距離較大，說(shuō)明電導(dǎo)率空間變異以大塊變異為主，而其他屬性的變程較小，空間變異以小塊變異為主。

3.3 蔬菜區(qū)土壤肥力適宜性評(píng)價(jià)

3.3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取與權(quán)重確定 選取評(píng)價(jià)土壤肥力適宜性指標(biāo)應(yīng)遵循主導(dǎo)性、系統(tǒng)性、獨(dú)立性、空間變異性和指標(biāo)體系區(qū)域性等原則。根據(jù)前人研究結(jié)果和蔬菜區(qū)土壤屬性、養(yǎng)分分布特點(diǎn)，選取對(duì)蔬菜生長(zhǎng)發(fā)育影響較大的pH值、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用模糊綜合評(píng)價(jià)法確定土壤肥力適宜性。主成分分析法實(shí)現(xiàn)了定性分析和定量分析相結(jié)合，解決了評(píng)價(jià)模型中確定權(quán)重的問(wèn)題。因此，采用主成分分析法來(lái)確定權(quán)重[15]，采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS進(jìn)行分析，得出各個(gè)指標(biāo)主成分的特征值和貢獻(xiàn)率，通過(guò)SPSS計(jì)算各個(gè)公因子方差占公因子方差總和的百分率作為單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重(表3)。其值的大小表示該項(xiàng)肥力指標(biāo)對(duì)土壤肥力總體變異的貢獻(xiàn)。由表3可知：pH值的權(quán)重最低，這主要是由于研究區(qū)土壤受自然因素的作用較大，pH值屬于偏堿性土壤，變化較小，而且其本身對(duì)植物生長(zhǎng)不起直接作用，主要通過(guò)酸堿性來(lái)調(diào)節(jié)植物對(duì)其他養(yǎng)分的吸收。除pH值之外，其他指標(biāo)權(quán)重都介于0.1～0.3之間。

表3 蔬菜區(qū)土壤評(píng)價(jià)指標(biāo)的特征值、貢獻(xiàn)率和權(quán)重

3.3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬函數(shù)構(gòu)建及轉(zhuǎn)折點(diǎn)取值 計(jì)算不同評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度值，首先要建立各評(píng)價(jià)指標(biāo)之間相應(yīng)的隸屬度函數(shù)來(lái)表示各評(píng)價(jià)指標(biāo)的狀態(tài)值，同時(shí)實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)量綱歸一化，使評(píng)價(jià)指標(biāo)間具有可比性。由于土壤因子變化具有連續(xù)性，故各評(píng)價(jià)指標(biāo)采用連續(xù)性質(zhì)的隸屬度函數(shù)。結(jié)合王建國(guó)等[16]提出的模糊數(shù)學(xué)土壤肥力綜合評(píng)價(jià)模型，并根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況，采用以下3種隸屬度函數(shù)。pH值符合拋物線型，電導(dǎo)率為降半梯型，有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀為S型，為了方便計(jì)算，將曲線函數(shù)轉(zhuǎn)換為折線函數(shù)。

(2)

(3)

(4)

結(jié)合蔬菜地土壤屬性含量實(shí)際情況和專家經(jīng)驗(yàn)，分別確定各指標(biāo)隸屬度函數(shù)曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)取值(表4)[4]。

表4 蔬菜區(qū)土壤評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度函數(shù)及函數(shù)轉(zhuǎn)折點(diǎn)取值

3.3.3 土壤屬性單因子適宜性評(píng)價(jià) 依據(jù)隸屬度函數(shù)計(jì)算蔬菜區(qū)各指標(biāo)平均隸屬度，并分別與權(quán)重值相乘得單因子適宜性(表5)。平均隸屬度指某一指標(biāo)對(duì)于蔬菜生長(zhǎng)的平均優(yōu)劣度，平均隸屬度越高，說(shuō)明該指標(biāo)在土壤中的狀態(tài)越好，蔬菜越適宜該環(huán)境。由表5可知，平均隸屬度由高到底依次為：pH值>電導(dǎo)率>速效鉀>有效磷>堿解氮>有機(jī)質(zhì)。有機(jī)質(zhì)和堿解氮平均隸屬度都低于0.6，說(shuō)明限制蔬菜生長(zhǎng)的主要因素就是土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量，這與土壤養(yǎng)分豐缺統(tǒng)計(jì)結(jié)果一致。隸屬度高的指標(biāo)不一定對(duì)土壤肥力的貢獻(xiàn)最大，要同時(shí)考慮該因子在土壤肥力中的權(quán)重值。單因子肥力適宜性綜合隸屬度與權(quán)重，可分析各因子對(duì)綜合肥力的貢獻(xiàn)率。單因子適宜性得分越高，表明其對(duì)蔬菜生長(zhǎng)貢獻(xiàn)率越高。由此可得，6個(gè)指標(biāo)值貢獻(xiàn)率由高到低依次為：電導(dǎo)率>有效磷>堿解氮>有機(jī)質(zhì)>速效鉀>pH值。pH值、有機(jī)質(zhì)和速效鉀對(duì)土壤肥力的貢獻(xiàn)值都低于0.1，pH值對(duì)土壤肥力的貢獻(xiàn)值較低是受到其權(quán)重值得制約，pH值平均隸屬度指最好，表明菜田土壤pH值對(duì)蔬菜生長(zhǎng)具有積極影響。速效鉀對(duì)土壤肥力的貢獻(xiàn)率較低的原因是速效鉀含量已經(jīng)達(dá)到豐富水平，因此，建議菜農(nóng)可以減少鉀肥的施用，甚至當(dāng)季可以不施鉀肥。

