沙雅縣植棉土壤表層養(yǎng)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(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院，烏魯木齊830054）

0 引言

土壤是由不同的礦物質(zhì)成分及養(yǎng)分元素所構(gòu)成的具有一定肥力且能夠生長(zhǎng)植物的歷史自然體，它含有豐富的礦物質(zhì)，是有機(jī)質(zhì)、微生物及養(yǎng)分元素組成的綜合體[1-3]。土壤養(yǎng)分是土壤肥力的重要標(biāo)識(shí)，是影響農(nóng)作物及產(chǎn)量高低的關(guān)鍵因素[4-6]。如，鉀是植物必需的大量礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素之一，而棉花是需鉀量較高且較容易出現(xiàn)缺鉀癥狀的作物[7]。農(nóng)作物的生長(zhǎng)和發(fā)育必需的碳、氫、氧和其余有16種元素主要來自成土母質(zhì)和土壤[8]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中如何調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分與作物生長(zhǎng)的關(guān)系，合理利用土壤養(yǎng)分資源，制定科學(xué)施肥管理措施，才能保證農(nóng)業(yè)長(zhǎng)期有序的發(fā)展、達(dá)到增產(chǎn)增收及生態(tài)效益的目的。國(guó)內(nèi)外學(xué)者紛紛應(yīng)用土壤養(yǎng)分空間變異理論及研究方法[9-16]。在國(guó)內(nèi)諸多學(xué)者分別對(duì)長(zhǎng)期施氮磷鉀化肥對(duì)玉米、小麥產(chǎn)量及土壤肥力的影響進(jìn)行了研究[17-20]。筆者以沙雅縣植棉土壤作為主要研究對(duì)象，通過采集土壤樣品、分析多年調(diào)研數(shù)據(jù)及結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀粭l件，對(duì)沙雅縣植棉土壤中棉花生長(zhǎng)所必須的營(yíng)養(yǎng)元素進(jìn)行變量分析，并根據(jù)研究區(qū)長(zhǎng)期連作棉花后的自然地理特征，參考調(diào)研時(shí)期農(nóng)戶調(diào)查資料，在前人的研究基礎(chǔ)上進(jìn)行了對(duì)比分析，探討不同土地利用方式下表層土壤理化性質(zhì)、養(yǎng)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(yǎng)分空間特征與棉花種植的相關(guān)關(guān)系、土壤養(yǎng)分的空間變化與在不同土地利用方式下土壤理化性質(zhì)和養(yǎng)分的變化規(guī)律，對(duì)研究區(qū)的棉花增產(chǎn)及土地利用方式具有重要的意義。

1 研究區(qū)概況

新疆沙雅縣地處東經(jīng) 81°45′—84°47′，北緯 39°31′—41°25′，東西寬180 km，南北長(zhǎng)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(zhèn)5鄉(xiāng)，3個(gè)農(nóng)牧場(chǎng)、1個(gè)管委會(huì)及1個(gè)自治區(qū)轄的廳局辦農(nóng)場(chǎng)，161個(gè)村民委員會(huì)，540個(gè)村民小組，54個(gè)農(nóng)牧點(diǎn)。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(nóng)業(yè)和人口聚居的綠洲平原區(qū)，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(fā)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(yàn)分析

在研究區(qū)植棉土壤上選擇代表性的點(diǎn)進(jìn)行了土壤采樣布點(diǎn)，在沙雅縣選取樣點(diǎn)60個(gè)（圖2），每個(gè)采樣點(diǎn)均采集0～20 cm的土層樣品，每個(gè)采樣點(diǎn)以一個(gè)取土點(diǎn)為中心，一個(gè)土樣取500 g左右。將采集到的全部樣品在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行嚴(yán)格處理，并制備土壤分析樣品，同時(shí)，對(duì)有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、緩效鉀、速效鉀等土壤養(yǎng)分進(jìn)行化學(xué)測(cè)定分析。通過采用重鉻酸鉀溶液法測(cè)定有機(jī)質(zhì)；采用半微量凱式法測(cè)定全氮；采用堿解擴(kuò)散吸收法測(cè)定堿解氮；有效磷的測(cè)定是通過碳酸氫鈉浸提-鉬藍(lán)比色法進(jìn)行；速效鉀的測(cè)定通過火焰光度法進(jìn)行，緩效鉀的測(cè)定通過熱硝浸提-火焰光度法進(jìn)行[23]。

圖2 沙雅縣采樣點(diǎn)分布圖

2.2 研究方法

本研究以Landsat-TM成像時(shí)間2015年5月份的遙感數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，輔以1:10萬地形圖和GPS野外樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，共計(jì)60個(gè)點(diǎn)。利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)定標(biāo)預(yù)處理后獲取了研究區(qū)的Landsat數(shù)據(jù)圖像。對(duì)于Landsat-TM影像，利用ENVI 5.0軟件處理得到的數(shù)據(jù)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(gè)變量的統(tǒng)計(jì)值如最大值、最小值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、峰度、偏度、變異系數(shù)并且通過60個(gè)點(diǎn)的元數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，獲得各養(yǎng)分之間的相關(guān)性判定矩陣和正態(tài)分布。

表1 土壤養(yǎng)分性統(tǒng)計(jì)表

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤養(yǎng)分的描述性統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)研究區(qū)0～20 cm的土壤采樣點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)特征分析，按照中國(guó)的第二次土壤普查的養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[18]，得出土壤養(yǎng)分描述性統(tǒng)計(jì)特征。由表1可知，有機(jī)質(zhì)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(qū)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(qū)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(qū)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(qū)很豐富。pH值偏堿性，介于pH 7.0～9.0之間。

