海南省保亭縣橡膠園土壤養分空間變異特征分析

高樂++吳炳孫++吳敏++韋家少++何鵬

摘 要 通過GIS和地統計學相結合的方法研究海南省保亭縣橡膠園土壤速效氮、磷和鉀含量的空間變異特征。結果表明：（1）土壤速效氮、磷、鉀在一定范圍內均存在空間相關性，速效氮和速效磷的空間相關性較弱，速效鉀的空間相關性中等，土壤速效氮、速效磷和速效鉀含量的相關距離變化范圍分別為6 938.8、18 040.8 、6 938.8 m。速效磷和速效氮的空間變異主要受人為因素影響，速效鉀受人為因素和自然因素的共同影響。（2）保亭縣膠園土壤速效氮整體水平較低，主要為第四和第五等級；速效磷含量整體水平為中偏低，主要為中下水平的第四等級，速效鉀含量整體水平較低，以第五等級為主。

關鍵詞 地統計學 ；GIS ；空間變異

分類號 S794.1

合理的氮、磷、鉀肥施用是目前橡膠園土壤養分管理的核心內容，而橡膠園土壤的供肥特性則是合理施肥的前提基礎。中國橡膠園土壤具有地形地貌復雜、耕作經營分散、單元地塊面積狹小等特點，土壤管理模式比較復雜。因此，研究橡膠園土壤養分的空間變異特征，探索一套適合橡膠園土壤的管理模式，具有重要的意義。隨著20世紀60年代以區域化變量理論為基礎的地統計分析方法和3S技術的發展，國內外眾多學者應用GIS和地統計學相結合的方法對不同尺度或不同作物上土壤養分的空間差異性進行了大量研究[1-5]，對土壤養分管理提供了很多有效措施[6-8]。本研究應用地統計學和GIS相結合的方法對保亭縣橡膠園土壤氮磷鉀的空間變異特性進行分析，為橡膠園的土壤管理提供依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

保亭縣位于海南省南部內陸，五指山南麓，北緯18°23′～18°53′，東經109°21′～109°48′，東接陵水縣，南鄰三亞市，西聯樂東縣，北依瓊中縣?？h境東西寬49 km，南北長54 km，總面積1 160.6 hm2，地勢西北高東南低，西部為高山區，北部為山區谷地，中部為低丘盆地，西南部為山地、高丘。保亭縣屬熱帶季風氣候區，具有熱量豐富，雨量充沛，蒸發量大，季風變化明顯的特點；全年日照約1 900～2 000 h，日照百分率達45%；年平均氣溫20.7～24.5℃，年平均降雨量2 000 mm。全縣轄6個鎮、3個鄉：保城鎮、什玲鎮、加茂鎮、響水鎮、新政鎮、三道鎮、六弓鄉、南林鄉、毛感鄉，境內有通什、新星、金江、南茂、三道5個國有農場以及國營保亭熱作所。

1.2 土壤樣品采集與分析

土壤樣品采集于2013年8～10月，用GPS與海南省保亭縣行政矢量電子圖結合指導定位，用網格采樣法進行采樣，網格間距為2.5 km×2.5 km，每個網格內各采集15個點的膠園0～20 cm土層（I）、20～40 cm土層（Ⅱ）土壤樣品，各土層土壤樣品充分混勻后作為一個混合樣品，總共采取了338個土壤樣品，并詳細記錄每個網格內中心采樣點的經緯度坐標。土樣帶回實驗室后經風干、過篩后再進行分析化驗。全磷采用氫氧化鈉堿熔-鉬銻抗比色法測定，速效磷采用鹽酸-氟化銨法測定[9]。

1.3 數據處理

利用spss 11.0對土壤養分指標進行常規統計，涉及地統計學的主要包括半方差函數和Kriging插值。其中，半方差函數分析采用GS+ version 9，空間插值采用Arcmap 9.3的地統計學分析模塊進行。

2 結果與分析

2.1 土壤養分統計特征值

對保亭縣膠園0～40 cm土層的土壤速效氮、速效磷、速效鉀進行描述性統計分析，得到相應的統計特征值（表1）。結果表明，土壤速效氮、磷、鉀含量的分布范圍分別為12.95～187.08、0.85～71.65、9.50～140.84 mg/kg，平均值分別為66.52、6.86、40.16 mg/kg。速效磷含量的變異系數為125.98%，屬于強變異；速效氮和速效鉀的變異系數分別為48.45%和48.35%，為中等變異；各指標均屬對數正態分布。以上描述性統計指標值反映了保亭縣膠園土壤速效養分含量的差異，可能是各地區差別化施肥管理措施造成的結果，也可能是土壤養分本底值差異造成的結果，而各養分指標符合正態分布類型，則表明其可運用地統計學方法進行養分差異原因的進一步探索。

