基于GIS的皖北縣域土壤養分空間變化研究

高鵬 李琦 張娜娜

摘 要：以安徽省測土配方項目所得的各縣市土壤養分含量數據為研究基礎，利用GIS地統計、分層分類等技術，研究了皖北地區縣域土壤養分中全氮、有機質、有效磷、速效鉀的空間分布差異。結果表明，皖北地區各縣市的土壤養分含量具有明顯的空間分布規律，整體上呈現相近縣區各類土壤養分含量相近，土壤養分含量空間漸變特征明顯。速效鉀、有效磷的漸變趨勢與淮河的主要支流流向相似。蚌埠、淮南等區域有丘陵分布，其各類土壤養分含量均在中高等水平。

關鍵詞：土壤養分;GIS;地統計分析;空間變化

中圖分類號 S159文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2019）16-0107-03

Abstract：Based on the soil nutrient content data obtained from the soil measurement and formulation project in anhui province，the spatial distribution differences of total nitrogen，organic matter，available phosphorus and available potassium in soil nutrients in counties in northern anhui province were studied by using GIS geostatistics，stratification and classification techniques.It was found that the soil nutrient content of all counties and cities in northern anhui province has an obvious spatial distribution rule，and the soil nutrient content of all kinds of counties and regions is similar on the whole，and the soil nutrient content has an obvious spatial gradient.The trend of available potassium and available phosphorus is similar to that of main tributaries of huaihe river.There are hills in bengbu，huainan and other areas.

Key words：Soil nutrient;GIS;Scientific analysis;Spatial variation

自2005年以來，隨著農業部測土配方施肥補貼項目的啟動和全面鋪開，全國各地測土配方施肥工作迅速開展，安徽省各縣市也相繼開展了測土配方施肥工作。通過采集大量的土樣，科學檢測各縣市土壤全氮、有機質、速效鉀、有效磷等養分的平均含量。土壤是地球陸地生態系統中最為重要的組成部分，不同的研究區域內地形因子的變化，將會對土壤養分的空間分布狀況產生一定的差異[1]。土壤養分的空間變異既是母質、生物、氣候和地形等自然成土因素綜合作用的結果，又受到人為因素如施肥、耕作措施、種植制度等的影響[2-4]。因此，掌握土壤養分在空間上的變異及分布特征，是進行土壤養分科學管理的前提和基礎[5]。研究土壤養分的空間分異規律，能夠為土壤養分的綜合管理以及合理的土地利用規劃提供重要的理論依據[6]。

本文搜集了皖北地區各縣市土壤養分含量數據，利用GIS地統計技術、分層分級技術等，直觀反演皖北地區土壤養分各指標空間分布，分析皖北區域土壤養分變化及影響機制，為針對性提升區域土壤肥力提供參考。

1 研究區域概況

研究區域為安徽省淮河以北的區域，地理坐標為東經114°54′38″～118°11′05″與北緯32°22′44″～34°31′40″之間。屬亞熱帶濕潤性季風氣候，主要覆蓋阜陽、淮南、蚌埠、亳州、淮北、宿州的大部分縣區，總面積約3.9萬km2。該區域基本屬于淮河流域，區域內的主要河流都是淮河的支流。區域內主要以平原為主，在淮南、蚌埠、淮北市轄區有部分丘陵分布。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源 研究數據主要來自安徽省各縣區測土配方項目。土壤養分的主要指標有有機質、全氮、速效鉀、有效磷、有效銅、有效鋅、有效錳、有效鐵、有效硼、有效硫等。研究根據土壤養分數據的全面性和常用性，綜合選定有機質、全氮、速效鉀、有效磷作為本次研究的參考指標。

2.2 研究方法 地理信息系統（簡稱GIS）是在計算機硬、軟件系統支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關地理分布數據進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統，能夠直觀的分析地理數據空間分異規律。ARCGIS是全球范圍內使用最廣泛的GIS軟件。本研究利用ARCGIS軟件平臺，以皖北各縣域有機質、全氮、速效鉀、有效磷檢測數據為源數據，采用地統計分析、定量分級等方法，直觀表現皖北地區各縣區土壤養分空間分異，并結合皖北地形圖尋找土壤養分空間差異的影響因子。

3 結果與分析

3.1 有機質含量的空間變化 由圖1可知，皖北地區土壤有機質含量高的區域有鳳臺縣、淮南市轄區、界首市，面積占研究區的8.0%。淮南市轄區-鳳臺縣區域有丘陵分布，處于西淝河下游，是煤炭儲量豐富的地區。土壤有機質含量中等區覆蓋了皖北大部分區域，東起泗縣、西至臨泉縣，南至潁上縣，北至蕭縣，面積占研究區的90.2%。土壤有機質含量低的區域為碭山縣，面積占研究區的2.8%。

