基于GIS的九寨溝縣域土壤養分空間變異特征

陳春燕 杜興端 李曉莉 李曉

（1.四川省農業科學院，a.農業信息與農村經濟研究所；b.農村發展研究中心，成都 610066；

2.四川比爾投資咨詢有限公司，成都 610066）

摘要：利用地統計學方法和GIS技術研究了四川省九寨溝縣土壤有機質、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀和pH的空間異質性。結果表明，土壤有機質、全氮含量豐富，處于一級水平；堿解氮、速效磷、速效鉀和pH的空間異質性相對較大，堿解氮含量均值為89.95 mg/kg，速效磷含量均值為36.83 mg/kg，速效鉀含量均值為144.70 mg/kg，pH均值為7.91。提出應增施堿解氮肥、分類施用鉀肥和磷肥，注意補充養分與調節相結合，并采取相應的措施調節土壤酸堿度。

關鍵詞：耕地；土壤養分；空間變異特征；地統計學；GIS；九寨溝縣

中圖分類號：S153.6 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）21-5277-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.21.018

Spatial Variability Characteristics of Soil Nutrients in Jiuzhaigou County

Using GIS Technique

CHEN Chun-yan1a，1b， DU Xing-duan1a，1b， LI Xiao-li2， LI Xiao1a，1b

（1a.Agricultural Information and Rural Economy Institute； 1b.Center for Rural Development Research， Sichuan Academy of Agriculture Sciences， Chengdu 610066， China； 2.Sichuan Bier Investment Consulting Co.， Ltd.， Chengdu 610066， China）

Abstract： By the methods of geo-statistics and GIS， the spatial heterogeneity of soil organic matter， total nitrogen， available nitrogen， available phosphorus， available potassium， and pH in Jiuzhaigou County was studied. The results showed that the contents of organic matter and total nitrogen were at grade I level， and others such as available nitrogen， available phosphorus， available potassium， and pH had significant spatial heterogeneity， with mean content of 89.95 mg/kg， 36.83 mg/kg， 144.70 mg/kg and 7.91 respectively. According to the analysis above， these measures that adding available nitrogen， applying potash and phosphate fertilizer differently， and regulating soil pH were suggested.

Key words：arable land；soil nutrient； spatial variability characteristics； geo-statistics； GIS； Jiuzhaigou county

土壤肥力是土壤最重要的生態功能之一，缺乏對土壤養分狀況的了解而盲目施肥和過量施肥在山區農業生產中普遍存在，結果不僅降低了肥料的利用效率，而且造成了較為嚴重的農業面源污染問題[1]。全面客觀地評價土壤的養分水平不僅是科學施肥的依據，也是農業技術推廣和指導農業生產的基礎[2]。九寨溝是中國生態保護重點區域和西南生態安全屏障，對九寨溝縣域耕地土壤養分空間特異性進行研究不僅成為九寨溝縣推進現代農業實施的前提和基礎，而且也是控制農業面源污染、實現農業效益綜合提高和可持續發展的必然要求。

地統計學和GIS技術是研究土壤時空變異特征的較好方法，國內外學者結合地統計學和GIS技術對土壤有機質、全氮、硝態氮、全磷、速效磷、速效鉀等的空間分布和評價已有不少研究。例如，Zhang等[3]結合GIS技術和地統計學對愛爾蘭東南部草原地區土壤有機碳的空間分布特征進行了研究；王貴政[4]基于GIS技術研究了河北省唐山市豐南區耕層土壤養分空間分布；周云龍等[5]調查了四川阿壩土壤與空氣中氡氣濃度及分布。目前尚未有關于采取地統計學和GIS技術研究重點生態功能區耕地土壤養分的時空異質性的報道。本研究利用地統計學和GIS技術對九寨溝縣域耕地土壤養分空間異質性進行分析研究，為當地配方施肥和土地可持續利用提供依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

