河北省曲周縣第四疃鎮(zhèn)土壤養(yǎng)分狀況及空間分布特征

張?zhí)K芮 李一鳴

摘要?以河北省曲周縣第四疃鎮(zhèn)為研究區(qū)，采用網(wǎng)格化取樣的方法，在四疃鎮(zhèn)共采集506份土壤，利用SPSS相關(guān)分析和Arcgis空間插值的研究方法，研究土壤速效鉀、有效磷、全氮、pH和有機質(zhì)含量狀況和空間分布特征。結(jié)果表明，研究區(qū)土壤偏堿性，土壤肥力中等偏上，速效鉀、全氮、有效磷含量豐富，其中全氮含量均達到極高水平，有機質(zhì)屬于中等水平。養(yǎng)分空間分布呈現(xiàn)西部含量最高、東南部堿性最強的特征。

關(guān)鍵詞?GIS;空間插值;養(yǎng)分分布

中圖分類號?S153.6?文獻標識碼?A

文章編號?0517-6611（2020）14-0053-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.14.015

Abstract?Taking Situan Town in Quzhou County， Hebei Province as the study area， using grid sampling method， a total of 506 soil samples were collected in Situan Town， using SPSS and Arcgis spatial interpolation research methods， soil available potassium， effective phosphorus， total nitrogen， pH and organic matter content and spatial distribution characteristics were studied. The results showed that soil in the study area was alkaline， soil fertility was moderate， available potassium， total nitrogen and available phosphorus content was abundant， among which the whole nitrogen content reached the extremely high level， and the organic matter belonged to the medium level. The nutrient spatial distribution shows the highest content in the west and the most alkaline in the southeast.

Key words?GIS;Spatial interpolation;Nutrition distribution

土壤是一個連續(xù)的自然體，也是動植物生長生存、工業(yè)生產(chǎn)等重要的基礎(chǔ)。土壤養(yǎng)分狀況是土壤肥力的重要指標，也是科學施肥的依據(jù)[1]。土壤的成因不止受到氣候、母質(zhì)、生物、地形、時間等自然因素影響，同時還受耕作制度、施肥、種植工具等人為因素的影響。這就使得土壤具有高度的空間異質(zhì)性，不管是在大尺度上還是小尺度上均存在[2]差異，這成為研究土壤養(yǎng)分的一個限制因子。因此研究一個地區(qū)的土壤養(yǎng)分含量狀況和空間分布特征對于區(qū)域指導施肥、精準管理非常重要。同時，準確把握土壤中養(yǎng)分的空間分布規(guī)律是土壤資源管理科學決策的基礎(chǔ)[3]。目前，對一個地區(qū)，縣域的大尺度土壤養(yǎng)分空間分布研究眾多，但針對一個鎮(zhèn)域尺度的研究相對較少。海云瑞等[4]采用地統(tǒng)計學的方法對寧夏南部山區(qū)耕地土壤養(yǎng)分空間分布進行研究;胡明等[1]以潼關(guān)縣為研究對象，采用地統(tǒng)計學的方法，土壤中有機質(zhì)、pH、堿解氮、有效磷和速效鉀的含量特征及其空間分布狀況進行評價，并對其空間分布特征進行分析，為當?shù)睾侠硎┓省⑻岣呒Z食產(chǎn)量提供依據(jù)。

筆者以河北省曲周縣第四疃鎮(zhèn)為研究對象，以空間統(tǒng)計學為基礎(chǔ)研究方法，采用網(wǎng)格化取樣，分析土壤中的速效鉀、全氮、有效磷、有機質(zhì)和pH的含量特征及空間分布，以期為指導該地區(qū)施肥、提高當?shù)厮世眯始稗r(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量提供依據(jù)。

1?材料與方法

1.1?研究區(qū)概況

第四疃鎮(zhèn)位于河北省曲周縣東北部，距離縣城11 km，全鎮(zhèn)總面積73.25 km2。地勢平坦，土壤以壤質(zhì)土為主。屬溫帶半濕潤大陸性季風氣候，年平均氣溫13.4 ℃，年平均降水量791.7 mm，年日照時數(shù)2 400～2 600 h，日照率為55%～57%，年太陽輻射量506 kJ/cm2，無霜期229 d。糧食作物主要以小麥、玉米為主，主要經(jīng)濟作物主要以棉花、蔬菜、林果為主。多數(shù)種植模式為一年兩熟制，其中以小麥—玉米輪作為主。

