沙雅縣植棉土壤表層養分空間分布特征分析

穆耶賽爾·肉孜，迪里木拉提·玉蘇甫，玉蘇甫·買買提

（新疆師范大學地理科學與旅游學院，烏魯木齊830054）

0 引言

土壤是由不同的礦物質成分及養分元素所構成的具有一定肥力且能夠生長植物的歷史自然體，它含有豐富的礦物質，是有機質、微生物及養分元素組成的綜合體[1-3]。土壤養分是土壤肥力的重要標識，是影響農作物及產量高低的關鍵因素[4-6]。如，鉀是植物必需的大量礦質營養元素之一，而棉花是需鉀量較高且較容易出現缺鉀癥狀的作物[7]。農作物的生長和發育必需的碳、氫、氧和其余有16種元素主要來自成土母質和土壤[8]。在農業生產中如何調節土壤養分與作物生長的關系，合理利用土壤養分資源，制定科學施肥管理措施，才能保證農業長期有序的發展、達到增產增收及生態效益的目的。國內外學者紛紛應用土壤養分空間變異理論及研究方法[9-16]。在國內諸多學者分別對長期施氮磷鉀化肥對玉米、小麥產量及土壤肥力的影響進行了研究[17-20]。筆者以沙雅縣植棉土壤作為主要研究對象，通過采集土壤樣品、分析多年調研數據及結合當地自然條件，對沙雅縣植棉土壤中棉花生長所必須的營養元素進行變量分析，并根據研究區長期連作棉花后的自然地理特征，參考調研時期農戶調查資料，在前人的研究基礎上進行了對比分析，探討不同土地利用方式下表層土壤理化性質、養分的變化特征及空間分布。沙雅縣位于新疆南部塔里木盆地中北部，屬于大陸性溫暖帶極端干旱氣候[21]。因此，定量分析沙雅縣植棉土壤養分空間特征與棉花種植的相關關系、土壤養分的空間變化與在不同土地利用方式下土壤理化性質和養分的變化規律，對研究區的棉花增產及土地利用方式具有重要的意義。

1 研究區概況

新疆沙雅縣地處東經 81°45′—84°47′，北緯 39°31′—41°25′，東西寬180 km，南北長220 km，位于渭干河綠洲平原的南端和塔里木盆地北部（圖1）。總面積為32000 km2，沙雅縣轄5鎮5鄉，3個農牧場、1個管委會及1個自治區轄的廳局辦農場，161個村民委員會，540個村民小組，54個農牧點。沙雅縣南部廣泛分布沙漠，其面積約為25732 km2，約占全縣總面積的80.4%。沙雅縣北部是農業和人口聚居的綠洲平原區，其面積只有880 km2，占總面積的2.75%。沙雅縣屬大陸性暖溫帶干旱氣候，氣溫日變化、年變化都大，≥10℃積溫均在4450℃以上，降水量少而蒸發量大、氣候干燥、日照豐富[22]等提供了該綠洲大面積種植棉花的條件。

圖1 沙雅縣綠洲示意圖

2 材料與方法

2.1 采集樣品與試驗分析

在研究區植棉土壤上選擇代表性的點進行了土壤采樣布點，在沙雅縣選取樣點60個（圖2），每個采樣點均采集0～20 cm的土層樣品，每個采樣點以一個取土點為中心，一個土樣取500 g左右。將采集到的全部樣品在實驗室進行嚴格處理，并制備土壤分析樣品，同時，對有機質、全氮、堿解氮、有效磷、緩效鉀、速效鉀等土壤養分進行化學測定分析。通過采用重鉻酸鉀溶液法測定有機質；采用半微量凱式法測定全氮；采用堿解擴散吸收法測定堿解氮；有效磷的測定是通過碳酸氫鈉浸提-鉬藍比色法進行；速效鉀的測定通過火焰光度法進行，緩效鉀的測定通過熱硝浸提-火焰光度法進行[23]。

圖2 沙雅縣采樣點分布圖

2.2 研究方法

本研究以Landsat-TM成像時間2015年5月份的遙感數據為數據源，輔以1:10萬地形圖和GPS野外樣點數據，共計60個點。利用衛星遙感數據進行相關定標預處理后獲取了研究區的Landsat數據圖像。對于Landsat-TM影像，利用ENVI 5.0軟件處理得到的數據圖像。

研究方法通過分析和處理，用Excel和SPSS 20.0軟件，獲取各個變量的統計值如最大值、最小值、平均值、標準差、峰度、偏度、變異系數并且通過60個點的元數據進行相關性分析，獲得各養分之間的相關性判定矩陣和正態分布。

表1 土壤養分性統計表

3 結果與分析

3.1 土壤養分的描述性統計分析

對研究區0～20 cm的土壤采樣點進行統計學特征分析，按照中國的第二次土壤普查的養分分級標準[18]，得出土壤養分描述性統計特征。由表1可知，有機質含量介于0.40～31.10 g/kg，均值為9.349 g/kg；全氮含量介于0.013～1.450 g/kg，均值為0.503 g/kg；速效鉀含量介于19.0～657.0 mg/kg，均值為168.794 mg/kg；在研究區都很豐富。堿解氮含量介于5.0～167.0 mg/kg，均值為53.815 mg/kg，在研究區缺乏。有效磷含量介于0～48.90 mg/kg，均值為14.877 mg/kg，在研究區中等。緩 效 鉀 含 量 介 于 2.0～3567.0 mg/kg，均 值 為977.131 mg/kg，在研究區很豐富。pH值偏堿性，介于pH 7.0～9.0之間。