表5 蔬菜區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬度平均值及單因子適宜性

3.3.4 土壤肥力適宜性綜合評(píng)價(jià) 土壤肥力適宜性受到各指標(biāo)的共同影響，某采樣點(diǎn)土壤單因子適宜性值高并不能表示該地綜合肥力值也高，綜合肥力值可能受到其他因子影響而有所降低。利用公式(1)和計(jì)算得到的蔬菜區(qū)各指標(biāo)權(quán)重、隸屬度計(jì)算得蔬菜區(qū)土壤肥力適宜性評(píng)價(jià)指數(shù)(ISF)，ISF取值范圍為0～1，值越大，表明土壤肥力水平越高。結(jié)果表明蔬菜區(qū)SFI最小值為0.36，最大值為0.95，平均值為0.65，標(biāo)準(zhǔn)差為0.12，變異系數(shù)為18.43%。

表6為西安市蔬菜區(qū)土壤養(yǎng)分適宜性指數(shù)的半變異函數(shù)擬合模型。依據(jù)半變異函數(shù)特征值表明蔬菜區(qū)土壤適宜性屬于中等變異程度，且自變異距離較小。

表6 土壤肥力適宜性理論模型及參數(shù)

利用ArcGIS 10.3軟件基于如上土壤肥力適宜性半變異模型，采用普通克里金插值方法[17]，可以分析西安市蔬菜區(qū)土壤肥力適宜性空間分布格局，如圖1所示。經(jīng)過(guò)插值的蔬菜區(qū)土壤肥力適宜性平滑掉小部分的樣點(diǎn)，依據(jù)等間距法將蔬菜區(qū)土壤肥力適宜性進(jìn)行分級(jí)統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表7所示。

圖1 蔬菜區(qū)土壤肥力適宜性分布表7 土壤肥力適宜性各等級(jí)面積比例統(tǒng)計(jì)

等級(jí)SFI范圍面積比/%五級(jí)0.49～0.556.36四級(jí)0.56～0.6119.59三級(jí)0.62～0.6737.53二級(jí)0.68～0.7333.37一級(jí)0.74～0.803.14

由表7可知，西安市蔬菜區(qū)SFI等級(jí)占面積比由大到小依次是：三級(jí)37.53%，二級(jí)33.37%，四級(jí)19.59%，五級(jí)6.36%，一級(jí)3.14%?？傮w上說(shuō)西安市蔬菜區(qū)肥力適宜性處于中等較好水平。圖1表明西安市蔬菜區(qū)ISF分布情況：長(zhǎng)安區(qū)西北角、東南角，以及臨潼區(qū)中東部分布有少量ISF一級(jí)土壤；ISF二級(jí)土壤主要分布于閻良區(qū)和臨潼區(qū)交界處、高陵區(qū)中西部、長(zhǎng)安區(qū)西部；ISF處于三級(jí)以下的土壤主要分布于臨潼區(qū)東南部、鄠邑區(qū)、周至縣北部地區(qū)以及長(zhǎng)安區(qū)與鄠邑區(qū)北部交界處；其他廣闊地區(qū)土壤都處于ISF三級(jí)水平。ISF三級(jí)以下地區(qū)應(yīng)重視蔬菜區(qū)土壤培肥。

西安市蔬菜區(qū)ISF一、二級(jí)土壤各項(xiàng)指標(biāo)狀況均處于良好水平，雖然閻良區(qū)、高陵區(qū)蔬菜種植年限較長(zhǎng)，土壤自身肥力降低，但多采用溫室大棚的種植方式，水熱條件好，菜農(nóng)施肥比較合理，因此土壤肥力適宜性好。而長(zhǎng)安區(qū)蔬菜種植年限較短，且土壤質(zhì)地為粉砂質(zhì)黏壤土，有利于土壤有機(jī)質(zhì)積累，土壤自身肥力條件較好，雖多為露地種植，但總體土壤肥力適應(yīng)性較好。西安市蔬菜區(qū)ISF四、五級(jí)土壤與一、二級(jí)土壤相比，土壤有機(jī)質(zhì)含量差異不大，相比差異較大的是有效磷和速效鉀含量，平均值含量相差100 mg/kg，因此，雖然整體上西安市蔬菜區(qū)有效磷、速效鉀含量豐富，但是各地分布不均勻，對(duì)于ISF四級(jí)、五級(jí)地區(qū)仍然要補(bǔ)施磷肥和鉀肥。臨潼區(qū)、鄠邑區(qū)北部ISF較低的土壤質(zhì)地為壤土和中壤、沙壤，不利于土壤有機(jī)質(zhì)積累，種植年限較長(zhǎng)，土壤自身肥力較差，加上露地種植，所以土壤肥力適宜性較差。