研究區(qū)pH值與養(yǎng)分元素有機(jī)質(zhì)、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(shù)據(jù)分布與正態(tài)分布相比較為陡峭，為尖頂峰。而全氮、堿解氮等養(yǎng)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(shù)據(jù)的分布與正態(tài)分布相比較，顯現(xiàn)出比前者較為平坦?fàn)顩r。速效鉀、有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、緩效鉀的偏度值都大于0，表示其數(shù)據(jù)分布形態(tài)與正態(tài)分布相比為正偏或右偏，即有一條長(zhǎng)尾巴拖在右邊，數(shù)據(jù)右端有較多的極端值。而pH值的偏度小于0，其數(shù)據(jù)的分布形態(tài)與正態(tài)分布相比則為負(fù)偏或左偏，即在左邊數(shù)據(jù)左端有較多的一條長(zhǎng)尾巴極端值。其中，pH值和養(yǎng)分元素的變異性均屬于中等強(qiáng)度的變異，說明研究區(qū)土壤養(yǎng)分在各個(gè)采樣點(diǎn)的分布存在著較大的差異（表1）。

3.2 土壤養(yǎng)分相關(guān)矩陣分析

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

表2 沙雅縣土壤養(yǎng)分相關(guān)矩陣

3.3 土壤養(yǎng)分元素正態(tài)分布檢驗(yàn)

通過采用SPSS 20.0軟件對(duì)土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行單樣本K-S正態(tài)分布檢驗(yàn)。若P＞0.05，表示數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布；P＜0.05，表示數(shù)據(jù)不服從正態(tài)分布。由表3可知，沙雅縣的所有數(shù)據(jù)都能通過0.05的檢驗(yàn)水平，都服從正態(tài)分布，可以進(jìn)行插值分析。

表3 土壤養(yǎng)分正態(tài)分布檢驗(yàn)表

3.4 養(yǎng)分元素分布特征

為了更直觀地描述土壤各養(yǎng)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(qū)植棉土壤各養(yǎng)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(xiàn)由北向南以及向東逐漸遞減的趨勢(shì)；堿解氮的分布在北部比較豐富，再由往南和東呈現(xiàn)出逐漸遞減的趨勢(shì)；全氮在北部顯現(xiàn)出較為集中的現(xiàn)象，其余部分則較為均勻；速效鉀的分布較為均勻；有機(jī)質(zhì)是主要集中分布在北部，而南部及東西部較為稀疏，呈現(xiàn)出由北向南逐漸減少的趨勢(shì)；有效磷顯現(xiàn)出東部較為豐富的分布形態(tài)，由東往北以及往南呈現(xiàn)出逐漸減少趨勢(shì)。土壤中的養(yǎng)分元素與氣候和水資源也有著密切的關(guān)系，會(huì)影響?zhàn)B分元素的分布。研究區(qū)北邊綠洲主要是沿河道而分布，所以北邊的養(yǎng)分元素含量較豐富；南邊靠近塔克拉瑪干沙漠，屬于干旱區(qū)水資源比較缺乏，養(yǎng)分元素的分布含量比較少。

4 結(jié)論

（1）對(duì)研究區(qū)0～20 cm土壤表層養(yǎng)分描述性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，有機(jī)質(zhì)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(jī)質(zhì)、緩效鉀、有效磷和速效鉀的峰度值可以看出，數(shù)據(jù)的分布與正態(tài)分布相比較為陡峭，為尖頂峰。而由全氮、堿解氮等養(yǎng)分元素的峰度值可以看出，總體數(shù)據(jù)的分布與正態(tài)分布相比較為平坦。pH值和養(yǎng)分元素均屬于中等強(qiáng)度的變異，說明研究區(qū)土壤養(yǎng)分在各個(gè)采樣點(diǎn)的分布存在著較大的差異。

圖3 土壤養(yǎng)分元素空間分布圖

（2）研究區(qū)植棉土壤中的有機(jī)質(zhì)與堿解氮、全氮、有效磷、緩效鉀、速效鉀等養(yǎng)分元素之間都呈弱正相關(guān)和負(fù)相關(guān)。

（3）通過采用SPSS 20.0軟件對(duì)土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行單樣本K-S正態(tài)分布檢驗(yàn)。可知沙雅縣的所有數(shù)據(jù)都通過0.05的檢驗(yàn)水平，都服從正態(tài)分布，可以進(jìn)行插值分析。

（4）用Surfer 8.0軟件繪制出了植棉土壤各養(yǎng)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(xiàn)由北向南以及向東逐漸遞減的趨勢(shì)；堿解氮是北部比較豐富，而往南和東逐漸遞減的趨勢(shì)；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(jī)質(zhì)分布由北部向南部及東西部逐漸減少的趨勢(shì)；有效磷由東往北以及往南呈現(xiàn)出逐漸減少趨勢(shì)，在并東部較為豐富。土壤中的養(yǎng)分元素與氣候和水資源也有著密切的關(guān)系，會(huì)影響?zhàn)B分元素的分布。研究區(qū)北邊綠洲主要是沿河道而分布，所以北邊的養(yǎng)分元素含量較豐富；南邊靠近塔克拉瑪干沙漠，屬于干旱區(qū)水資源比較缺乏，因此養(yǎng)分元素的分布含量比較少。