基于現代分析技術的土壤有效磷評估方法改進

關鍵詞：有效磷評估；現代分析技術；土壤資源管理

中圖分類號：S153.6 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）05-0053-03

DOI： 10.3969/j.issn.1008-9500.2025.05.013

Abstract： Inorder to improve the accuracyand effciency ofsoil efective phosphorus assessment，modern analytical techniques，includingphysicochemical propertyanalysis，biological detection，geographic informationsystemandmodeling methods，wereused tostudy thespatialandtemporaldistribution characteristicsofeffective phosphorus intheregion，taking alarge agricultural county in Henan asan example.The results show thatthe modernanalytical techniques significantly improvesthelimitationsof the traditionalanalytical method，andrealizestheaccuratepredictionofeffectivephosphorus through high-precisionmodeling，whichprovidesascientificbasis foroptimizingthefertilization strategyandsoilresource management.

Keywords： effective phosphorus assessment; modern analytical techniques; soil resource management

土壤有效磷作為植物生長的關鍵養分，其含量和分布直接影響農業生產力。而長期不合理施肥導致土壤有效磷分布失衡，既制約了作物產量提升，也加劇了環境污染問題。現代分析技術的引入為評估土壤有效磷的時空分布特征及其影響因素提供了新思路[]。結合理化性質分析、生物學技術與空間信息建模，可有效提高評估精度，為優化施肥管理和實現農業可持續發展打下基礎。

1 工程概況

本工程位于河南省某農業大縣，總面積約50萬 hm²"該地區是我國重要的糧食生產基地之一，但長期過度施肥導致土壤養分失衡，有效磷含量普遍偏高或偏低，嚴重制約了當地農業的可持續發展。2022年的土壤普查數據顯示，該地區平均有效磷含量為 25.3mg/kg ，高于華北地區的平均水平。其中，約 30% 的耕地有效磷含量超過 40mg/kg ，屬于高磷區；約 25% 的耕地有效磷含量低于 15mg/kg ，屬于低磷區。高磷區土壤不僅浪費了大量磷肥資源，還可能造成面源污染；而低磷區作物生長受到限制，需要補充大量磷肥[2]。

2現代分析技術在土壤資源評估中的應用

2.1土壤理化性質分析技術

土壤理化性質分析是評估有效磷含量的重要基礎環節。通過測定土壤顆粒組成（如砂粒、粉粒和黏粒比例）、有機質含量、 pH 值、陽離子交換量（CationExchangeCapacity，CEC）等指標，可以全面表征土壤的肥力狀況及其對有效磷動態變化的影響[3。研究顯示，在酸性土壤（ pHlt;5.5 ）中，有效磷易被鋁、鐵離子固定，導致植物可利用性降低，而在堿性土壤（ pHgt;7.5 ）中，則易與鈣形成沉淀。河南省某農業大縣的土壤樣本檢測結果表明，高磷區土壤的有機質平均含量為 30.2g/kg ，高于低磷區的 18.7g/kg ，表明有機質含量與有效磷含量呈正相關。通過對陽離子交換量的分析發現，低CEC土壤的磷素淋失更嚴重，需采用改良劑提升肥效穩定性。

2.2地理信息系統及遙感技術

地理信息系統能夠將土壤樣點數據與空間信息相結合，實現區域有效磷分布的可視化制圖和時空動態分析。遙感技術利用多光譜、高光譜成像獲取大面積土壤的物理化學特性參數，能夠提高數據獲取效率[4]。結果顯示，研究區高磷區主要集中在灌溉條件優越的南部平原，占總耕地面積的 35.7% ；而低磷區則集中在北部旱作區域，占耕地面積的 28.2% 。結合地理信息系統的空間插值模型，可有效填補采樣點之間的空白，為精準施肥和科學管理提供支持。通過地理信息系統和遙感技術的集成應用，能夠以更經濟高效的方式了解土壤有效磷的時空分布特征[5]。

2.3土壤生物學分析技術

土壤中的磷主要以難溶性形態存在，其生物有效性依賴于微生物的磷礦化和溶磷功能。現代技術（如高通量測序和功能基因檢測）能夠精確分析微生物與有效磷的關系。在河南省某農業大縣的研究中，通過16SrRNA測序分析了不同有效磷含量區域的微生物群落多樣性。不同區域土壤微生物及有效磷指標對比如表1所示。

從表1可以看出，高磷區的溶磷菌豐度達到18.3% ，顯著高于低磷區的 9.7% 。功能基因檢測發現，高磷區土壤中的磷酸酶活性平均為 27.5μmol/g/h 而低磷區僅為 12.8μmol/g/h 。

