基于GIS的涼州區(qū)耕層土壤主要養(yǎng)分時空變化研究

袁政祥， 王 祎

（甘肅省武威市涼州區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，甘肅 武威 733000）

土壤是作物生長的基礎(chǔ)，其有機質(zhì)、速效磷、速效鉀、堿解氮含量是衡量土壤肥力的重要指標(biāo)之一，特別是速效氮、磷、鉀可供作物直接吸收利用，是作物所需的大量元素，其含量高低反映氮、磷、鉀養(yǎng)分的供應(yīng)水平，直接影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)［1～2］。土壤肥力是以水、肥、氣、熱的物質(zhì)和能量為基礎(chǔ)，是有關(guān)生態(tài)環(huán)境、土壤理化與生物特性的綜合反映［3～4］。

武威市涼州區(qū)位于河西走廊的東端，屬典型的大陸性氣候，現(xiàn)有耕地9.73萬hm2，主要種植小麥、玉米、馬鈴薯、蔬菜和豆類作物。近年來，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民為了提高農(nóng)作物產(chǎn)量，盲目增加化肥施用量，偏施、濫施肥料現(xiàn)象較為嚴(yán)重，造成氮、磷、鉀比例嚴(yán)重失調(diào)，肥料利用率越來越低。為了全面系統(tǒng)的了解全區(qū)土壤養(yǎng)分狀況及時空變化，結(jié)合測土配方施肥項目的實施，2008年涼州區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心開展了耕層土壤養(yǎng)分空間分布狀況與變化調(diào)查，以期為制定科學(xué)合理的施肥方案提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 土樣采集

采用GPS定位法采樣，樣點布局充分考慮土壤類型和土地利用方式。以涼州區(qū)1∶50 000縣級土壤圖為基礎(chǔ)，按涼州區(qū)所轄的不同灌溉區(qū)域，分為張義、大河（武南）、高壩、清源、永昌、黃羊、金羊、西營、豐樂9個區(qū)，每個區(qū)域的代表土樣取15～20個樣點，采用“S”形布點采樣混合而成，再用四分法縮分至1 kg左右，共采集土樣4 000個。采樣時間統(tǒng)一為9月中旬至10月下旬秋收后犁地前，采樣深度為0～20 cm。

1.2 測定方法

對采集到的4 000個土樣進行有機質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀測定。土壤有機質(zhì)采用油浴加熱重鉻酸鉀氧化容量法測定，全氮采用半微量開氏法測定，有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定，速效鉀采用1mol/L中性乙酸銨提取—火焰光度法測定。

1.3 分級標(biāo)準(zhǔn)

土壤有機質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀分級標(biāo)準(zhǔn)按照甘肅省土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)分級（表1）。

表1 甘肅省土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)

1.4 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)土壤類型圖、土地利用現(xiàn)狀圖和行政區(qū)劃圖，利用Arcgis9.3、Raster2 Vector5.5等軟件做相關(guān)圖層的矢量化；樣點養(yǎng)分屬性數(shù)據(jù)用Excel2007統(tǒng)計分析，用Access2003錄入數(shù)據(jù)庫；將GPS定位的樣點坐標(biāo)用Arcgis9.3轉(zhuǎn)換后生成采樣點位圖，并通過標(biāo)識碼將空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)進行鏈接；運用Arcgis9.3統(tǒng)計分析（Geostatistical Analyst）模塊提供空間分析方法、半方差函數(shù)及模型和Kriging的差值，從而得到各土壤養(yǎng)分和空間分布圖及空間分布屬性數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機質(zhì)含量的分布變化

檢測結(jié)果表明，涼州區(qū)耕地土壤有機質(zhì)平均含量為16.2 g/kg，變化區(qū)間為1.02～40.1 g/kg，標(biāo)準(zhǔn)差為5.79，變異系數(shù)為35.33。根據(jù)甘肅省土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)，涼州區(qū)土壤有機質(zhì)含量為Ⅳ級。有機質(zhì)含量小于15.0 g/kg的鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）主要分布在沿沙區(qū)的風(fēng)積平原和西南區(qū)的低山、中山丘陵區(qū)及沙漠戈壁，地處沙漠邊緣的吳家井鄉(xiāng)有機質(zhì)含量最低，為10.3 g/kg；有機質(zhì)大于20 g/kg的鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）主要分布在城郊蔬菜精細(xì)耕作區(qū)和張義山區(qū)，其中發(fā)放鎮(zhèn)有機質(zhì)含量最高，為22.2 g/kg。有機質(zhì)含量在15.0～20.0 g/kg的鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）主要集中在中部的山前洪積沖擊傾斜平原和沖擊洪積細(xì)土平原。與第二次全國土壤普查時測定的結(jié)果相比，2008年涼州區(qū)土壤有機質(zhì)平均含量增加了2.1 g/kg，但各區(qū)域的變化有較大的差異，其中有機質(zhì)增加的有金羊區(qū)、清源區(qū)、永昌區(qū)、豐樂區(qū)、高壩區(qū)、西營區(qū)，分別為4.4、4.2、3.5、0.9、0.9、0.7 g/kg；有機質(zhì)減少較多的有大河區(qū)（武南區(qū)）、黃羊區(qū)，減少1.0 g/kg；張義區(qū)基本持平（圖1）。

