沂蒙山區棕壤橫坡壟作坡面土壤磷的空間分異研究

關鍵詞：土壤磷；空間分布；橫坡壟作；棕壤；雙河峪小流域；沂蒙山區中圖分類號：S274 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j. issn. 1000-0941.2025.07.019引用格式：劉思彤，屈傳新，安娟，等.沂蒙山區棕壤橫坡壟作坡面土壤磷的空間分異研究：[J].中國水土保持，2025（7）：65-70，77.

磷是土壤養分的重要組成部分，是表征土壤肥力和土壤質量的關鍵指標[1]。土壤磷主要包含無機磷和有機磷，而植物所需要的磷主要來自無機磷[2]。降雨徑流是坡面土壤磷輸出的主要途徑，水蝕過程中土壤磷隨地表徑流、泥沙輸移等大量流失[3]，并隨入滲水發生淋溶，從而改變坡面土壤磷的空間分布格局。我國現有坡耕地面積占耕地總面積的1/3，因地形陡峭和耕作活動頻繁，加快了徑流形成、加大了侵蝕強度[4-5]，故其侵蝕速率是同等條件下平坡地的5～30倍[]，成為土壤磷輸出的重要源地[7]。橫坡壟作能增加土壤水分人滲、有效攔截地表徑流和泥沙，成為坡耕地廣泛采用的水土保持與增產措施[8]。然而，橫壟壟向坡度的存在，致使雨水在壟溝低洼區域積聚，泥沙沉積。雨水的匯聚可誘發土壤磷的垂向和側向淋溶[9]，而低洼處沉積的泥沙在徑流作用下會被再次搬運，致使土壤磷富集、流失交替變化，因此橫坡壟作坡面土壤磷的空間分布特征更為復雜，明顯有別于平坡、順坡等傳統耕作坡面。

基于地統計學、GIS等方法與手段，國內外學者對流域尺度上地形、土地利用、管理措施、耕作措施等因素影響下土壤磷的空間分布特征開展了大量研究[10-14]。但是，坡面尺度上尤其是橫坡壟作坡面土壤磷的空間異質性尚不清晰。沂蒙山區作為我國北方王石山區的典型代表，廣泛分布著王層淺薄、夾雜大量石礫的棕壤。該類土壤滲透性強、涵蓄水能力差，地表徑流較易發生，土壤侵蝕嚴重，所分布的區域是水土流失治理的重點區域。同時為提高農作物產量，當地農民施用磷肥，造成土壤磷素大量盈余，雨季來臨時，坡面土壤磷隨水土流失進入水體，加劇了區域水體的富營養化，引發水環境污染、水體惡化等問題[15]。立足水土流失嚴重的沂蒙山區，結合該區橫坡壟作耕作措施特點，基于樣帶法采樣，綜合運用經典統計學和地統計學方法，查明壟面、壟溝等特征點位處土壤磷含量沿坡位的變化規律，揭示棕壤橫坡壟作坡面土壤磷的空間變異特征，可為侵蝕退化環境下橫坡壟作坡面土壤養分的管理，以及田間農業生產的精

細化提供理論支撐。

1 研究區概況

研究區位于山東省臨沂市蒙陰縣界牌鎮的雙河峪小流域（ 35^°38^′26^′′N，118^°07^′30^′′E） ，屬于北方土石山區坡耕地的集中分布片區（見圖1），是典型的農業小流域，流域總面積 2.50hm² ，海拔 170～500m 。該流域屬暖溫帶季風氣候區，年均氣溫 14.3^°C ，多年平均降水量 820mm ，其中 70% 以上的降水集中在6—9月。坡地土壤類型為花崗巖發育下的棕壤，土層厚度不足 50cm ，土壤侵蝕嚴重，砂粒、黏粒和粉粒含量分別占 70.8%.3.0% 和 26.2% ， pH 值為6.8。土地利用類型主要有耕地、園地、林地、荒坡地等，其中耕地面積占 27.5% ，耕地中坡耕地多采用橫坡壟作措施種植花生、豆薯等農作物，種植年限已長達60多a。

