基于地統(tǒng)計學的雄縣土壤屬性空間分布特征分析

李新旺，許 皞

(1．河北省水土保持工作總站，河北 石家莊050011;2．河北農(nóng)業(yè)大學 資源與環(huán)境學院，河北 保定071001)

(責任編輯 李楊楊)

土壤屬性包括土壤質(zhì)地、土地構(gòu)型、土層厚度及土壤有機質(zhì)等要素，它是耕地地力形成的基礎，也是農(nóng)業(yè)生存與發(fā)展的物質(zhì)基礎和根本保證［1－2］。作為耕地生產(chǎn)力的載體，土壤屬性直接影響耕地的實際產(chǎn)出和利用管理，研究土壤屬性空間分布格局是制定科學的配方施肥方案、提高耕地管理水平的重要前提。土壤屬性受多種因素的影響，其分布具有很強的不確定性［1－4］。選擇黃淮海平原北部黑龍港流域的雄縣為研究區(qū)，以2010—2012年對雄縣130 個典型樣點進行的3 次覆蓋式調(diào)查資料為基礎，運用地統(tǒng)計學方法和GIS技術(shù)，對大量元素速效養(yǎng)分含量、全量養(yǎng)分含量，以及有機質(zhì)含量、全鹽量、陽離子交換量等土壤屬性因素的空間分布特征進行分析，旨在揭示該流域縣域尺度上的土壤屬性空間分布規(guī)律，以期為該區(qū)域相關(guān)研究和農(nóng)業(yè)精準施肥管理提供理論支撐和技術(shù)支持。

1 研究區(qū)概況

雄縣位于黑龍港流域北部，介于N38°54'59″—39°10'36″、E116°01'03″—116°20'08″之 間，總 面 積522．34 km2，轄5 鎮(zhèn)4 鄉(xiāng)，地勢西部高、東部低，海拔6—14 m，光、熱資源豐富，是國家重要的農(nóng)業(yè)種植區(qū)［5－7］。土壤成土母質(zhì)為河海沖積物，受大清河等河流改道及泥沙淤積影響，表土質(zhì)地多變，有砂質(zhì)、砂壤質(zhì)、輕壤質(zhì)和黏質(zhì)(中/重壤質(zhì))等幾種質(zhì)地的土壤。

2 數(shù)據(jù)來源與分析方法

以雄縣行政區(qū)劃圖為底圖，采用1 km×1 km 網(wǎng)格進行地塊劃分，在每個網(wǎng)格內(nèi)初設一個樣點，這樣可使初設樣點均勻分布于全縣;采用土地利用現(xiàn)狀圖、土壤分布圖和地形圖與行政區(qū)劃圖疊加的方法，將相鄰網(wǎng)格土地利用和土壤屬性相同的進行歸并，最終確定出130 個典型樣點(見圖1)。130 個樣點中輕壤質(zhì)土壤樣點52 個、上輕下黏質(zhì)樣點24 個、砂壤質(zhì)樣點31 個、上砂下壤質(zhì)樣點10 個、中/重壤質(zhì)樣點13 個，覆蓋了整個縣域范圍(除水面、建設用地和南部林場外)。采用網(wǎng)格法和疊加法相結(jié)合的方法進行樣點設置，消除了網(wǎng)格法未考慮土壤屬性、土地利用及地形等影響因素而產(chǎn)生的誤差，所設樣點更具代表性。樣點確定后，用GPS 精確定位每一個樣點的經(jīng)緯度坐標，記錄樣點戶主的信息(鄉(xiāng)鎮(zhèn)名、村名、戶主名及其聯(lián)系方式等)。2010—2012年對雄縣130 個樣點進行了3 次覆蓋式調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括土壤質(zhì)地、土體構(gòu)型、土層厚度，并采集土樣測定了樣點土壤的大量元素速效養(yǎng)分含量、全量養(yǎng)分含量，以及有機質(zhì)含量、全鹽量、陽離子交換量、pH 值等。運用SPSS 13．0 分析土壤屬性各因素的平均值、方差和變異系數(shù)等。利用ArcGIS 9．0 的Geostatistics 擴展模塊進行土壤屬性各因素空間分布的地統(tǒng)計學分析。

圖1 土壤類型及采樣點分布

3 土壤屬性因素特征分析

3．1 土壤屬性因素統(tǒng)計特征

表1 為雄縣土壤屬性因素統(tǒng)計結(jié)果。表2—4 為部分土壤屬性因素含量分級標準［8］。由表1 可以看出，雄縣土壤整體呈弱堿性(pH 值=8．33)，土壤有機質(zhì)含量、全氮含量和陽離子交換量基本處于中等水平，土壤肥力水平和保肥能力適中。從變異性來看，除土壤容重和pH 值的變異系數(shù)較小外(≤10%)，其他屬性因素的變異系數(shù)均較大(≥22%)，說明除土壤容重和pH 值外，其他土壤屬性因素空間分布差異較大。究其原因，可能與各樣點土壤屬性因素本底值及施肥量有關(guān)，這正是本研究通過分析土壤各屬性因素豐缺狀況的空間分布特征用以指導農(nóng)業(yè)科學精準施肥的關(guān)鍵所在。

