關(guān)于農(nóng)田尺度下土壤有機(jī)質(zhì)的空間變異研究

張紀(jì)源

【摘? ?要】 本文將空間分析技術(shù)與地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法相結(jié)合，以某流域的土壤白土及烏柵土的各三層土壤樣本開展了數(shù)據(jù)處理及系統(tǒng)化分析，深入探討了土壤有機(jī)質(zhì)含量所存在的空間變異特征，望能為此領(lǐng)域研究有所幫助。

【關(guān)鍵詞】 農(nóng)田尺度;土壤有機(jī)質(zhì);空間變異

[Abstract]? In this paper， the spatial analysis technique and geostatistics method are combined to carry out data processing and systematic analysis of three soil samples of soil clay and Wumen soil in a basin， and the spatial variation characteristics of soil organic matter content are discussed in depth， which is expected to be helpful in this field.

[Keywords]? farmland scale; soil organic matter; spatial variation

當(dāng)前，與土壤有機(jī)質(zhì)相關(guān)的研究，已經(jīng)成為地球化學(xué)、土壤學(xué)等學(xué)科研究的點(diǎn)所在。需要指出的是，圍繞土壤有機(jī)質(zhì)，將其當(dāng)作基礎(chǔ)性研究對(duì)象，從其含量變化層面為基本著眼點(diǎn)，探討其時(shí)空變異規(guī)律及總體趨勢(shì)，不僅能為土壤肥力的系統(tǒng)化、準(zhǔn)確化評(píng)估提供可靠依據(jù)之外，還能為此方面的更好管理，提供借鑒與支撐指導(dǎo)，因而能夠?yàn)橥寥赖目沙掷m(xù)利用提供保障。需說明的是，當(dāng)前所開展的研究，大多圍繞土壤當(dāng)中的某一層來進(jìn)行，而在牙就不同土層上，卻并不多。所以，本文依據(jù)發(fā)生層次，對(duì)各土層土壤進(jìn)行選擇，基于采樣分析的前提下，利用當(dāng)前比較常用的地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，以某區(qū)域?yàn)閷?duì)象，對(duì)其土壤有機(jī)質(zhì)展開深入剖析，從中得出最準(zhǔn)確、最全面的空間變異特征;除此之外，利用比較常規(guī)且實(shí)用的Kriging插值法，對(duì)土壤當(dāng)中的有機(jī)質(zhì)含量展開深入剖析，匯總相關(guān)數(shù)據(jù)，最后進(jìn)行空間分布圖進(jìn)行繪制。通過兩方法的深層結(jié)合，來更好的展開研究分析。

1? 采集樣品

土壤樣品1即某地區(qū)的水稻土類型：白土?；诖瞬蓸訁^(qū)，從中劃出采樣小區(qū)，東西長(zhǎng)度為260米，南北也為260米，把試驗(yàn)小區(qū)依據(jù)30米等間距，均分成100個(gè)網(wǎng)格，即共有100個(gè)取樣點(diǎn)。另外，還需要指出的是，采樣共有三層，其一為0～12厘米，其二是12.1～20厘米，其三為20.1～30厘米。樣品2即為某地的水稻土類型：烏柵土。同樣將其劃分成100個(gè)網(wǎng)格，形成100個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)以及100個(gè)取樣點(diǎn)。分三層進(jìn)行采樣，第一層為0～15厘米，第二層為15.1～28厘米，第三層為28.1～42厘米。

2? 樣品分析

采用高溫外熱重鉻酸鉀氧化法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)。用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析土壤性質(zhì)所對(duì)應(yīng)的空間變異特征。

3? 結(jié)果

3.1? 關(guān)于土壤有機(jī)質(zhì)含量所對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)分析特征

