獼猴桃種植區土壤有機質空間分布特征分析

李廣文 鮑鋒 劉成 趙德芳 王亞妮

(西安文理學院生物與環境工程學院，陜西 西安 710065)

有機質在土壤肥力中起著重要作用，一定程度上影響著植被的生長并在改善土壤理化性質中具有重要作用。同時，在環境的保護與治理、農業的可持續發展方面，土壤有機質也有著重要意義。因此，區域土壤有機質的空間分布特征是發展可持續農業生產、探索環境治理與保護方法、進行科學環境決策、制定切實可行生態環境政策等的重要依據。但因人類社會的發展，尤其是農業生產方式的變遷，土壤有機質的空間分布特征與自然狀態下的空間分布特征差異顯著。土壤有機質作為土壤參數中的重要評判指標，土壤有機質空間變異一直是國內外眾多地理地質學者研究探索的熱點與重點[1]。對土壤有機質進行調查與評估時，國外學者多采用克里金插值法與傳統地統計學法相結合的方式綜合分析土壤有機質的變異性[2-4]。我國對土壤空間異質性的研究已形成了相對完整的計算系統。對土壤有機質的空間特征分布主要是利用采樣的散點進行空間插值來進一步擴展到面，從而實現土壤有機質的空間分布，其中數據處理方法[5,6]又有不同的研究。本文以陜西獼猴桃種植區為切入點，研究分析該種農業生產方式下土壤有機質的空間分布特征，為該地區研究解決種植獼猴桃過程中出現的問題提供可靠依據。

1 研究區概況

研究區地處秦嶺與渭水之間，關中平原中部，地理坐標為E107°39′～108°46′，N33°42′～34°16′，總面積4256km2。屬暖溫帶大陸性季風氣候，地勢南高北低，依據地形可劃分為山區、山前坡地及平原3個不同的自然區域。山區以林地為主，山前坡地和平原區以耕地為主。

2 樣品的采集與分析

在對研究區進行采樣時，依據地形地貌，選取北部的山前坡地和平原區耕地為研究區域，進行均勻布點。土壤樣品采集時間為2021年4—5月，設定采樣點共43個，進行樣點采集時，研究所選擇的耕地土壤深度為0～20cm的表層土壤和20～40cm的下層土壤。采樣總計86個，具體分布如圖1所示。

圖1 研究采樣點位圖

2.1 野外采樣及處理

對周至縣、鄠邑區進行均勻布點，采集的土樣深度為0～20cm的表層土壤和20～40cm的下層土壤。采集土樣的方法為5點采樣法，即每個樣點的范圍大小為4m×4m的樣方，在每個采樣點周圍以S型方式取4個點，混合土樣，使每個采樣點的土壤重量為300～500g，裝入塑封袋中帶回實驗室進行后續分析。在進行土壤采樣的同時利用手機GPS記錄相對應的采樣點經緯度，并在所對應的樣品收集袋上使用油性筆進行標記處理。記錄樣點周圍的環境情況，如土壤類型、植被覆蓋情況、采樣點編號、地形等各種要素，方便后續實驗的處理與數據分析。土壤樣本的采集時間為2021年4月，采集時間范圍為2周，共采集周至縣和鄠邑區的土壤樣點43個。每個樣點取0～20cm和20～40cm 2個土層的土樣，共計86個土樣。

2.2 有機質含量的測定

樣品帶回進行室內實驗，使用實驗室內的烘箱，在恒溫60℃條件下進行48h烘干處理。在烘干結束后對土樣進行研磨，研磨前挑出土樣中的草根、碎石塊等其它雜物。將烘干且挑出雜物的土樣過2mm尼龍篩網，制作土樣。采用重鉻酸鉀法測出各土樣的有機質含量。

3 研究區土壤有機質含量分析

3.1 研究區土壤有機質含量的統計特征

運用SPSS統計學軟件對周至縣鄠邑區的研究區土壤有機質含量進行分析和正態分布檢驗。結果表明，周至縣鄠邑區的研究區第1層，即0～20cm表層土壤有機質含量為9.98～35.85g·kg-1，平均值為21.7g·kg-1，標準偏差為6.3g·kg-1；由此可以看出，周至縣鄠邑區的研究區第1層土壤有機質差別較大。參考全國土壤養分分級標準中土壤有機質含量分級標準(有機質含量百分數在0.6以下為極缺、0.6～1為缺乏、1～2為中下、2～3為中上、3～4豐富、4以上為極其豐富)可以得出，周至縣鄠邑區的研究區的土壤有機質含量為國家土壤養分分級評價中土壤有機質含量為中上。其變異系數為29.0%，根據變異系數等級劃分，在10%～100%變異為中等變異，這表明大興安嶺地區的有機質含量變異屬于中等變異，適合對其進行空間插值。第2層，即20～40cm土壤有機質含量為9.16～3.48g·kg-1，平均值為16.4g·kg-1，標準偏差為6.0g·kg-1，如表1所示?？梢缘弥?層土壤有機質含量在國家土壤養分分級評價中土壤有機質含量仍為中上。變異系數為36.7%，同樣適合進行空間插值。