4 結(jié) 論

(1) 土壤電導(dǎo)率、堿解氮受到隨機(jī)性因素影響較大，人為施肥成為影響其空間變異的主要因素。pH值、有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀空間變異同時(shí)受到結(jié)構(gòu)性因素(土壤母質(zhì)、地形、氣候等自然因素)和隨機(jī)性因素共同作用。

(2) 西安市蔬菜區(qū)土壤肥力適宜性處于中等較好水平，呈中等變異程度。臨潼區(qū)的東南部，鄠邑區(qū)、周至縣的北部地區(qū)以及長(zhǎng)安區(qū)和鄠邑區(qū)北部交界處蔬菜區(qū)土壤肥力有待提高，應(yīng)根據(jù)土壤肥力適宜性進(jìn)行精準(zhǔn)施肥決策，提高肥料利用率。

(3) 西安市蔬菜區(qū)土壤肥力適宜性主要限制性因素是土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量，西安市菜農(nóng)存在氮肥表施、施肥盲目的問(wèn)題。因此，菜農(nóng)應(yīng)重視土壤有機(jī)質(zhì)含量的提升、積極制定蔬菜“補(bǔ)氮”措施，提升土壤肥力，保障蔬菜區(qū)蔬菜的品質(zhì)，繼續(xù)發(fā)揮西安市蔬菜產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)。

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Spatial Variation and Fertility Suitability of Vegetable Field in Xi’an City

WANG Jing1, YANG Lianan1, YANG Yucen1, FENG Wuhuan2,YU Shifeng3, SONG Yingqiang1, ZHANG Bin1, LI Xinyao1

(1.CollegeofUrbanandEnvironmentalSciences,NorthwestUniversity,Xi’an,Shaanxi710127,China; 2.Xi’anAgriculturalTechnologyExtensionCenter,Xian,Shaanxi710066,China;3.Xi'anAgriculturalProductQualitySafetyInspectionandMonitoringCenter,Xi’an,Shaanxi710077,China)

[Objective] To evaluate the spatial variation and fertility suitability of vegetable field in Xi'an City, Shaanxi Province, in order to provide a basis for making decision of soil cultivation and agricultural production in relevant departments. [Methods] Six indexes that are closely related to vegetable growth including soil pH value, electrical conductivity, organic matter, alkali-hydrolysable nitrogen, available phosphorus and available potassium, were measured. Their spatial variability was analyzed using semi-variation function. And the soil fertility suitability was determined using fuzzy mathematics method. The soil fertility suitability was graded by equal spacing method after Kriging interpolation was conducted, and finally it was evaluated comprehensively. [Results] The semi-variogram could fit the spatial variability of soil in the vegetable field. The spatial distributions of the conductivity and alkali-hydrolysable nitrogen were mainly affected by the fertilization, and the soil pH value and other nutrient were affected by both anthropogenic and natural factors. [Conclusion] The soil fertility suitability of vegetable field in Xi’an City was at middle level, and the main limiting factors of vegetable growth were soil organic matter and alkali-hydrolysable nitrogen content. There are some areas where the soil fertility of vegetable field should be improved. These areas are the south-eastern of the Lintong District, the northern of the Huyi District and the Zhouzhi County, the northern part next to Chang’an District and the Huyi District. To the vegetable farmer, measures that can improve the contents of soil organic matter and nitrogen should be taken.

soil fertility suitability; spatial variability; fuzzy mathematics; vegetable field

2017-01-30

2017-02-27

教育部人文社會(huì)科學(xué)研究規(guī)劃基金項(xiàng)目“基于地統(tǒng)計(jì)學(xué)和 GIS的土壤網(wǎng)格采樣技術(shù)研究”(10YJA910010)； 陜西省農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目(2011K02-11)； 西安市科技計(jì)劃項(xiàng)目(NC1402,NC150201)； 西北大學(xué)“211 工程”研究生自主創(chuàng)新項(xiàng)目(YZZ15013)

王晶(1992—),女(漢族),內(nèi)蒙古烏海市人,碩士研究生,研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)資源利用。E-mail:wangjingxdch@163.com。

楊聯(lián)安(1968—),男(漢族),陜西省武功縣人,博士,副教授,主要從事地理信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用研究。E-mail:yanglianan@163.com。

A

1000-288X(2017)03-0204-06

S158.2