2 材料與方法

2.1野外樣品采集與處理

選取典型棕壤橫坡壟作坡面為采樣區域，坡面尺寸為 46m×35m （見圖2），坡度為 3^°～16^° 。利用樣帶法，沿與坡面垂直的方向選擇 A，B，C 為采樣斷面，即分別在橫向 10.0，22.5，36.0m 處布設3條樣帶。每條樣帶沿坡上、坡中、坡下和坡腳4個坡位在壟溝、壟面特征點位采集土壤樣品，并借助羅盤儀測定各采樣點的坡度。每個樣點按照 0～5cm?gt;5～10cm?gt;10～ 15cm?gt;15～20cm?gt;20～30cm?gt;30～40cm 和 gt;40～ 50cm 的深度進行采樣。同一樣點重復采樣2次，即壟溝、壟面特征點位各布設采樣點24個。

將采集的土壤樣品去除枯枝落葉、根系、石塊等雜質并進行自然風干后，研磨土樣并分別過孔徑1、0.25mm土篩，用于測定水溶性無機磷（以下簡稱“IP”）和全磷（以下簡稱“TP\"）的含量。其中，樣品中的IP用去離子水浸提、TP用 H₂SO₄-HClO₄ 消煮，之后利用紫外可見光光度計，采用鉬銻抗比色法[16]進行測定。

2.2 數據處理

基于SPSS22.0軟件對研究區IP、TP含量進行統計分析;利用Shapiro-Wilk 檢驗方法對壟溝、壟面土壤磷含量進行正態分布檢驗;借助Surfer12.0軟件，基于普通克里金（Kriging）方法分析土壤磷含量的空間分布特征；利用方差分析法（ANOVA）對坡位間、特征點位間土壤磷含量的差異進行顯著性檢驗，并采用最小顯著差異法（LSD）開展多重比較;在Origin2021軟件中繪制土壤磷含量柱狀圖和剖面圖。

3 結果與分析

3.1橫坡壟作坡面土壤磷的統計分析

通過Shapiro-Wilk檢驗發現，壟面、壟溝和整個坡面土壤IP、TP含量 p 值均大于0.05，且檢驗統計量值接近于1，說明土壤IP、TP含量均符合正態分布（見表1）。由程序生成的結果來看，IP、TP克里金插值采用的線性模型的 R² 均大于0.5，表明采用的插值模型可較好估計待插點土壤磷的含量。因此，可利用有效樣點IP、TP的含量，繪制土壤磷的空間分布圖，并以此分析橫坡壟作坡面土壤磷的空間分布特征。

基于橫坡壟作壟面、壟溝耕層深度范圍內IP和TP的含量，對土壤磷含量進行統計（見表2），結果表明壟面、壟溝土壤磷的含量有明顯差異。整個橫壟坡面 IP、TP平均含量分別為 4.47mg/kg 和 1.54g/kg TP含量最高為 2.07g/kg ，最低為 0.96g/kg 。根據第二次全國土壤普查土壤養分分級標準（TP含量 gt;2g′ kg 為極豐富； gt;1.5～2g/kg 為豐富； gt;1～1.5g/kg 為中等； gt;0.75～1g/kg 為缺乏）[17]，該橫坡壟作坡面土壤磷處于缺乏到極豐富水平。壟面IP含量、TP含量的變異系數均大于壟溝，這說明橫坡壟作坡面IP、TP含量均具有明顯的空間變異性，且土壤磷含量的變異在壟面體現得更明顯。

