喀斯特地區(qū)土壤養(yǎng)分空間變異特點研究
----------以貴州省關(guān)嶺縣為例

徐梓津

貴州新聯(lián)爆破工程集團有限公司,貴州貴陽550002

喀斯特地區(qū)土壤養(yǎng)分空間變異特點研究
----------以貴州省關(guān)嶺縣為例

徐梓津

貴州新聯(lián)爆破工程集團有限公司,貴州貴陽550002

了解喀斯特地區(qū)土壤養(yǎng)分的空間分布特點。選取貴州省關(guān)嶺縣為研究樣區(qū)，利用克里金插值法分別對選取的有效土壤指標(biāo)數(shù)據(jù)進行空間插值，在ArcGIS10.0中得出土壤養(yǎng)分的空間分布變異特點，并與研究樣區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖對比。研究區(qū)土壤各養(yǎng)分指標(biāo)中土壤緩效鉀含量變化最大，空間變化最為劇烈；結(jié)合研究區(qū)土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)對土壤養(yǎng)分指標(biāo)分別進行空間插值的結(jié)果表明，土壤養(yǎng)分包括有機質(zhì)、全氮、速效磷和緩效鉀的空間分布變異特點都與該區(qū)域內(nèi)土地利用類型有關(guān)。合理利用土地資源、改進土地利用方式對喀斯特地區(qū)土壤保護有積極作用。

喀斯特;土壤養(yǎng)分;空間插值;相關(guān)性

土壤作為農(nóng)作物營養(yǎng)的載體，對作物生長影響明顯，喀斯特地區(qū)土壤的作用尤為突出。研究喀斯特地區(qū)土壤養(yǎng)分空間變異特征，可為土壤養(yǎng)分的有效管理等提供依據(jù)，對于提高土地資源利用效率、改善田間管理方式、促進現(xiàn)代精確農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重要意義[1]。

土壤養(yǎng)分的空間變異是指土壤所含養(yǎng)分在不同空間位置所表現(xiàn)出的差異性，成土母質(zhì)、地形、植被、人類活動等因素對這種差異具有較為顯著的影響[2]。20世紀(jì)70年代后期，Burgress,、Warrick等許多國外土壤學(xué)家對土壤物理性質(zhì)(土壤含水率、容重、機械組成等)空間變異性規(guī)律進行了研究[3,4]。80年代空間變異已經(jīng)成為土壤科學(xué)研究的重要內(nèi)容[5]，并由定性研究轉(zhuǎn)為定量研究。隨后化學(xué)性質(zhì)(有機質(zhì)、大量營養(yǎng)元素N、P、K，中量元素Ca、Mg及微量營養(yǎng)元素Zn、Mn、Cu等)在空間上的變異性也開始成為許多學(xué)者研究的方向[6,7]。但國內(nèi)外學(xué)者選擇研究區(qū)域大多位于平原或丘陵地區(qū)，對喀斯特地區(qū)的研究較少。

本研究選取了喀斯特地貌典型的關(guān)嶺布依族苗族自治縣為研究對象，利用該縣土肥站提供的2010年土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)、國土局提供的土地利用現(xiàn)狀圖（1:10000）及安順市2010年統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)，在ArcGIS10.0軟件中采用克里金插值法研究土壤養(yǎng)分空間變化特點，土壤養(yǎng)分空間變異性與該區(qū)域內(nèi)土地利用類型密切相關(guān)。研究結(jié)果可以為喀斯特地區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展及該類地區(qū)土壤保護決策提供參考。

1 研究區(qū)概況

關(guān)嶺布依族苗族自治縣位于貴州西南部（105°15″-105°49″E,25°34″-25°05″N），隸屬于安順市,全縣總面積1468 km2。海拔高度在800～1500 m之間，地貌類型復(fù)雜，以巖溶地貌為主，面積1213.227 km2，占全縣面積的82.42%，是貴州巖溶地貌發(fā)育最典型的地區(qū)之一。地帶性氣候為中亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，年平均氣溫為16.2℃，雨量充沛，年降水量1205.1～1656.8 mm，是全省降水中心之一。受地勢、地貌、氣候、生物等因素的影響，區(qū)內(nèi)土壤類型豐富，可以分為7個土類、20個亞類、51個土屬、180個土種。

2010年關(guān)嶺縣總?cè)丝?0.16萬人，其中少數(shù)民族人口19.12萬，占總?cè)丝诘?3.39%，屬于少數(shù)民族自治縣。農(nóng)業(yè)人口28.65萬人，占總?cè)丝诘?8.36%。分布最廣的是黃壤，占土壤總面積的14.5%[8]。

關(guān)嶺自治縣2010年完成生產(chǎn)總值205623萬元（當(dāng)年價），人均生產(chǎn)總值4971元[8]，略低于全省平均水平（5787元），與全國平均水平15973元相比[9]，差距較大，屬于經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)。