借助SPSS統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件，處理該區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)。針對(duì)所得到的數(shù)據(jù)，開展正態(tài)分布檢驗(yàn)，從中得知，該區(qū)在具體的土壤有機(jī)質(zhì)含量上，大多呈現(xiàn)出明顯的正態(tài)或者類似正態(tài)分布。針對(duì)那些與正態(tài)分布并不相符的變量，則給予對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換，完成轉(zhuǎn)換后，使其服從對(duì)數(shù)正態(tài)。針對(duì)白土來講，其在0～12厘米的土層中，平均有機(jī)質(zhì)含量為28.11g/kg，而在12.1～20厘米的土層當(dāng)中，其含量的均值為26.20g/kg，此外，在20.1～30厘米的土層中，其均值為19.71g/kg。而對(duì)于烏柵土來講，其土層為0～15厘米時(shí)，其有機(jī)質(zhì)在具體含量上，達(dá)到了37.38g/kg，在15.1～28.0厘米，均值為31.32g/kg，均值為28.1～42厘米時(shí)，其均值為22.67g/kg，從中提示，土壤當(dāng)中的有機(jī)質(zhì)伴隨深度的不斷增加，其含量隨之而減小。白土12.1～20厘米、0～12厘米的有機(jī)質(zhì)均值較中位數(shù)，稍微偏低，而20.1～30厘米的均值較中位數(shù)，要稍微偏高;針對(duì)烏柵土而言，其土層深度為0～15厘米時(shí)，有機(jī)質(zhì)均值較中位數(shù)偏低，而另外兩層較中位數(shù)，要稍微偏高，表明無(wú)特異值對(duì)此造成影響。伴隨深度的增加，有機(jī)質(zhì)含量隨之而減小，提示此區(qū)域土壤當(dāng)中的有機(jī)質(zhì)存在表聚情況，多相關(guān)于當(dāng)?shù)厥┓史绞健?/p>

3.2? 土壤有機(jī)質(zhì)含量的半方差函數(shù)

對(duì)于地統(tǒng)計(jì)學(xué)來分析，從根本上來講，其就是一種比較新型且實(shí)用的空間分析方法，需要指出的是，其內(nèi)在基礎(chǔ)是當(dāng)前比較常用的區(qū)域變化變量理論。而針對(duì)半方差函數(shù)來考量，從基礎(chǔ)層面來剖析，其就是基于地統(tǒng)計(jì)學(xué)這一理論架構(gòu)，圍繞某一事項(xiàng)，比如區(qū)域化變量所對(duì)應(yīng)的空間結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況及具體需要，展開有目的性的研究。還需強(qiáng)調(diào)的是，針對(duì)塊金值C0來研究，把它當(dāng)作原點(diǎn)位置處所對(duì)應(yīng)的半方差函數(shù)數(shù)值，用其來表示隨機(jī)變異。而對(duì)于基臺(tái)值（C0+C）來進(jìn)行深層分析，通常來講，用于表示系統(tǒng)當(dāng)中的總變異，包含兩部分，其一為隨機(jī)性變異，其二是結(jié)構(gòu)性變異，當(dāng)有著比較高的基臺(tái)值時(shí)，提示整個(gè)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)作中，無(wú)論是在實(shí)用效能上，還是在具體的空間異質(zhì)性上，都較高。還需要強(qiáng)調(diào)的是，如果距離（變程）在現(xiàn)實(shí)當(dāng)中比較大，那么與之相對(duì)應(yīng)的影響范圍，也就會(huì)使之增大。在實(shí)際運(yùn)作當(dāng)中，其能把空間依賴所對(duì)應(yīng)的最真實(shí)且最大距離給表示出來，或者是給呈現(xiàn)出來。針對(duì)塊金值/基臺(tái)值來分析，其在業(yè)內(nèi)又被人形象的稱作塊金效應(yīng)，從根本上來考量，其可以根據(jù)現(xiàn)實(shí)需要，把土壤的基本性質(zhì)所匹配的空間依賴性，以一種比較妥當(dāng)且合理的方式給反映出來，而且在具體的空間相關(guān)性上，還能將系統(tǒng)變量其中的程度給折射出來。