3.2橫坡壟作坡面土壤磷的空間分布特征

自東向西，IP、TP含量在橫向上呈波動變化趨勢（見圖3），變異系數范圍分別為 19.25%～46.32% 和9.32%～29.03% 。沿坡面由上至下，IP含量大體表現為先增加后減小趨勢，而TP含量呈先減小后增加趨勢，變異系數范圍分別為 22.42%～36.91% 、11. 47% ＼～

24.65% 。利用克里金方法插值后，整個坡面IP含量為 2.03～8.85mg/kg ，變異系數為 20.16% ;TP含量為0.94～2.07g/kg ，變異系數為 15.98% 。表明東西向（橫向）、南北向（縱向）土壤磷含量均存在一定的空間異質性，屬于中等變異水平，且IP含量的空間變異性更為明顯。

3.3橫坡壟作坡面土壤磷含量對坡位和特征點位的響應

由圖4可知，壟溝特征點位處，IP、TP含量均表現為坡腳 gt; 坡下 gt; 坡中 gt; 坡上，坡腳、坡下IP含量較坡上分別顯著增加 67.68% 、51.30%，相應的TP含量分別顯著增加 46.10%.38.76% ，但坡腳與坡下、坡中以及坡中與坡上之間均無顯著性差異。壟面特征點位處，坡下、坡中IP含量較坡上分別顯著增加 104.06% 、74.11% ，而坡腳和坡上間無顯著性差異；TP含量4個坡位間差異不顯著。整個坡面IP、TP含量均表現為坡下 gt; 坡腳 ∣gt; 坡中 gt; 坡上，坡下與坡腳、坡中與坡上之間均無顯著性差異;與坡上相比，坡下、坡腳的IP含量分別顯著增加 80.35% 60.09% ，而相應的TP含量分別顯著增加 41.42%.40.57% 。進一步分析發現，基于給定的某一坡位，壟面IP、TP含量均高于壟溝，但壟面與壟溝間IP、TP含量均差異不顯著。這表明IP、TP含量沿坡位的變異在壟溝特征點位更為明顯，尤其是IP含量;與特征點位相比，橫坡壟作坡面土壤磷空間

分布更易受到坡位的影響。

（注：圖中不同小寫字母表示不同坡位間土壤磷含量在0.05水平上差異顯著；不同大寫字母表示同一坡位壟面與壟溝土壤磷含量在0.05水平上差異顯著）

3.4橫坡壟作坡面土壤磷的剖面分布特征

3.4.1 壟面、壟溝處土壤磷的剖面分布及其對坡位的響應

由圖5（a）（b）可知，坡上IP含量隨土層深度的增加呈波動變化的趨勢，坡中、坡下、坡腳處IP含量隨土層深度的增加均呈先增加后減小趨勢。壟溝IP含量在 gt;15～20cm 深度范圍達到最大值，而壟面IP含量最大值則出現在 gt;10～15cm 深度范圍。壟溝坡位間IP含量的差異主要體現在 gt;10～15cm 范圍，此處坡中、坡下、坡腳IP含量較坡上分別增加142. 78% ！203.17% 和 119.77% 。壟面坡位間IP含量在 gt;5～10 cm深度差異最大，此處坡中、坡下和坡腳IP含量較坡上分別增加 56.85%.83.35% 和 87.69% 。進一步分析發現， 0～50cm 深度范圍內，壟溝IP含量絕大多數高于壟面（見圖6），其中，在 gt;15～30cm 深度范圍內二者差異顯著，但其他深度范圍內壟溝IP含量與壟面均無顯著差異。這說明IP含量的剖面分布主要影響因素為坡位。