3.2 全氮含量的空間變化 由圖2可知，皖北地區各縣域土壤全氮含量比較接近。鳳臺縣土壤全氮含量最高，達到1.52g/kg，面積占研究區的3.0%。鳳臺縣是安徽省著名的產煤大縣，境內煤礦化工企業較多，在生產過程中會產生大量的含氮物體，對周邊的土壤造成影響，從而增加了土壤中的氮含量。碭山縣土壤全氮含量最低，達到0.50g/kg，面積占研究區的2.8%。大部分區域土壤含量中等，面積占研究區的94.2%，貫穿皖北地區東西。整體而言，皖北地區的全氮含量從南至北逐漸降低。

3.3 速效鉀含量的空間變化 由圖3可知，皖北地區土壤速效鉀含量高的區域主要分布在亳州市轄區-太和縣-渦陽縣區域，該區域為渦河、潁河上游地區，以平原地形為主，面積占研究區域的15.8%。亳州市轄區速效鉀含量最高，達217mg/kg，渦陽縣、太和縣含量略低。土壤養分速效鉀含量中等區域主要有以下2大區片，分別是界首市-臨泉縣-阜陽市轄區-阜南縣和淮北市轄區-蒙城縣-懷遠縣-淮南市轄區-蚌埠市轄區-固鎮縣-五河縣-泗縣縣-靈璧縣。2大區片分布在速效鉀高含量區域的兩側，總面積約占研究區域的57.1%。土壤養分速效鉀含量低等區域亦有以下2個區片，分別是利辛縣-潁上縣-鳳臺縣和蕭縣-宿州市轄區，面積約占研究區的27.1%。整體上，土壤養分速效鉀空間變化呈明顯的漸變規律，以亳州市轄區最高，向南、向東、向西逐漸降低。各級別速效鉀成片集群分布，相近縣區速效鉀含量相近。

3.4 速效鉀含量的空間變化 由圖4可知：（1）皖北地區有效磷含量較高的區域有以下2個區片，臨泉縣-阜南縣連片區域和懷遠縣-固鎮縣-蚌埠市轄區-五河縣區域，總面積占研究區的24.6%。其中固鎮縣的有效磷含量最高，達28.6mg/kg。（2）有效磷含量中等的區域有以下3個區片，分別是阜陽市轄區、淮北市轄區-蒙城縣、碭山縣，總面積占研究區的19.3%。除碭山縣外，其余2個有效磷含量中等區片與高含量區域接壤。

（3）有效磷含量低的區域有2大區片，分別是界首市-太和縣-亳州市轄區-利辛縣-潁上縣-鳳臺縣-淮南市轄區區片和蕭縣-宿州市轄區-靈璧縣-泗縣區片，總面積占研究區的56.1%。有效磷含量最低的區域是亳州市轄區，距離高含量區域最遠。

4 結論與討論

皖北地區以平原地形為主，淮河及其支流貫穿整個區域。各縣區土壤養分含量較為相近，但也呈現出了明顯的空間差異。研究通過ARCGIS軟件對各縣區土壤養分進行了定量分級、地統計分析，發現皖北縣域個土壤養分呈現如下空間規律：

（1）皖北地區土壤養分中，有機質、全氮含量差異較小，含量中等區域占據整個皖北區域的絕大部分面積。含量較高的主要是鳳臺縣、淮南市，這個區域內為煤炭重要產區，煤炭化工產業多，在生產過程中，會增加氮和有機質的排放，從而導致這些區域的全氮和有機質的含量增加。

（2）皖北地區土壤養分中的速效鉀、有效磷空間分異規律明顯。土壤養分速效鉀、有效磷空間漸變特征明顯，含量最高區域與含量中等區域相接，含量中等區域與含量低等區域相接。這充分說明土壤養分含量具有緊密的空間聯系，相近縣區土壤養分含量具有相似性。

（3）皖北地區土壤養分含量同地形、河流有一定的關聯，如速效鉀高含量區域為渦河上游區域，沿著渦河順流，速效鉀含量逐漸降低。蚌埠、淮南等區域有丘陵分布，其各類土壤養分含量都在中高等含量。

（4）整體上，皖北地區東南區、西南區土壤養分綜合含量最高，南部、中部區域含量中等，北部區域土壤養分含量最低。表明皖北地區土壤養分空間差異和空間集群特征明顯。

參考文獻

[1]趙敏.蚌埠市土壤養分含量與分布及稻麥配方施肥指標體系研究[D].合肥：安徽農業大學，2016.

[2]張競，苗晉杰，裴艷東，等.潮白河中游沖積平原土壤養分空間變異特征及其影響因素[J].土壤通報，2018，49（06）：1436-1444.

[3]陽利永，渠甲源，吳獻花.不同土地利用方式對土壤養分的影響[J].安徽農業科學，2012，40（18）：9693-9696.

[4]劉欣，王紅梅，廖麗君.黑龍江省巴彥縣土壤養分空間變異規律與格局分析[J].土壤通報，2011，42（01）：86-90.

[5]呂真真，劉廣明，楊勁松，等.環渤海沿海區域土壤養分空間變異及分布格局[J].土壤學報，2014，51（05）：944-952.

[6]劉立文，徐立帥，段永紅，等.山西農谷土壤養分空間特征分布研究[J].山西農業科學，2018，46（11）：1882-1886.

（責編：張宏民）