1.2?試驗方法?取樣前，利用Arcgis 10.2中的漁網(wǎng)法以400 m 為單位預先布設采樣點613個，后根據(jù)GPS在相應位置找到采樣點，并記錄經(jīng)緯度。去除建筑物、河流等無法獲得的點，最終在全鎮(zhèn)41個村共選取506個采樣點（圖1）。采樣時間為2019年4月中旬。每個樣點圖層垂直深度0～20 cm，每個樣點將多次取土樣品充分混合，用“四分法”留1 kg 左右土作為化驗樣品。

1.3?項目測定及方法?pH采用蒸餾水浸提（土液比1∶2.5）-電極電位法測定;有效磷含量采用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定;速效鉀含量采用1 mol/L中性乙酸銨浸提-火焰光度計法測定;全氮含量采用半微量開氏法測定;有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀-外加熱法測定[5]。

土壤養(yǎng)分分級指標參照全國第2次土壤普查時建立的土壤養(yǎng)分豐缺狀況平均指標體系[6]（表1）。

1.4?數(shù)據(jù)處理?試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2007、SPSS 19.0進行處理分析，利用Arcgis 10.2地統(tǒng)計分析模塊中的空間插值法繪制土壤養(yǎng)分空間分布圖。

2?結(jié)果與分析

2.1?土壤養(yǎng)分分布特征

由表2～3可看出，研究區(qū)土壤速效鉀含量為7.5～75.9 mg/kg，平均值為22.42 mg/kg，變異系數(shù)為0.41，屬于中等變異，速效鉀主要集中在1～4級，其中Ⅰ級分布最多（占55.2%），Ⅳ級分布最少（占3.5%），Ⅱ級和Ⅲ級分布相當，分別占24%和17.3%;土壤全氮含量為2.33～10.80 g/kg，平均值為6.01 g/kg，變異系數(shù)為0.21，屬于中等變異，研究區(qū)整體全氮含量偏高，都集中在Ⅰ級;土壤pH為7.75～8.71，pH平均為8.21，表明土壤呈堿性，變異系數(shù)為0.02，屬于弱變異，pH只分布在Ⅴ和Ⅵ級，其中Ⅴ級最多（99.1%），Ⅵ級所占比例僅有0.9%;土壤有機質(zhì)含量為6.00～198.71 g/kg，平均值為17.38，變異系數(shù)為0.51，屬于中等變異，有機質(zhì)主要為Ⅲ～Ⅳ級，約占95.3%;有效磷含量為0.92～157.19 mg/kg，平均值為23.26 mg/kg，變異系數(shù)為0.61，屬于中等變異，有效磷含量在各分級水平的分布相對較均勻，其中Ⅵ級分布最少（0.4%），Ⅱ級分布最多（42.7%）。總體上，四疃鎮(zhèn)土壤肥力中等偏上，速效鉀、全氮、有效磷含量豐富;有機質(zhì)含量偏低，屬于中等偏下水平;土壤偏堿性。

2.2?土壤養(yǎng)分的相關(guān)性分析?對土壤速效鉀、全氮、pH、有機質(zhì)和有效磷5種養(yǎng)分含量進行Pearson積距相關(guān)系數(shù)雙側(cè)檢驗分析。表4表明，除有機質(zhì)與pH、有效磷含量之間無顯著相關(guān)關(guān)系外，其余各含量之間均存在顯著相關(guān)，其中除速效鉀和有機質(zhì)含量在0.05水平顯著相關(guān)外，其余土壤養(yǎng)分含量之間都在0.01水平顯著相關(guān)。pH與其余4種養(yǎng)分含量呈負相關(guān)，表明隨著土壤堿性的增強，速效鉀、全氮、有機質(zhì)、有效磷含量在土壤中的有效性減弱[7]。

2.3?不同土地利用類型土壤養(yǎng)分狀況

對全鎮(zhèn)土地利用方式進行分析，最終將研究區(qū)采樣點分為空白地、棉花地、糧田、蔬菜地和果園5類進行分析，結(jié)果見表5。不同土地利用方式土壤中的養(yǎng)分含量存在一定差異。有機質(zhì)、有效磷含量均存在蔬菜地>果園>糧田>棉花地>空白地，其中有機質(zhì)含量表現(xiàn)最為突出，蔬菜地的有機質(zhì)含量是空白地的2.5倍;速效鉀含量表現(xiàn)為果園>蔬菜地>糧田>棉花地>空白地;全氮含量表現(xiàn)為糧田>果園>蔬菜地>棉花地>空白地;pH表現(xiàn)為空白地>棉花地>蔬菜地>果園>糧田，表明隨著土壤pH的降低，土壤養(yǎng)分含量增加。