（注：圖中同一深度下小寫字母不同表示壟溝、壟面間土壤磷含量在 plt;0.05 水平上差異顯著）

由圖5（c）（d）可知，壟面和壟溝間TP含量剖面分布的差異在坡下、坡腳最明顯。壟溝、壟面坡上TP含量隨土層深度增加均呈先減小后增大的趨勢，而坡中均表現為波動變化的分布趨勢。壟溝坡下TP含量剖面分布呈先減小后增大趨勢，而壟面坡下TP含量則呈波動減小趨勢。壟溝坡腳TP含量的剖面分布呈波動變化，壟面坡腳TP含量隨土層深度增加無明顯變化。壟溝坡位間TP含量的差異隨土層深度的增加而增大，壟面坡位間也表現出同樣的趨勢。然而，各深度范圍內壟溝TP含量與壟面間差異均不顯著（見圖6）。可見，橫坡壟作坡面TP含量的剖面分布更易受到坡位的影響。

3.4.2 橫坡壟作坡面土壤磷含量的剖面分布擬合

利用線性、指數、冪函數、對數等函數關系對IP、TP含量的剖面分布分別進行擬合。不同坡位處，壟面IP含量隨土層深度增加均符合指數函數關系，而TP含量的剖面分布則符合線性函數關系（見表3）。進一步分析發現，指數方程中壟面IP土層深度的指數系數從坡上到坡腳先增大后減小且均為負，表明壟面IP含量隨土層深度增加而減小。同時，線性方程中壟面TP土層深度的系數從坡上到坡腳逐漸增加，這說明壟面TP含量隨土層深度的增加幅度從坡上到坡腳逐漸增大。

4討論

4.1 橫坡壟作坡面土壤磷的空間變異性及其影響因素

土壤磷的空間分布具有尺度效應，區域、流域等大尺度上土壤磷的空間變異特征往往會被掩蓋[18]。本研究中橫坡壟作坡面土壤磷含量沿東西方向（橫向）逐漸降低，表現出中等變異水平，這與以往平坡坡面得出的土壤磷空間分布呈弱或中等變異的結論一致[19]主要原因是橫坡壟作坡面壟溝長達 46m ，坡面東部的坡度高于西部約 6^° ，致使壟溝內匯集的雨水不斷流入西部；且坡面西部部分壟溝內發生細溝侵蝕，使得土壤磷易隨降雨徑流、侵蝕泥沙遷移至坡面側面的溝道，進一步加劇了坡面東側土壤磷的流失。降雨、地形、水文、土壤類型等結構性因素和施肥、灌溉、種植制度等隨機性因素共同作用于土壤磷含量的空間變異[20]。研究表明，橫坡壟作耕作措施對土壤磷原有分布格局產生強烈影響，加劇了結構性因素造成的土壤磷空間自相關作用，且作用大小在一定程度上受侵蝕強度影響。

一般認為，坡上、坡中部位是侵蝕區，坡下、坡腳部位是沉積區，而沉積區易發生土壤磷富集，坡下、坡腳土壤磷含量高于坡上、坡中[21]。坡位作為微地形范圍內主要的地形因子，可影響水、氣、熱等資源的再分配[22]，進而可進一步加劇土壤磷的空間異質性。自然降雨過程中，土壤磷隨壟面侵蝕泥沙的搬運、壟溝內沉積泥沙的再次輸移而發生遷移，可造成橫壟坡面土壤磷的再分布[23]。本研究中，橫坡壟作坡面土壤磷含量對坡位的響應與特征點位密切相關。壟溝特征點位處，坡腳、坡下土壤磷含量較坡上顯著增加 46.10% 267.68% 和 38.76%～51.30 30% ；壟面坡下、坡中IP含量分別顯著高于坡上 104.06% 和 74.11% ，但坡位間TP含量無顯著差異。這可能與侵蝕過程中土壤磷隨泥沙輸移、沉積在坡面不同部位，發生流失、富集交替變化有關。同時，壟溝內積水和侵蝕泥沙沉積的發生，可引發壟面與壟溝間土壤磷含量的差異。然而，本研究壟面與壟溝間土壤磷含量差異未達到顯著水平，原因是壟面土壤磷隨泥沙發生遷移，部分土壤磷進入壟溝，進而增加了壟溝內土壤磷的含量，但降雨過程中當壟溝內匯集的雨水超過其蓄水能力時，發生漫流[24]，可將壟溝內的土壤磷攜帶至壟面；同時，壟溝內雨水的匯聚可提高入滲率，進而加劇土壤磷的淋溶，致使壟溝內土壤磷含量降低。這說明橫坡壟作坡面坡位對土壤磷空間分布的影響與特征點位密切相關。