3有效磷評估方法的改進

3.1傳統化學分析法的局限性

傳統化學分析法主要通過化學提取技術測定土壤有效磷含量，如堿性浸提法、鉬藍比色法等。這些方法雖然操作簡便、成本較低，但在現代土壤資源評估中存在很多局限性。第一，檢測結果易受土壤性質影響，難以準確反映有效磷的生物有效性。例如，在高 pH 值土壤中，傳統提取法可能高估有效磷含量，而在酸性土壤中則可能出現低估情況。第二，這些方法的空間分辨率較低，無法滿足大范圍區域土壤分布的精準評估需求。第三，傳統方法耗時較長，無法滿足高通量分析的需求，尤其在大樣本量或動態監測中難以適應現代農業管理需求。

3.2基于現代分析技術的有效磷測定方法

現代分析技術為土壤有效磷測定提供了更高的精度與效率。相比傳統方法，現代分析技術利用高光譜成像、原子吸收光譜法、電感耦合等離子體－質譜法等手段，不僅能快速檢測，還可以定量分析有效磷的時空分布特性。使用電感耦合等離子體－質譜法進行土壤有效磷測定，其檢測限低至 0.01mg/kg ，適用于復雜的土壤環境。高光譜成像技術通過捕捉土壤反射光譜信息，結合機器學習算法（如隨機森林或支持向量機），可實現區域土壤有效磷含量的精細制圖和動態監測。例如，在河南省某農業大縣的應用中，高光譜技術成功繪制了分辨率達 10m 的有效磷分布圖，顯示高磷區面積占比為 35.7% 。

4基于現代分析技術的土壤有效磷評估模型

4.1評估指標體系的構建

構建土壤有效磷評估指標體系需要基于科學性、全面性和適用性原則，結合區域土壤特性和實際需求，明確影響有效磷含量的關鍵因素。第一步，明確指標選取依據。從土壤理化性質、生物學特性和空間分布特征出發，篩選對有效磷含量影響顯著的指標，如土壤有機質含量、 pH 值、陽離子交換量、土壤顆粒組成及微生物活性等。第二步，量化指標權重。通過主成分分析法或層次分析法，確定各指標的權重值，以便反映其對有效磷含量的相對重要性。研究表明，有機質含量的權重為 35% ，而 pH 值的權重為 25% 。第三步，構建綜合評價模型。結合加權評分法或模糊綜合評判模型，形成涵蓋多指標的評估框架。第四步，驗證模型有效性。以實測數據進行模型擬合和誤差分析，確保評估結果的科學性和準確性，為區域土壤資源優化管理提供科學依據。

表1不同區域土壤微生物及有效磷指標對比

4.2空間信息集成與建模

空間信息集成與建模通過整合地理信息系統、遙感數據與地面采樣信息，可構建高精度的空間分布模型。利用遙感技術獲取大范圍的土壤表面特性數據，結合高光譜或多光譜影像，提取與有效磷相關的反射光譜特征。將采集的地面樣本數據（如有效磷含量、pH 值、土壤質地）與遙感影像進行空間配準，建立數據集成平臺。接著，采用空間插值方法（如克里金法）或機器學習算法（如隨機森林、支持向量機），構建土壤有效磷的分布預測模型。例如，在河南某農業大縣的應用中，基于地理信息系統的克里金插值技術，可生成分辨率為 30m 的有效磷分布圖，誤差控制在 ±2mg/kg 以內。

4.3模型驗證與應用

本研究通過對河南某農業大縣樣點數據的實測值與模型預測值進行對比分析，驗證模型的精度與穩定性。采用均方誤差和偏差率等指標進行評價，確保預測結果與實測數據的高一致性。模型預測與實測數據對比分析如表2所示。從表2可以看出，模型預測值與實測值偏差較小，其中樣點A03的預測值與實測值偏差僅為 0.5mg/kg ，偏差率為 1.10% ，表明模型在高磷區域具有較高的精度。而樣點A04在低磷區域的偏差率稍高，可能與土壤特性異質性相關。

表2模型預測與實測數據對比分析

5結論

現代分析技術為土壤有效磷的精準評估提供了科學支撐，通過理化性質、生物學特性、空間信息的整合與建模，顯著提升了評估效率與準確性。模型驗證結果表明，該方法在不同磷濃度區域均具有較高適用性。未來，需進一步優化指標體系和模型算法，提高多源數據融合與動態監測能力，為區域土壤資源管理和精準農業提供更精細化的技術支持。

參考文獻

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