圖1 研究區(qū)位置示意圖Fig.1 Schematic diagram of studied districts

2 研究方法及數(shù)據(jù)來源

2.1數(shù)據(jù)來源及處理

經(jīng)濟社會數(shù)據(jù)取自《安順市2010年統(tǒng)計年鑒》、《貴州省2010年統(tǒng)計年鑒》。從關(guān)嶺布依族苗族自治縣土肥站獲得2010年土壤采樣點經(jīng)緯度坐標(biāo)、土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)。并從該縣國土局取得該縣行政區(qū)劃圖和土地利用現(xiàn)狀圖（1:10000）。

從關(guān)嶺布依族苗族自治縣土肥站獲得的517個土壤采樣點數(shù)據(jù)中，在ArcGIS10.0軟件中空間投影發(fā)現(xiàn)，部分采樣點不在研究區(qū)范圍內(nèi)，剔除該部分?jǐn)?shù)據(jù)后，最終確定了415個有效土壤采樣點及該點土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)，采樣點分布如圖2所示。采樣點平均密度為0.283 n/km2，研究區(qū)中部為縣城所在地（由圖1可看出），建筑用地面積較大，故采樣點數(shù)量較少。研究區(qū)東南部為經(jīng)濟林區(qū)，土地利用形式單一，故采點數(shù)也相對較少。

圖2 關(guān)嶺縣土地利用現(xiàn)狀圖Fig.2 Land utilization present situation chart of Guanling County

圖3 研究區(qū)土壤采樣點分布圖Fig.3 Soil sampling points in the study area map

針對該縣土肥站提供的2010年土壤數(shù)據(jù)，從對作物生長影響較大且數(shù)據(jù)完整性及有效性兩個方面因素考慮，最終選取了研究區(qū)的土壤有機質(zhì)、全氮、速效磷和緩效鉀四個指標(biāo)來分析土壤養(yǎng)分分布情況。采樣點分布如圖2所示。

2.2研究方法

克里金法是目前地統(tǒng)計學(xué)中應(yīng)用最為廣泛的最優(yōu)內(nèi)插法，是利用已知點的數(shù)據(jù)去估計未知點(Xo)的數(shù)值，其基本理論是：對于任意待估點V的實際Z(x)，其估計值Z'(x)是通過待估點影響范圍內(nèi)的n個有效樣本值Z(xi)(i=l,2,3……n)的線性組合得到的。

利用ArcGIS10.0對研究區(qū)土壤采樣點進行空間投影，將選取的養(yǎng)分指標(biāo)數(shù)據(jù)賦值到該點，并通過克里金插值法分別對選取的土壤指標(biāo)進行空間插值，最后用掩膜提取研究區(qū)土壤養(yǎng)分空間分布圖。

3 研究結(jié)果

3.1研究區(qū)土壤養(yǎng)分空間分布特點

3.1.1 研究區(qū)有機質(zhì)空間分布特點通過克里金插值法，可以看出（圖4）土壤有機質(zhì)在研究區(qū)內(nèi)的分布變化比較大。在與該地區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖對比之后發(fā)現(xiàn)，森林與農(nóng)耕區(qū)部分土壤有機質(zhì)含量較高，尤其在森林區(qū)域，因人類活動少，生態(tài)環(huán)境較好，較少有土壤流失情況，土壤肥力較佳；而城市以及城市周邊表現(xiàn)出土壤有機質(zhì)含量較低的特征，這與該區(qū)域農(nóng)戶對征地的期望導(dǎo)致對土地投入減少且非農(nóng)收入增加導(dǎo)致對土地投入的減少有密切關(guān)系；另外，由于研究區(qū)屬于喀斯特典型地貌區(qū)域，巖石裸露地帶幾乎無土壤存在，這部分區(qū)域也表現(xiàn)出有機質(zhì)含量極低或不含有機質(zhì)的特征。

圖4 土壤有機質(zhì)空間分布插值圖Fig.4 The chart of spatial variability interpolation from ammonia nitrogen

圖5 研究區(qū)土壤全氮空間分布插值圖Fig.5 The chart of spatial variability interpolation from total nitrogen

3.1.2 研究區(qū)全氮空間分布特點從圖5可以看出，研究區(qū)土壤全氮含量分布較為均勻，波動性不顯著。農(nóng)耕區(qū)和居民區(qū)周邊土壤全氮含量總體較高。通過實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，農(nóng)耕區(qū)內(nèi)農(nóng)民為追求產(chǎn)量，大量施肥導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)全氮含量較高；而居民區(qū)因為人們生活產(chǎn)生大量生活垃圾和生活污水，生活污水以及垃圾堆積形成的滲濾液中氮含量較高的[10]，所以該區(qū)域土壤全氮含量較高。含氮量較低地區(qū)主要集中在大量裸地部分及農(nóng)耕區(qū)拋荒部分，這與裸地本身特征及拋荒地?zé)o人管理，沒有人為投入有關(guān)。