4.2橫坡壟作坡面土壤磷的剖面分布

以往研究認為土壤磷較為穩定，隨入滲水的遷移較弱，主要在土壤表層發生累積，在土壤剖面中的分布較為均勻[25]。本研究中，土壤磷隨土層深度增加呈波動變化趨勢，這是因為土壤磷的淋溶與土壤性質和磷肥用量密切相關。土壤磷的淋溶損失隨土壤砂粒含量、磷肥施肥量的增加而增大[26]。研究區域分布的主要是礫石、砂粒含量較高的棕壤土，土壤團聚結構差，且當地農民為增產大量施加磷肥。同時，壟溝內的土壤磷可隨土壤入滲水側向淋溶至壟面深層，壟面表層土壤磷又可隨雨水的匯聚遷移至鄰近壟溝，從而進一步加劇了土壤磷的淋溶。同樣深度內壟溝土壤磷的含量高于壟面，但二者間的差異不顯著，這說明土壤磷的側向淋溶總體表現為壟面向壟溝遷移，但側向淋溶范圍有限。因此，改善棕壤團聚體結構，少量多次施用磷肥，是控制棕壤橫坡壟作坡面土壤磷淋溶損失的關鍵。

5結論

利用樣帶法采集土壤樣品，利用地統計學、經典統計學等方法，分析了沂蒙山區棕壤橫坡壟作坡面土壤磷的空間變異性，及其對特征點位、坡位的響應，主要結論如下：

1）雙河峪小流域橫壟坡面IP含量為 2.03～8.85 mg/kg ，TP含量為 0.96～2.07g/kg ，土壤磷含量處于缺乏到極豐富水平；IP、TP含量的變異系數為18.71%～36.60% ，屬于中等變異水平，且壟面土壤磷的變異較壟溝更為明顯。

2）壟溝坡腳、坡下IP含量較坡上分別增加67.68%.51.30% ，相應TP含量分別增加46. 10% 、38.76% ;壟面坡下、坡中IP含量較坡上分別增加104.06%.74.11%，4 個坡位間TP含量無顯著差異；壟面與壟溝間土壤磷含量差異不顯著。

3）土壤磷含量的剖面分布主要影響因素為坡位；壟面IP含量的剖面分布符合指數函數關系，TP含量剖面分布則符合線性函數關系。

參考文獻：

[1］程國峰，黃達，趙冬麗，等.河南省潮土區土壤肥力現狀分 析[J].中國農學通報，2022，38（27）：101-105.

[2]QUIQUAMPOIX H，MOUSAIN D. Enzymatic Hydrolysisof Organic Phosphorus [M]. Massachusets： CABI publishing， 2004 ：90-112.

[3]劉曉君，李占斌，李鵬，等.天然降雨條件下徑流和磷素流 失通量關系[J].中國水土保持科學，2022，20（3）：10-16.

[4］陸淑寧，張澤瑜，李榮融，等.等高耕作對不同坡度坡面土 壤侵蝕過程的影響[J].水土保持學報，2023，37（2）： 37-44.

[5]甘賢民，嚴友進，戴全厚，等.降雨強度和坡度對喀斯特坡 耕地產流和氮磷流失的影響[J].環境科學學報，2024，44 （4） ：116-123.

[6]WANG YB，HU X D，YU S X，et al. Soil conservation of sloping farmland in China： History，present，and future[J]. EarthScience Reviews，2024，249：104655.