2.2 膠園土壤速效養分氮、磷、鉀的空間結構分析

應用地統計方法，對采用網格法結合GPS定位技術采集的橡膠園土壤樣品的速效磷和速效鉀進行了空間變異分析（表2、3）。由表2可以看出，膠園土壤速效磷和速效鉀的各向同性半方差函數理論模型均為球形，預測誤差均值接近于0，均方根預測誤差與平均標準誤差最接近，標準均方根預測誤差接近于1，表明橡膠園各土層速效磷和速效鉀空間變異結構的半方差函數模型建立結果良好。

由表3 可知，土壤速效氮、速效磷和速效鉀含量的變程，也即最大相關距離分別為6 938.8、18 040.8、6 938.8 m，即在兩土層速效養分觀測值對應的最大相關距離內，各觀測值之間存在空間相關性，反之，各觀測值之間相互獨立。土壤養分指標半方差函數的塊金值與基臺值之比反映了養分指標的空間變異性程度和空間變異來源，土壤速效氮和速效磷含量的塊金值與基臺值之比分別為75.59%和84.39%，表明速效氮和速效磷的空間相關性較弱，主要受施肥管理等隨機因素影響其空間分布特征，而土壤速效鉀的塊金值與基臺值之比為55.38%，表明其空間相關性中等，空間分布受自然因素和隨機因素共同影響。

2.3 膠園土壤速效養分氮、磷、鉀的空間分布特征

根據GS+ version 9中各養分指標的半方差函數擬合參數，在ARCMAP 9.3的地統計學模塊中進行Kriging插值、等級分類等，獲得膠園速效氮、速效磷和速效鉀含量的等級分布圖（圖1）。圖1表明，保亭縣膠園土壤速效氮整體水平較低，主要為第四和第五等級，其中第四等級占49.89%，第五等級占50.096%。保亭縣膠園土壤速效磷含量以北部最高，主要為第三等級，中部為第四等級和第五等級交叉分布，南部主要為第四等級。保亭縣膠園土壤速效磷含量整體水平為中偏低，61.58%為中下水平的第四等級，26.83%為低水平的第五等級。保亭縣膠園速效鉀含量南部較高，主要為第四等級，中部主要為第五等級，北部為第五等級和第六等級交叉分布，以第五等級為主。速效鉀整體水平較低，75.04%為低水平第五等級，12.38%為極低水平的第六等級（表4）。

3 結論與討論

研究表明，基于GIS和地統計學方法能夠很好地研究和反映土壤養分的空間變異規律[10]。本研究表明，土壤速效氮和鉀含量中等程度變異，變異系數分別為48.45%和48.35%，但速效磷含量強變異，變異系數為125.98%，各指標均屬對數正態分布。在一定的范圍內，3種養分要素均存在空間相關性，速效氮和速效磷的空間相關性較弱，主要受施肥管理等隨機因素影響其空間分布特征，而土壤速效鉀的空間相關性中等，空間分布受自然因素和隨機因素共同影響。土壤速效氮、速效磷和速效鉀含量的相關距離變化范圍分別為6 938.8、18 040.8、6 938.8 m。一般情況，土壤養分的空間變異特性主要受自然因素和隨機因素驅動，自然因素主要包括地形地貌和成土母質等，隨機因素主要是施肥管理等人為因素，其中，土壤養分含量的均衡化發展主要受人為因素影響 [2，11-12]。本研究表明，保亭縣橡膠園土壤速效磷和速效氮的空間變異主要受人為因素影響，速效鉀受人為因素和自然因素的共同影響，人為因素對膠園土壤速效氮、磷和鉀含量空間變異的影響程度為速效磷>速效氮>速效鉀。

根據各養分指標的半方差函數擬合參數，利用Kriging插值法進行內插，并結合養分的分級標準對內插結果進行分級，所得的空間變異圖能很好地反映土壤養分的空間變異特征和豐缺狀況[2]。本研究表明，保亭縣膠園土壤速效氮整體水平較低，主要為第四和第五等級；速效磷含量整體水平為中偏低，主要為中下水平的第四等級，其中北部最高，主要為第三等級，中部為第四等級和第五等級交叉分布，南部主要為第四等級。保亭縣膠園速效鉀含量整體水平較低，以第五等級為主，其中南部較高，中北部低。

總體可以看出，保亭縣橡膠園當前土壤速效氮、速效磷和速效鉀空間結構特征明顯，但整體水平普遍較低，因此，有必要針對當前膠園土壤的養分狀況制定合適的宏觀土壤分區管理措施，以達到培肥膠園土壤和增加天然橡膠產量的目的。