3.1.3 研究區(qū)速效磷空間分布特點通過研究區(qū)土壤速效磷空間分布差值圖6看出，研究區(qū)西北部速效磷含量較高，該區(qū)域有關(guān)嶺布依族苗族自治縣唯一水庫（石板橋水庫）并且該區(qū)域河流較密集。水庫池塘類生態(tài)系統(tǒng)中水體自身的穩(wěn)定和自凈能力相對較弱[12]，加之水庫魚類量多，魚糞等有機物大量存在，水體養(yǎng)分含量(尤其是氮、磷)日益積累，造成周邊土壤速效磷含量最高地區(qū)均是研究區(qū)西北部的水庫周圍。研究區(qū)東北方向土地利用類型復(fù)雜，其中裸地和草地部分速效磷含量極低，研究區(qū)南部的經(jīng)濟林區(qū)速效磷含量也較低。

3.1.4 研究區(qū)緩效鉀空間分布特點由圖7可以看出，土壤緩效鉀在縣城區(qū)域含量很低，農(nóng)耕區(qū)及林區(qū)含量較高，尤其是研究區(qū)東南部緩效鉀含量較高。研究區(qū)東北部為該縣油桐經(jīng)濟林區(qū)，其豐富的植被和生物富集現(xiàn)象明顯使得該區(qū)域緩效鉀含量居高。研究區(qū)中心偏北處淺色區(qū)域是該縣的縣城所在地，因人類經(jīng)濟活動嚴(yán)重影響該區(qū)域土壤的緩效鉀含量。

圖6 研究區(qū)土壤速效磷空間變分布插值圖Fig.6 The chart of spatial variability interpolation from rapidly available phosphorus

圖7 研究區(qū)土壤緩效鉀空間變分布插值圖Fig.7 The chart of spatial variability interpolation from slowly available potassium

4 結(jié)論

從以上研究結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)土壤各養(yǎng)分指標(biāo)中土壤緩效鉀含量變化最大，空間變化最為劇烈；結(jié)合研究區(qū)土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)對土壤養(yǎng)分指標(biāo)分別進行空間插值的結(jié)果表明，土壤養(yǎng)分包括有機質(zhì)、全氮、速效磷和緩效鉀的空間分布變異特點都與該區(qū)域內(nèi)土地利用類型有關(guān)；土地利用類型的不同可以引起地表反射率的變化,影響植物凋謝物質(zhì)和殘余量,同時影響土壤微生物的活性，并且土地利用類型不同會引起土壤管理措施的改變，這些變化都會引起喀斯特地區(qū)土壤各養(yǎng)分在土壤系統(tǒng)內(nèi)的再分配。

喀斯特地區(qū)的土壤質(zhì)量決定著該地區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展情況，土壤養(yǎng)分含量是土壤質(zhì)量的重要反映。合理的土地利用方式可以改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤周圍空氣和水的質(zhì)量，增強土壤對外界環(huán)境變化的抵抗能力，不合理的土地利用方式會導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降，增加土壤侵蝕速度、降低生物多樣性、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和土地生產(chǎn)力等[13]?？λ固氐貐^(qū)土壤養(yǎng)分含量與該地區(qū)土地利用現(xiàn)狀密切相關(guān)，對土地利用類型的合理布局能夠有效改善當(dāng)?shù)赝寥鲤B(yǎng)分分布，提高土壤肥力和質(zhì)量，所以合理利用土地資源、改進土地利用方式對喀斯特地區(qū)土壤保護有積極作用。

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Spatial Variability of Soil Nutrients in KarstArea ----------Acase as Guanling County of Guizhou Province

XU Zi-jin
Guizhou Xinlian Blasting Engineering Group Co.Ltd.,Guiyang550002,China

This paper aims to study the spatial distribution characteristics of Karst area.Taking Guanling city in Guizhou province as an example,using the Kriging interpolation method for the calibration date to interpolate.Obtain the spatial distribution characteristics of soil nutrient by ArcGIS10.0.Moreover,using the SPSS20.0 to analysis the relativity for soil nutrient indexes.Study on soil nutrient indexes of soil available K content in slow change,spatial change is the severest; combined with the present situation of the study area land use data on soil nutrient indexes are spatial interpolation results showed that soil nutrients,including organic matter,total nitrogen,available phosphorus and available potassium in the spatial variability characteristics are related to the regional land use of type.Utilizing existing resource and improving land patterns have a vital significance for the soil in Karst area.

Karst;soil nutrient;spatial interpolation;relativity

K901.8

A

1000-2324(2014)04-0564-04

2013-06-18

2013-06-25

徐梓津(1987-),女,碩士,研究方向為土地資源.E-mail:china-99@163.com