四川省九寨溝縣位于東經103°46′—104°04′，北緯32°54′—33°19′。屬深切割高山，山地總面積占86%，兼有部分山原和零散平壩。山原多分布在塔藏夏日柯河以西海拔3 000 m以上地帶，是縣內主要牧區和中藥材種植區。零散的平壩集中于縣城一帶的河谷和郭元、黑河、玉瓦、白河等處，占全縣面積的0.2%，是主要的糧食產區。屬高原濕潤氣候，氣候垂直差異明顯，干、雨季分明，年均氣溫12.7 ℃，年均日照時間1 636 h，年均降水量600 mm。九寨溝縣以地帶性土壤為主，從低海拔到高海拔，土壤呈現垂直分布規律（圖1）。

1.2 土樣采集與分析

考慮九寨溝縣土壤、植被、土地利用和地形等因素的影響，對各鄉鎮的土壤進行采樣，共采集樣點299個（圖2），每個采樣點采集0～20 cm土樣。采樣點基于農業實際應用，大部分位于農田，部分采樣點位于林地、菜地和草地等。野外采集的土樣在實驗室自然風干，用木棍磨碎后剔除植物殘根、侵入體和新生體等，過2 mm孔徑的篩子后待用。有機質含量采用K2Cr2O7-H2SO4氧化法測定；全氮含量采用凱氏定氮法測定；堿解氮含量采用堿解擴散法測定；速效磷含量采用鉬銻抗比色法測定；速效鉀含量采用火焰光度法測定[6]。

1.3 數據處理

采用IBM SPSS Statistics 21進行土壤有機質、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀含量和pH的描述性統計分析，運用ArcGIS 9.3的地統計分析模塊中Kriging插值法繪制了0～20 cm表層土壤有機質、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀含量和pH的空間分布圖。

2 結果與分析

2.1 土壤養分的描述性統計分析結果

對299個樣點0～20 cm土壤層養分進行描述性統計分析，結果見表1。由表1可知，九寨溝縣土壤有機質含量均值為40.62 g/kg，變幅為9.30～98.70 g/kg；全氮含量均值為2.22 g/kg，變幅為0.23～5.70 g/kg；堿解氮含量均值為89.95 mg/kg，變幅為23.00～135.00 mg/kg；速效磷含量均值為36.83 mg/kg，變幅為1.40～131.10 mg/kg；速效鉀含量均值為144.70 mg/kg，變幅為29.00～452.00 mg/kg；pH均值為7.91，變幅為5.01～9.03。

除pH變異較小外，有機質和土壤養分均表現為中等程度變異。速效磷變異程度最大，其變異系數達83%，隨后依次為速效鉀、全氮、有機質、堿解氮、pH。單樣本K-S檢驗表明全氮和堿解氮呈正態分布，而其他養分和pH均不能通過5%水平檢驗。對不符合正態分布的變量進行了轉換，轉換后有機質、速效磷、速效鉀和pH均服從對數正態分布。

由描述性統計與正態分布檢驗的結果可知，本研究數據滿足地統計學分析和空間插值要求，可以直接用于變異函數分析。

2.2 土壤養分空間分布特征

2.2.1 土壤有機質空間分布特征 土壤有機質是土壤系統的基礎物質，是土壤中各種營養元素特別是氮、磷的重要來源，是評價土壤質量的一個重要指標，它反映了土壤的熟化程度和肥力狀況。在一定范圍內，有機質含量越高，土壤肥力越高，一般土壤的全氮量占有機質含量的5%左右[7]。在研究范圍內，2/3以上地區的有機質含量多在40 g/kg以上，以九寨溝縣西部最為集中，中東部高海拔區域也比較突出，其中玉瓦鄉玉瓦橋村坎坡下地有機質含量最高為98.70 g/kg；有機質含量在30～40 g/kg的點也分布較多，占樣本數的22.74%，主要集中在九環線和玉瓦鄉；有機質含量在30 g/kg以下的較少，主要分布在大錄鄉，含量最低的是羅依鄉順和村門底里地，有機質為9.30 g/kg。有機質空間分布見圖3。