表1 雄縣土壤屬性因素統(tǒng)計結(jié)果

3．2 土壤屬性因素空間分布特征

(1)大量元素速效養(yǎng)分含量空間分布特征。雄縣土壤速效氮、速效磷和速效鉀含量空間分布見圖2。從圖2 可以看出，雄縣土壤速效氮含量呈現(xiàn)中東部、中西部地區(qū)較高，南部和北部地區(qū)較低的空間分布特征，中東部的昝崗鎮(zhèn)、雙堂鄉(xiāng)、張崗鄉(xiāng)交界區(qū)域土壤速效氮含量達到了中等水平，其余區(qū)域普遍處于缺乏狀態(tài);土壤速效磷含量空間分布規(guī)律不明顯，除中東部的昝崗鎮(zhèn)和雙堂鄉(xiāng)局部區(qū)域達到了偏高水平、東北部的大營鎮(zhèn)局部區(qū)域處于中等水平外，大多數(shù)地區(qū)處于豐富狀態(tài);土壤速效鉀含量呈東南部較高、西南部較低的空間分布格局，龍灣鎮(zhèn)東部與張崗鄉(xiāng)南部含量最高，達到了極高水平，朱各莊鎮(zhèn)與雄州鎮(zhèn)西部交界區(qū)域含量最低，處于缺乏水平。

表2 全鹽量分級標準［8］

表3 陽離子交換量分級標準［8］

(2)大量元素全量養(yǎng)分含量空間分布特征。雄縣土壤全氮、全磷和全鉀含量空間分布見圖3。由圖3 可以看出，雄縣土壤全氮含量空間分布差異不明顯，普遍處于中等水平，僅雄州鎮(zhèn)西南部局地達到了偏高水平;土壤全磷含量呈東部整體較高、西部普遍較低的空間分布格局，且空間差異較大，雙堂鄉(xiāng)與張崗鄉(xiāng)交界處含量最高，達到了極高水平，而大營鎮(zhèn)的南部和北部含量最低，處于缺乏狀態(tài);土壤全鉀與速效鉀含量空間分布格局類似，呈東南部較高、西南部較低的空間分布格局，空間分布差異較大，龍灣鎮(zhèn)和張崗鎮(zhèn)大部分地區(qū)速效鉀含量達到了極高水平，而大營鎮(zhèn)與昝崗鎮(zhèn)交界處和朱各莊鎮(zhèn)與雄州鎮(zhèn)交界處含量僅為缺乏水平。

表4 部分土壤屬性因素含量分級標準［8］

圖2 雄縣土壤大量元素速效養(yǎng)分含量空間分布

圖3 雄縣土壤大量元素全量養(yǎng)分含量空間分布

(3)土壤有機質(zhì)含量、陽離子交換量和全鹽量空間分布特征。雄縣土壤有機質(zhì)含量、陽離子交換量、全鹽量空間分布見圖4。由圖4 可以看出，雄縣土壤有機質(zhì)含量呈中東部和西北角、西南角地區(qū)相對較高，東南部地區(qū)較低的分布特征，張崗鄉(xiāng)和雙堂鄉(xiāng)交界附近及雄州鎮(zhèn)西南角區(qū)域土壤有機質(zhì)含量達到了豐富水平，而龍灣鎮(zhèn)東南部區(qū)域處于缺乏狀態(tài);土壤陽離子交換量呈中東部較高、北部較低的空間分布格局，張崗鄉(xiāng)與雙堂鄉(xiāng)的東部交界處陽離子交換量最高，達到了高水平，龍灣鎮(zhèn)西部局部區(qū)域最低，處于極低狀態(tài)，空間分布相差較大;土壤全鹽量呈東部和南部較高、北部較低的空間分布格局，整體而言，雄縣絕大部分土地沒有發(fā)生鹽漬化，僅雙堂鄉(xiāng)東部出現(xiàn)了零星的輕度鹽漬化現(xiàn)象。

圖4 雄縣土壤有機質(zhì)含量、陽離子交換量和全鹽量空間分布

4 結(jié) 語

(1)從統(tǒng)計特征來看，雄縣土壤整體呈弱堿性(pH值=8．33)，土壤肥力水平和保肥能力適中。除土壤容重和pH 值外，其他土壤屬性因素均具有較大的變異性。

(2)從空間分布特征來看，雄縣土壤各屬性因素空間分布具有一定的相似性，總體呈中間鄉(xiāng)鎮(zhèn)較高、南北兩側(cè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)較低，東部鄉(xiāng)鎮(zhèn)較高、西部鄉(xiāng)鎮(zhèn)較低的分布規(guī)律。

(3)應用地統(tǒng)計學研究土壤屬性因素空間分布格局，有助于準確、定量化地測算不同區(qū)域土壤養(yǎng)分豐缺情況，為科學制定區(qū)域配方施肥方案和管理策略提供了數(shù)字地圖支持。

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