研究區pH值與養分元素有機質、緩效鉀、有效磷、速效鉀的峰度分別為1.361 g/kg、3.307 mg/kg、5.814 mg/kg、1.628 mg/kg、3.181 mg/kg。表示數據分布與正態分布相比較為陡峭，為尖頂峰。而全氮、堿解氮等養分元素的峰度值則分別為0.684 g/kg、0.740 mg/kg，由此可以看出總體數據的分布與正態分布相比較，顯現出比前者較為平坦狀況。速效鉀、有機質、全氮、堿解氮、有效磷、緩效鉀的偏度值都大于0，表示其數據分布形態與正態分布相比為正偏或右偏，即有一條長尾巴拖在右邊，數據右端有較多的極端值。而pH值的偏度小于0，其數據的分布形態與正態分布相比則為負偏或左偏，即在左邊數據左端有較多的一條長尾巴極端值。其中，pH值和養分元素的變異性均屬于中等強度的變異，說明研究區土壤養分在各個采樣點的分布存在著較大的差異（表1）。

3.2 土壤養分相關矩陣分析

土壤中各養分元素是土壤的主要組成成分，研究區植棉土壤中的有機質與堿解氮、全氮、有效磷、緩效鉀、速效鉀等養分元素在不同區域的相關性特征不一樣且不明顯。即在沙雅縣的土壤養分元素之間都呈弱正相關和負相關，見表2。

表2 沙雅縣土壤養分相關矩陣

3.3 土壤養分元素正態分布檢驗

通過采用SPSS 20.0軟件對土壤養分數據進行單樣本K-S正態分布檢驗。若P＞0.05，表示數據服從正態分布；P＜0.05，表示數據不服從正態分布。由表3可知，沙雅縣的所有數據都能通過0.05的檢驗水平，都服從正態分布，可以進行插值分析。

表3 土壤養分正態分布檢驗表

3.4 養分元素分布特征

為了更直觀地描述土壤各養分元素在空間上的分布狀況，用Surfer 8.0軟件繪制出了研究區植棉土壤各養分元素的值線圖。

由圖3可知，緩效鉀是北部分布比較集中而南部的較為稀疏，呈現由北向南以及向東逐漸遞減的趨勢；堿解氮的分布在北部比較豐富，再由往南和東呈現出逐漸遞減的趨勢；全氮在北部顯現出較為集中的現象，其余部分則較為均勻；速效鉀的分布較為均勻；有機質是主要集中分布在北部，而南部及東西部較為稀疏，呈現出由北向南逐漸減少的趨勢；有效磷顯現出東部較為豐富的分布形態，由東往北以及往南呈現出逐漸減少趨勢。土壤中的養分元素與氣候和水資源也有著密切的關系，會影響養分元素的分布。研究區北邊綠洲主要是沿河道而分布，所以北邊的養分元素含量較豐富；南邊靠近塔克拉瑪干沙漠，屬于干旱區水資源比較缺乏，養分元素的分布含量比較少。

4 結論

（1）對研究區0～20 cm土壤表層養分描述性進行統計分析結果表明，有機質及全氮含量均值分別為9.349 g/kg、0.503 g/kg；速效鉀含量的均值為168.794 mg/kg，都很豐富；堿解氮含量的均值為14.877 mg/kg，是中等含量；緩效鉀含量的均值為977.131 mg/kg，很豐富；pH值顯偏堿性。由有機質、緩效鉀、有效磷和速效鉀的峰度值可以看出，數據的分布與正態分布相比較為陡峭，為尖頂峰。而由全氮、堿解氮等養分元素的峰度值可以看出，總體數據的分布與正態分布相比較為平坦。pH值和養分元素均屬于中等強度的變異，說明研究區土壤養分在各個采樣點的分布存在著較大的差異。

圖3 土壤養分元素空間分布圖

（2）研究區植棉土壤中的有機質與堿解氮、全氮、有效磷、緩效鉀、速效鉀等養分元素之間都呈弱正相關和負相關。

（3）通過采用SPSS 20.0軟件對土壤養分數據進行單樣本K-S正態分布檢驗。可知沙雅縣的所有數據都通過0.05的檢驗水平，都服從正態分布，可以進行插值分析。

（4）用Surfer 8.0軟件繪制出了植棉土壤各養分元素的值線圖，由圖3可知，pH值的分布比較均勻，堿性；緩效鉀是北部分布比較集中，呈現由北向南以及向東逐漸遞減的趨勢；堿解氮是北部比較豐富，而往南和東逐漸遞減的趨勢；全氮在北部較為集中，其余部分則較為均勻；速效鉀是分布較為均勻；有機質分布由北部向南部及東西部逐漸減少的趨勢；有效磷由東往北以及往南呈現出逐漸減少趨勢，在并東部較為豐富。土壤中的養分元素與氣候和水資源也有著密切的關系，會影響養分元素的分布。研究區北邊綠洲主要是沿河道而分布，所以北邊的養分元素含量較豐富；南邊靠近塔克拉瑪干沙漠，屬于干旱區水資源比較缺乏，因此養分元素的分布含量比較少。