2.2.2 土壤N、P、K空間分布特征 土壤全氮是評價土壤肥力和土壤質量的重要指標，是全球碳循環的重要源和匯，目前已成為土壤科學、環境科學研究的熱點之一[8]。堿解氮含量反映了土壤氮素的供應情況，與作物生長密切相關。土壤速效磷、速效鉀含量是衡量土壤磷素、鉀素養分供應能力的指標，其分布反映了土壤中可供植物吸收利用的磷、鉀含量情況。

九寨溝縣的全氮含量十分豐富，52.84%的研究區域全氮含量在2 g/kg水平以上，草地鄉上草地村楊家灣地全氮含量最高，為5.70 g/kg，最低為保華鄉土門村，全氮含量為0.23 g/kg。75.92%的研究區域堿解氮含量處于60～120 mg/kg的水平，堿解氮含量最高的為草地鄉上草地村樹下子、草地鄉上草地房坎下、郭元鄉水溝村橋頭上、羅依鄉大寨子邊石浪地，均達到135.00 mg/kg。速效磷含量差異性較大，速效磷含量在40 mg/kg以上的樣點數占樣本總數的34.11%，尤以勿角鄉、黑河鄉、大錄鄉區域水平較高，其中草地鄉上草地村樹下子最高，為131.10 mg/kg；26.09%的研究區域速效磷含量在20～40 mg/kg，最低為白河鄉太平村，速效磷含量僅為1.40 mg/kg。速效鉀含量差異性亦較大，速效鉀含量在200 mg/kg以上的樣點數占樣本總數的23.08%，雙河鄉下甘座村速效鉀含量最高，為452.00 mg/kg，速效鉀含量在150～200 mg/kg的樣本占樣本總數的16.39%，速效鉀含量在100～150 mg/kg的樣本占樣本總數的33.78%，保華鄉靈寶村速效鉀含量最低，僅為29.00 mg/kg。N、P、K空間分布見圖4、圖5、圖6、圖7。

2.2.3 土壤pH空間分布特征 土壤酸堿性是土壤屬性的重要指標，不僅直接影響土壤肥力和植物生長，還會影響養分的有效性。由表1可知，九寨溝縣土壤多呈堿性，全縣土壤pH平均為7.91，變幅為5.01～9.03。從鄉鎮分布看，九寨溝縣陵江鄉、大錄鄉、勿角鄉以中性土壤為主，陵江鄉、雙河鄉還存在少量微酸性土壤，其余鄉鎮的土壤多呈堿性（圖8）。

3 結論

九寨溝縣屬于重點生態功能區，生態環境優良、地形地貌復雜、人為干擾較少。九寨溝縣具備發展優質農產品的基礎條件，土壤有機質、全氮含量豐富，且其空間異質性不明顯，均值分別為40.62、2.22 g/kg，均達到一級水平；但堿解氮含量較低，均值為89.95 mg/kg，處于四級水平。因此應增加有效氮肥施用量，有機肥與無機肥相結合，同類作物在施肥方案中氮可采用同一標準，均量管理。速效磷、速效鉀的空間異質性相對明顯，速效磷含量均值為36.83 mg/kg，處于二級水平；速效鉀含量較低，均值為144.70 mg/kg，處于三級水平。因此，應分類施用鉀肥和磷肥，注意補鉀、磷與調鉀、磷相結合，在制定配方施肥時要重點考慮鉀、磷的精準養分管理。九寨溝縣土壤多呈堿性，堿性土壤中微量元素（ 尤其是錳、銅、鋅等）有效性差，因此在農業生產中要注意采取措施調節土壤的酸堿度。

受歷史資料的限制，本研究只分析了九寨溝縣土壤有機質、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀等養分的空間分布，但土壤速效磷和速效鉀的含量受季節變化影響也較大，因此，還需對土壤養分的時空變異性做進一步深入研究，尤其要加強對九寨溝縣主導農產品生長的不同時期及不同年份土壤養分變異的研究，估算土壤養分限制其生產的閾值水平，以更好地指導當地農業。

參考文獻：

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[8] 李文芳，楊世俊，文池夫.土壤有機質的環境效應[J].環境科學動態，2004（4）：31-33.