圖1 不同區(qū)域耕層土壤有機質(zhì)空間變化

2.2 全氮含量的分布變化

從圖2可以看出，土壤全氮含量的分布基本與有機質(zhì)相似。全區(qū)平均為0.99 g/kg，黃羊區(qū)、豐樂區(qū)、清源區(qū)、金羊區(qū)、大河區(qū)（武南區(qū)）均低于全區(qū)平均值，黃羊區(qū)最低，為0.63 g/kg；西營區(qū)、高壩區(qū)、永昌區(qū)和張義區(qū)高于全區(qū)平均值，張義區(qū)最高，為1.57 g/kg。與第二次全國土壤普查結(jié)果相比，涼州區(qū)土壤全氮平均含量增加了0.09 g/kg，增幅最大的永昌區(qū)增加了0.38 g/kg，張義區(qū)水澆地增加了0.29 g/kg，高壩區(qū)和金羊區(qū)增加了0.25 g/kg，清源區(qū)增加了0.20 g/kg，大河區(qū)（武南區(qū)）增加了0.14 g/kg；西營區(qū)和豐樂區(qū)增幅較小，分別為0.08 g/kg和0.05 g/kg；黃羊區(qū)降低了0.15 g/kg。

圖2 不同區(qū)域耕層土壤全氮空間變化

3.3 有效磷含量的分布變化

測定結(jié)果表明，涼州區(qū)耕層土壤有效磷平均含量為25.4mg/kg，折合純磷11.1mg/kg，變幅為15.5～36.4mg/kg。根據(jù)甘肅省土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)，涼州區(qū)土壤有效磷含量為Ⅴ級。張義區(qū)、大河區(qū)（武南區(qū)）、高壩區(qū)、清源區(qū)土壤有效磷（P2O5）含量均高于涼州區(qū)全區(qū)平均值，豐樂區(qū)、西營區(qū)、金羊區(qū)、永昌區(qū)、黃羊區(qū)均低于涼州區(qū)全區(qū)平均值；張義區(qū)有效磷含量最高，為36.4mg/kg；豐樂區(qū)最小，為15.5mg/kg。與第二次全國土壤普查測定的結(jié)果相比，涼州區(qū)土壤有效磷含量平均增加11.8 mg/kg，各區(qū)域均有不同程度的增加，張義區(qū)、大河區(qū)（武南區(qū)）、高壩區(qū)、清源區(qū)、永昌區(qū)、黃羊區(qū)、金羊區(qū)、西營區(qū)，分別增加了23.4、19.9、16.9、10.7、8.05、7.95、7.66、6.39mg/kg；增幅最小的為豐樂區(qū)，增加了5mg/kg（圖3）。

圖3 不同區(qū)域耕層土壤有效磷空間變化

3.4 速效鉀含量的分布變化

測定結(jié)果表明，武威市涼州區(qū)耕地土壤速效鉀（K2O）含量加權(quán)平均值為177mg/kg，折合純鉀147mg/kg，變幅為155～266mg/kg。根據(jù)甘肅省土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)，涼州區(qū)土壤速效鉀含量為Ⅳ級。張義區(qū)速效鉀含量最高，為266mg/kg；黃羊區(qū)最小，為155mg/kg。速效鉀含量較高的區(qū)域主要在永昌區(qū)、清源區(qū)、金羊區(qū)，西營區(qū)、金羊區(qū)。與第二次全國土壤普查結(jié)果比較，涼州區(qū)的土壤速效鉀有增有降，總體表現(xiàn)為下降趨勢，全區(qū)平均含量減少了7.0mg/kg。其中永昌區(qū)、張義區(qū)、西營區(qū)速效鉀含量略有上升，分別增加了26、23、23 mg/kg；其它區(qū)域都有不同程度的減少，減幅最大的是黃羊區(qū)、大河區(qū)（武南區(qū)），分別減少了85、50mg/kg；高壩區(qū)、豐樂區(qū)、清源區(qū)、金羊區(qū)分別減少了20、12、62mg/kg（圖4）。

圖4 不同區(qū)域耕層土壤速效鉀空間變化

3 結(jié)論與討論

1）分析評價結(jié)果表明，涼州區(qū)耕地土壤有機質(zhì)平均含量為16.2 g/kg，變幅為1.02～40.10 g/kg，標(biāo)準(zhǔn)差為5.79，變異系數(shù)為35.33，相對于第二次全國土壤普查，有機質(zhì)含量平均增加2.1 g/kg；土壤全氮含量與分布有機質(zhì)相似，相對于第二次全國土壤普查平均增加0.09 g/kg；土壤有效磷平均含量為25.4mg/kg，變幅為15.5～36.4mg/kg，相對第二次全國土壤普查平均含量增加11.8mg/kg；土壤速效鉀含量加權(quán)平均值為177mg/kg，變幅為155～266 mg/kg，相對第二次全國土壤普查總體表現(xiàn)為下降趨勢，全區(qū)土壤速效鉀平均含量減少了7.0mg/kg。2）從分布地域來看，涼州區(qū)的井泉灌區(qū)土壤有效磷含量較高，河水灌區(qū)較低。井泉灌區(qū)總體上磷肥施用量較大，相應(yīng)土壤中速效磷含量較高；張義山區(qū)有機質(zhì)含量高，但農(nóng)作物產(chǎn)量較低，土壤中速效磷消耗較少，盡管磷肥施用量較少，但速效磷含量仍較高；豐樂區(qū)、黃羊區(qū)、西營區(qū)及純河水灌區(qū)有機質(zhì)含量較低，但這些區(qū)域長期以來磷肥施用量較少，故土壤中有效磷含量較低。土壤速效鉀分布與土壤有效磷和有機質(zhì)的分布很接近，井泉灌區(qū)土壤速效鉀含量較高，河水灌區(qū)較低。速效鉀的減少與復(fù)種指數(shù)提高、喜鉀塊莖類作物的種植及鉀肥的施用量有較大關(guān)系，黃羊區(qū)和大河區(qū)（武南區(qū)）是塊莖類作物種植的主要區(qū)域，土壤鉀素消耗量大，農(nóng)民在作物施肥中不施或很少施用鉀肥，造成了涼州區(qū)土壤鉀素的大幅下降。

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