參考文獻

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3 結論與討論

研究表明，基于GIS和地統計學方法能夠很好地研究和反映土壤養分的空間變異規律[10]。本研究表明，土壤速效氮和鉀含量中等程度變異，變異系數分別為48.45%和48.35%，但速效磷含量強變異，變異系數為125.98%，各指標均屬對數正態分布。在一定的范圍內，3種養分要素均存在空間相關性，速效氮和速效磷的空間相關性較弱，主要受施肥管理等隨機因素影響其空間分布特征，而土壤速效鉀的空間相關性中等，空間分布受自然因素和隨機因素共同影響。土壤速效氮、速效磷和速效鉀含量的相關距離變化范圍分別為6 938.8、18 040.8、6 938.8 m。一般情況，土壤養分的空間變異特性主要受自然因素和隨機因素驅動，自然因素主要包括地形地貌和成土母質等，隨機因素主要是施肥管理等人為因素，其中，土壤養分含量的均衡化發展主要受人為因素影響 [2，11-12]。本研究表明，保亭縣橡膠園土壤速效磷和速效氮的空間變異主要受人為因素影響，速效鉀受人為因素和自然因素的共同影響，人為因素對膠園土壤速效氮、磷和鉀含量空間變異的影響程度為速效磷>速效氮>速效鉀。

根據各養分指標的半方差函數擬合參數，利用Kriging插值法進行內插，并結合養分的分級標準對內插結果進行分級，所得的空間變異圖能很好地反映土壤養分的空間變異特征和豐缺狀況[2]。本研究表明，保亭縣膠園土壤速效氮整體水平較低，主要為第四和第五等級；速效磷含量整體水平為中偏低，主要為中下水平的第四等級，其中北部最高，主要為第三等級，中部為第四等級和第五等級交叉分布，南部主要為第四等級。保亭縣膠園速效鉀含量整體水平較低，以第五等級為主，其中南部較高，中北部低。

總體可以看出，保亭縣橡膠園當前土壤速效氮、速效磷和速效鉀空間結構特征明顯，但整體水平普遍較低，因此，有必要針對當前膠園土壤的養分狀況制定合適的宏觀土壤分區管理措施，以達到培肥膠園土壤和增加天然橡膠產量的目的。

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3 結論與討論

研究表明，基于GIS和地統計學方法能夠很好地研究和反映土壤養分的空間變異規律[10]。本研究表明，土壤速效氮和鉀含量中等程度變異，變異系數分別為48.45%和48.35%，但速效磷含量強變異，變異系數為125.98%，各指標均屬對數正態分布。在一定的范圍內，3種養分要素均存在空間相關性，速效氮和速效磷的空間相關性較弱，主要受施肥管理等隨機因素影響其空間分布特征，而土壤速效鉀的空間相關性中等，空間分布受自然因素和隨機因素共同影響。土壤速效氮、速效磷和速效鉀含量的相關距離變化范圍分別為6 938.8、18 040.8、6 938.8 m。一般情況，土壤養分的空間變異特性主要受自然因素和隨機因素驅動，自然因素主要包括地形地貌和成土母質等，隨機因素主要是施肥管理等人為因素，其中，土壤養分含量的均衡化發展主要受人為因素影響 [2，11-12]。本研究表明，保亭縣橡膠園土壤速效磷和速效氮的空間變異主要受人為因素影響，速效鉀受人為因素和自然因素的共同影響，人為因素對膠園土壤速效氮、磷和鉀含量空間變異的影響程度為速效磷>速效氮>速效鉀。

根據各養分指標的半方差函數擬合參數，利用Kriging插值法進行內插，并結合養分的分級標準對內插結果進行分級，所得的空間變異圖能很好地反映土壤養分的空間變異特征和豐缺狀況[2]。本研究表明，保亭縣膠園土壤速效氮整體水平較低，主要為第四和第五等級；速效磷含量整體水平為中偏低，主要為中下水平的第四等級，其中北部最高，主要為第三等級，中部為第四等級和第五等級交叉分布，南部主要為第四等級。保亭縣膠園速效鉀含量整體水平較低，以第五等級為主，其中南部較高，中北部低。

總體可以看出，保亭縣橡膠園當前土壤速效氮、速效磷和速效鉀空間結構特征明顯，但整體水平普遍較低，因此，有必要針對當前膠園土壤的養分狀況制定合適的宏觀土壤分區管理措施，以達到培肥膠園土壤和增加天然橡膠產量的目的。

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