2.4?土壤養(yǎng)分的空間分布格局

Arcgis中的空間插值是指通過已知的數(shù)據(jù)點或已知的已劃為各個相對較小區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)點，計算出相關(guān)的其他未知點或相關(guān)區(qū)域內(nèi)的所有點的方法[8-9]。采用反距離權(quán)重法對鎮(zhèn)域尺度內(nèi)的養(yǎng)分含量進行空間插值[6]。得出四疃鎮(zhèn)土壤養(yǎng)分空間分布圖（圖2、3）。根據(jù)觀察所得（圖2），研究區(qū)內(nèi)pH整體差異不大，數(shù)值很接近，但也有一定的空間異質(zhì)性，其空間分布表現(xiàn)為北部及中部地區(qū)小于西部和東南部地區(qū)，表明后者土壤堿性大于前者。分析其原因，第一是由于四疃鎮(zhèn)西部和東南部地區(qū)人口比其他地區(qū)密集，所以人為活動的影響是導致差異的重要原因;第二可能與農(nóng)戶施肥習慣有關(guān)，施肥量越高的地區(qū)土壤酸性越強。西部和東南部地區(qū)農(nóng)戶主要種植果樹和蔬菜，因此施肥量會偏高，導致土壤酸性增強。

圖3表明，四疃鎮(zhèn)土壤中速效磷含量與有機質(zhì)含量分布相對均勻，整體差異很小，尤其是土壤有機質(zhì)含量，只有少部分地區(qū)出現(xiàn)含量偏高，一般都保持在15～20 g/kg，說明土壤有機質(zhì)相對比較穩(wěn)定，不會出現(xiàn)遷移;速效鉀含量與全氮含量分布規(guī)律極其相似，均表現(xiàn)為西部和北部地區(qū)含量高，中部有個別高濃度點，說明速效鉀與全氮含量呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。總體上，四疃鎮(zhèn)土壤養(yǎng)分含量西部最高，東南部土壤堿性最強。

3?討論與結(jié)論

調(diào)查結(jié)果表明，研究區(qū)土壤偏堿性，土壤肥力中等偏上，速效鉀、全氮、有效磷含量豐富，其中全氮含量均達到極高水平，超過半數(shù)的土壤速效鉀和有效磷含量屬于Ⅰ～Ⅱ級;有機質(zhì)含量偏低，屬于中等偏下水平。分析結(jié)果顯示，除pH屬于弱變異外，其他各養(yǎng)分含量均屬于中等變異水平，這表明研究區(qū)土壤養(yǎng)分含量分布不均，要想獲得推薦施肥量，需深入研究養(yǎng)分數(shù)據(jù)后開展。除有機質(zhì)與pH、有效磷含量之間不存在顯著相關(guān)關(guān)系外，其余各含量之間均存在顯著相關(guān)。隨著土壤堿性的增強，速效鉀、全氮、有機質(zhì)、有效磷含量在土壤中的有效性減弱。從空間分布來看，四疃鎮(zhèn)土壤養(yǎng)分含量西部最高，東南部土壤堿性最強。其原因可能與土地利用方式有關(guān)，西部主要種植蔬菜和果樹，因此養(yǎng)分含量偏高。

不同土地利用方式土壤中養(yǎng)分含量差異較大，有機質(zhì)、有效磷含量均存在蔬菜地>果園>糧田>棉花地>空白地，其中有機質(zhì)含量表現(xiàn)最為突出，蔬菜地的有機質(zhì)含量是空白地的2.5倍。從整體上看，蔬菜地、果園土壤養(yǎng)分含量較高。施肥是造成這種差異的重要原因，果農(nóng)和菜農(nóng)存在一種不正確的觀念即“施肥越多，產(chǎn)量越高”[10]，再加上蔬菜和水果給農(nóng)民帶來的經(jīng)濟價值高于棉花和糧食，因此果農(nóng)和菜農(nóng)們?yōu)榱俗非蟾叩慕?jīng)濟利益，過量施肥，遠遠超過作物所需，造成水肥利用率低和環(huán)境破環(huán)。因此，今后對果農(nóng)和菜農(nóng)的施肥技術(shù)指導和推廣非常有必要，提高蔬菜和水果的水肥利用率，減輕環(huán)境污染，減少資源浪費。

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