[7]LIU B Y，XIE Y，LI Z G，et al. The assessment of soil loss by water erosion in China[J]. International Soil and Water Conservation Research，2020，8（4） ：430-439.

[8] STEVENS C J，QUINTON JN，BAILEY A P，et al. The effects of minimal tillage，contour cultivation and in-field vegetative barriers on soil erosion and phosphorus loss[J]. Soil amp; Tillage Research，2009，106（1） ：145-151.

[9]HE Y M，YANG R，LEI G，et al. Arbuscular mycorrhizal fungus-induced decrease in phosphorus loss due to leaching in red soils under simulated heavy rainfall[J]. Journal of Soils and Sediments，2021，21：881-889.

[10］龐夙，李廷軒，王永東，等.土壤速效氮、磷、鉀含量空間變 異特征及其影響因子[J].植物營養與肥料學報，2009，15 （1） ：114-120.

[11］李海強，郭成久，蔡楚雄，等.水土保持措施對坡耕地土壤 養分時空變異影響[J].土壤通報，2017，48（3）：707-714.

[12］張燕江，王俊鵬，王瑜，等.農牧交錯帶典型區土壤氮磷空 間分布特征及其影響因素[J].環境科學，2021，42（6）： 3010-3017.

[13]GOURI S B，PRAVAT K S，RABINDRANATH C. Assessment of spatial variability of soil properties using geostatistical approach of lateritic soil （West Bengal，India）[J].Annals of Agrarian Science，2018，16：436-443.

[14]SELASSIE Y G，ANEMUT F，ADDISU S. The effects of land use types ，management practices and slope classes on selected soil physico-chemical properties in Zikre watershed，NorthWestern Ethiopia[J]. Environmental Systems Research， 2015，4（1） ：1-7.

[15]DUYN，LITY，HEBH.Runoff-related nutrientlossaffect-ed by fertilization and cultivation in sloping croplands ： An 11-yearobservation under natural rainfall[J].Agriculture Eco-systemsamp;Environment，2021，319：107549.

[16］鮑士旦.土壤農化分析[M].3版.北京：中國農業出版社，2021：73-95.

[17］張子琦，焦菊英，陳同德，等.拉薩河流域中下游洪積扇土壤養分評價[J].植物營養與肥料學報，2022，28（11）：2082-2096.

[18］宋星星.長汀縣耕地土壤養分空間分布及尺度效應［D].福建：福建農林大學，2017：74-75.

[19］王婕，牛文全，張文倩，等.農田表層土壤養分空間變異特性研究[J].農業工程學報，2020，36（15）：37-46.

[20]ANNAPD，BARBARA B B，JACEKD. Spatial and temporalvariability of the soil microbiological properties in two soilswith a different pedogenesis cropped to winter rape （BrassicanapusL）[J].Geoderma，2019，340：313-324.

[21］耿華杰，鄭粉莉，莫帥豪，等.典型黑土區農業流域土壤侵蝕一沉積對土壤養分和酶活性的影響［J].水土保持學報，2023，37（4）：47-53.

[22]孫莉英，栗清亞，裴亮，等.地形因子對土壤理化性質和植物種類的影響[J].灌溉排水學報，2020，39（7）：120-127.

[23］史志華，劉前進，張含玉，等.近十年土壤侵蝕與水土保持研究進展與展望[J].土壤學報，2020，57（5）：1117-1127.

[24]LIUQJ，ZHANG HY，ANJ，et al. Soil erosion processes onrow side slopes within contour ridging systems[J]. Catena，2014，115：11-18.

[25]HUID，YANG X，DENGQ，et al. Soil C：N：P stoichiom-etryin tropical forests on HainanIsland of China：Spatial andverticalvariations[J].Catena，2021，201：105228.

[26］李麗君，霍晨，劉平，等.山西主要土壤磷淋溶臨界值與其理化性質的關系［J].灌溉排水學報，2022，41（12）：75-80.

（責任編輯 楊傲秋）