表1 研究區土壤有機質統計描述

3.2 研究區土壤有機質的空間趨勢分析

為了揭示周至縣鄠邑區的研究區土壤有機質含量在空間方向(經度方向和緯度方向)的總體特征。使用ArcGIS 10.6軟件地統計分析模塊中的數據探索分析功能得到周至縣鄠邑區的研究區土壤有機質含量的空間趨勢圖。由趨勢圖可知，周至縣鄠邑區的研究區第1土層土壤有機質含量在緯線方向的趨勢性不明顯，而在經線方向具有明顯的兩頭低中間高的趨勢，表現出二階曲線的特征，如圖2所示。第2土層在經線方向和緯線方向皆呈鐘形趨勢，表現出二階曲線的特征，如圖3所示。在使用半方差函數分析功能時，在去除的趨勢一欄中勾選二次趨勢的選項，去除該趨勢，獲得模型會更加準確。

圖2 研究區第1層土壤有機質的空間變化趨勢圖(不同角度)

圖3 研究區第2層土壤有機質的空間變化趨勢(不同角度)

4 研究區土壤有機質的空間分布特征

從圖4可以看出，該地區第1層土壤有機質分布特征大致為高值中心與低值中心相間分布。其中，又以鄠邑區西南部為最大值，但鄠邑區東北部有機質含量同時也達到最低，基本<2%。表明鄠邑區土壤有機質含量在東北-西南方向變化較大。相比之下，周至縣土壤有機質分布相對均勻，大部分地區含量在2%～3%。由于大量獼猴桃種植園的分布，土壤有機質含量被人為地控制在最適宜獼猴桃生長的范圍。而在研究區中部，耿峪河與赤峪河流域土壤有機質含量明顯呈現下降趨勢，產生1個低值中心。就整體而言，越靠近秦嶺土壤有機質含量越高，即土壤有機質含量由南向北逐漸減少。研究區北部大致以渭河為邊界，有機質含量普遍較低，實地采樣時觀察到，該地土壤多為沙壤。土壤結構與質地較差，加之水資源充足，易發生有機質的機械流失，導致土壤有機質含量降低。

圖4 研究區土壤有機質預測分布圖

第2層20～40cm土層的土壤有機質含量普遍小于第1層0～20cm土層有機質的含量。表層土壤有機質含量受人為施肥與動植物殘體影響較大，有機質較高屬于正常現象。該層有機質分布特征主要是在周至縣和鄠邑區各有1個高值中心，并向四周逐漸降低。其中又以鄠邑區中西部為最大值區域，并且大致以同心圓方式向四周降低。該區域雖有機質含量較高，但下降較快，表現為等值線較為密集。而周至縣第2層土壤有機質總體含量與第1層一致都不高，且分布較為均勻，表現為等值線稀疏。耿峪河與赤峪河流域為土壤有機質含量低值區，但該層土壤有機質含量最低值出現在鄠邑區東北角。該地為澇峪河匯入渭河的交界地區，水資源豐富且交通便利，農業利用較好，導致有機質含量下降十分顯著。為保障該地農業的高效產出，應格外重視土壤肥力的保持，合理增施有機肥。

5 結論

研究區土壤有機質含量為9.16～35.85g·kg-1；表層土壤有機質含量高于下層；整體從南向北呈現出減少趨勢。第1層土壤有機質分布在緯線方向存在2個高值中心和2個低值中心且呈現相間分布特征，經線方向上由南向北逐漸遞減。研究區第2層土壤有機質分布在周至縣與鄠邑區各有1個高值中心，向四周逐漸降低，上下2層高低值中心保持一致。土壤有機質的缺乏主要由于施肥量的不足或土壤本身性質引起[8]，本區域土壤有機質含量較低區域多處于河谷兩側，沙里含量較高，土質疏松，有機質容易流失。今后在農業耕種中應多注重土壤質地改善，增強土壤保水保肥性，采取秸稈還田,施加農家肥、有機肥等措施，提高土壤有機質含量。