典型巖溶區土壤pH值的空間異質性研究

鄒立強

（云南省紅河州建水縣疾病預防控制中心 云南 建水 654300）

土壤pH值是土壤酸堿度的一個重要指示因子，也是土壤一個重要的基本性質，因此，對典型巖溶區土壤pH值的空間異質性研究的分析有其必要性。

1 研究背景

土壤空間異質性是土壤的一個重要屬性之一，有關于土壤pH值的空間異質性研究始于上個世紀70年代，但是當時的研究課題主要側重于定性的描述，到了上個世紀的80年代，土壤空間異質性研究就成當時研究的熱點問題，與此同時，也是起初的定性描述轉化（向）定量研究，而到了90年代，統計學在土壤空間異質性研究方面發揮了重要的作用，進一步推進了土壤空間異質性的研究，也正是從這時開始，空間異質性的研究引起了越來越多學者的高度關注，同時，也被廣泛應用于各個領域中。但是目前各個學科和領域對于空間異質性的研究時，所關注的側重點是有所不同的，其中，農學家和土壤學家主要側重于通過隨機采集土壤樣品分別對土壤的營養元素、土壤水分、有機質等相關的土壤指標的深入研究，WEBSTER等認為土壤的空間異質性主要是相同土壤類型存在的差別以及土壤本身存在的變化，生態學家則不同意上述觀點，他們將土壤異質性定義為系統屬性或者是系統在空間上所表現出來的變異性和復雜性。

2 土壤pH值的空間異質性表述

土壤pH值是土壤酸堿度的一個重要指示因子，也是土壤一個重要的基本性質，在研究和實踐中也通常將其作為評價土壤理化反應的一個重要指標。在現代農業生產中，我們知道多數植物在生長中對于土壤酸堿性是有一定的要求，因此，植物要想正常生長，必須要保持土壤一定的適應范圍以及最適點，一般而言，土壤PH值會通過化學反應對污染物毒性、土壤養分有效性、微生物活性以及肥料肥效等因素都會產生直接的影響，一旦土壤PH值發生變化，土壤酸堿度就會失衡，不僅影響土壤的質量，而且不利于植物的生長，同時，土壤pH值也還制約著地上植物生產力和結構，土壤pH值的空間異質性改善能夠保證生態系統的穩定性，因此，也使得土壤pH值的空間異質性研究受到越來越多的重視。

3 土壤pH值的空間異質性實驗分析

根據以上分析可以知道，土壤pH值的空間異質性存在著很大的差異，若是在實際應用中直接進行高密度的取樣，會在很大程度上增加勞動強度，從而造成人力、物力、財力的消耗，而低密度的取樣，又會因為監測點數量的不足，而影響到數據的精度，因此，就需要將傳統的研究方法與現代統計學方法相結合，從而實現土壤pH值的空間異質性研究中的取樣間隔、取樣（深）度、取樣密度等，并且應用GIS技術，加強積極探索，為巖溶區土壤PH值的樣點布設提供科學依據。

案例分析：在這里以云南某一地區的果化示范區為研究地點，該地區（地質構造發育，巖性復雜，成土母質主要有石灰巖，砂巖.花崗巖，玄武巖，頁巖等.在這些成土母質上發育的土壤類型有：黃棕壤，黃壤，紅壤，燥紅壤，磚紅壤等.）域構造北西向斷裂發育、龍味背斜北冀，其中出露的地層（比較齊全，除白惡系缺失外，自元古界到第四系均有出露.）主要為二疊系下統和石炭系上統，區內總體降水量豐富，降但是水量平均分配不足，（年平均降雨量800毫米，）年平均氣溫為18.7度，無霜期324天，為早熟葡萄種植的區域.土壤以巖溶石灰為主。

數據收集與處理：在進行數據收集時主要彩高分辨率遙感影像最后生成數字化高程圖，要ARCGIS9。3操作平臺上完成該地形圖的矢量化和空間配準坡向圖、坡度圖等，并且運用遙感軟件，進行大氣校正、輻射定標、正射校正、影像融合等，從而為獲得果化區土壤理化指標布點作好準備。

樣點選擇，在網格均勻分布的基礎上，要充分考慮到區域內不同的坡度、海拔高度、地質條件、地塊大小、植被覆蓋等，確保室內空間的一般性以及代表性，同時，在完成網格布點后，還要將相應的采樣點輸入GPS，然后進行樣點的導航與監測。在實際監測過程中，若是測樣點為險峰（村莊）、裸巖、道路等地，需要將附近的50米以內進行調整，并且采用GPS記錄下來監測點的坐標，若是不能調整，則需要將該監測樣點刪除，然后遵照該原則得到有效的監測點，對于不同土層監測點，需要采用三參數監測。

根據以上分析可以知道，土壤PH值服從對數正態分布，但是只能說明其土壤養分含量的變化，而不能反映土壤局部的變化特征，更加無法反映土壤的隨機性、獨立性、結構性和相關性，因此，需要進一步采用統計學方法進行上述空間變異結構的分析，通過數據處理分析，獲得準確的結論。在進行數據分析時，采用標準差、平均值、最大值、最小值、變異系數、正態分布、峰度系數，運用統計學軟件完成土壤PH半方差函數模擬，并且將相關參數導入到地統計學模塊中，以獲得不同深度土壤PH值空間分布格局，以下為某一地區土壤PH值統計分析，具體如表1所示：

表1 某地土壤PH值統計分析

不同深度土壤PH值的空間分布格局存在著較強的相關性，20～40 cm和40～60cm土壤PH值空間格局相關性非常明顯。試驗地不同深度土壤PH值及其空間分布并不是完全獨立的，而是存在較強的連續、關聯性。相關分析表明，相鄰層次間土壤水分的相關性較大，隨著層次間隔距離增大，土壤水分相關性減小。

4 土壤pH值的空間異質性結果分析

4.1 土壤PH值描述統計特征：從表2可以知道，土壤PH值主要分布在4.47-7.78之間，均值的范圍約為6.35-6.54之間，說明土壤呈現偏酸性，不同深度土壤PH值垂直變異不顯著等，其中，以5cm表層土壤變化范圍最大，約在10%-30%之間，屬于中強度變異，若是從土壤的峰度和偏度來分析，土壤PH值呈同低闊峰分布和負偏態分布，利用K-S法對各層土壤PH值進行統計分布分析可以得到相應的非參數檢驗結果，該實驗結果研究表明，在0.05檢驗水平下，不同深度土壤的PH值均呈現相似的正態分布，可以不需要進行相應的數據轉化。

表2 土壤pH特征值

4.2 土壤PH值空間結構：在示范區，不同深度的土壤PH值的半方差函數分別適應于不同的高斯模型，通常其具體的決定系數主要在0.878-0.978之間，則說明模型的模擬度精度高，并且很好地反映示范區不同深度的土壤PH值相應的空間結構特征。

5 結語

總而言之，在研究土壤PH值空間特質性時，必須要保證取樣的合理性，通過綜合考慮到土壤PH值的空間分布，結合相應的統計學變化，明確取樣間隔、取樣布局、取樣形狀，以制定高效、合理的取樣方案，并將其作為土壤PH值的布設依據。

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