需說明的是，針對(duì)塊金效應(yīng)，如果其低于0.25，此時(shí)，存在著比較強(qiáng)的空間相關(guān)性;如果位于0.25～0.75之間，那么存在中等的空間相關(guān)性;如果>0.75，那么存在較弱的空間相關(guān)性。需要說明的是，諸如土壤類型、地形、氣候等因素，能造成土壤養(yǎng)分或土壤性質(zhì)的強(qiáng)空間相關(guān)性，而諸如種植制度、施肥等隨機(jī)性因素，能夠減弱土壤性質(zhì)的空間相關(guān)性，使之趨向均一化的方向而發(fā)展。從本次研究可知，該地各層土壤有機(jī)質(zhì)存在著比較弱的空間自相關(guān)性。白土塊金效應(yīng)都>0.75，提示其在空間自相關(guān)上比較弱;而對(duì)于烏柵土而言，其在15.1～20厘米的土層上，塊金效應(yīng)是0.62，于0.25～0.75內(nèi)，因而有著中等的空間自相關(guān)。而對(duì)于變程來講，其能夠?qū)⒆兞靠臻g自相關(guān)的具體范圍給反映出來，其無(wú)論是與觀測(cè)上，還是在取樣尺度上，均對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的多種生態(tài)過程之間，存在著緊密的關(guān)聯(lián)性。針對(duì)該區(qū)域來講，如果其土壤有機(jī)質(zhì)變程變化區(qū)間為142.5～267.1千米，超過此區(qū)間，那么此時(shí)的土壤有機(jī)質(zhì)便無(wú)空間自相關(guān)性。而從變程層面來講，白土的變程較烏柵土偏小，而且還有著比較小的空間相關(guān)范圍，而烏柵土有機(jī)質(zhì)卻有著比較大的空間相關(guān)范圍，以及較強(qiáng)的空間異質(zhì)性。針對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的此種空間結(jié)構(gòu)特征來講，其不僅與種植制度之間有緊密關(guān)聯(lián)，而且還與該區(qū)的成土條件也有關(guān)系。究其原因，主要因?yàn)橐恢碌姆N植制度，能夠穩(wěn)定養(yǎng)分投入與農(nóng)田管理。

3.3? 土壤有機(jī)質(zhì)含量的空間變異特征分析

借助普通克里格法最優(yōu)內(nèi)插土壤有機(jī)質(zhì)，進(jìn)行各土層有機(jī)質(zhì)含量所對(duì)應(yīng)的空間分布圖的繪制。針對(duì)此些圖而言，其能夠?qū)υ搮^(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)含量的空間分布特征給準(zhǔn)確的描述出來。在本文當(dāng)中，針對(duì)烏柵土有機(jī)質(zhì)，其在具體的含量上，最大的是西部，并且朝東部遞減。因此，針對(duì)三層土壤而言，其在所對(duì)應(yīng)的有機(jī)質(zhì)含量的總體分布方面，有著一定的相似性。所以，可借助此情況，更好合理的去利用該地區(qū)的土地，并且還能實(shí)現(xiàn)精確生產(chǎn)。針對(duì)那些有著較低含量的地區(qū)，可根據(jù)現(xiàn)實(shí)需要，酌情增加施肥量;而對(duì)于那些有著比較高含量的區(qū)域，可根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況，以施肥結(jié)構(gòu)為對(duì)象，對(duì)其展開嚴(yán)格化、合理化調(diào)整，選擇其它更為適用的肥料，這樣一來，不僅有助于肥料使用效益的提升，而且還能提高其綜合利用率，因而最終可達(dá)均衡施肥的目的。

4? 結(jié)論

綜上，針對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)來講，不管是在土壤生產(chǎn)特性上，還是在具體的肥力上，都有著重要價(jià)值與意義。從土壤所具有的物理性質(zhì)來深層考量，由于有機(jī)質(zhì)膠體存在著比較明顯的活性，因此，其不僅能對(duì)土壤黏粒進(jìn)行吸附，而且還能粘結(jié)，因而可以形成更加優(yōu)質(zhì)的微團(tuán)聚結(jié)構(gòu)，這有助于各種肥力因素的合理化、全面化調(diào)節(jié)。本文借助當(dāng)前比較常用的地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，與一種合理方式結(jié)合于空間分析技術(shù)，對(duì)某區(qū)域?yàn)鯑磐?、白土有機(jī)質(zhì)的空間變異特征展開深入研究。最終得知，此區(qū)域的各個(gè)層土壤有機(jī)質(zhì)在具體的空間自相關(guān)性上比較弱。而基于變程層面來分析，白土的變程較烏柵土偏小，而且還有著比較小的空間相關(guān)范圍，而對(duì)于烏柵土而言，則有著比較大的空間相關(guān)范圍，以及強(qiáng)烈的空間異質(zhì)性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 江葉楓， 郭 熙， 葉英聰，等. 省域尺度土壤有機(jī)質(zhì)空間分布的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法預(yù)測(cè)[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)， 2017， 33（4）：828-835.

[2] 徐翠蘭， 侯淑楠， 姚紫東. 南方農(nóng)田土壤容重空間變異性及其尺度效應(yīng)[J]. 排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào)， 2017， 35（5）：424-429.