寧夏砂田小尺度土壤性質(zhì)空間變異特征與肥力評價

王幼奇，白一茹，趙云鵬

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寧夏砂田小尺度土壤性質(zhì)空間變異特征與肥力評價

王幼奇，白一茹，趙云鵬

（寧夏大學資源環(huán)境學院，銀川 750021）

【目的】砂田是西北干旱、半干旱地區(qū)農(nóng)民在惡劣的氣候、土壤和地形等自然條件下，為了生存經(jīng)過長期生產(chǎn)實踐不斷總結創(chuàng)新所形成的一種獨特的耕作方式。保持和提高砂田土壤肥力質(zhì)量是改善土地生產(chǎn)力、延緩砂田退化的基礎。【方法】按照10 m×10 m網(wǎng)格方式采集110個砂田土壤表層（0—20 cm）樣品，選取土壤有機碳、全氮、全磷、全鉀、速效磷、速效鉀、pH和電導率作為土壤肥力特征的評價因子，采用相關系數(shù)法確定各土壤肥力指標的權重，根據(jù)寧夏砂田土壤特征和作物品種，選擇隸屬度函數(shù)曲線類型，同時確定隸屬度函數(shù)轉(zhuǎn)折點取值，然后根據(jù)各土壤肥力因子的權重和隸屬度值計算土壤綜合肥力指數(shù)值；利用地統(tǒng)計學分析方法構建土壤各肥力因子的最適半方差函數(shù)模型，確定砂田土壤各肥力因子的空間變異特征和空間格局；結合土壤綜合肥力指數(shù)值及其空間分布狀況對砂田土壤肥力特征進行分級評價。【結果】經(jīng)典統(tǒng)計表明，pH的變異系數(shù)最小僅為0.01，表現(xiàn)為弱變異，均值為9.15，土壤呈堿性。其他肥力指標變異系數(shù)處于0.10—0.72，屬于中等變異。通過極差可以看出各項土壤性質(zhì)含量在農(nóng)田尺度存在明顯的差異。研究區(qū)土壤綜合肥力指數(shù)值在0.18—0.59，平均值為0.34。地統(tǒng)計學表明，砂田土壤各項肥力指標塊金系數(shù)均小于25%，呈現(xiàn)出較強空間自相關性。通過普通克里格空間插值圖可以看出，土壤有機碳在田塊尺度上分布較為均勻，含量集中在1.5—2.5 g·kg-1，在研究區(qū)南側(cè)有機碳有島狀高含量點存在；電導率分布也較為均勻，集中在100—300 μs·cm-1，其在北部含量較高；土壤全氮、全磷和全鉀含量普遍較低，在空間呈現(xiàn)出明顯的斑塊狀分布特征；土壤速效磷和速效鉀在研究區(qū)北部有島狀高含量點存在；pH在整個研究區(qū)呈現(xiàn)明顯的斑塊狀分布特征。土壤綜合肥力指數(shù)值空間分布狀況表明，研究區(qū)Ⅲ類地分布最廣，占整個研究區(qū)面積的56%，屬中等肥力狀況。砂田南部以Ⅱ類地為主，占整個研究區(qū)面積的25%，肥力狀況良好。Ⅳ類地占整個區(qū)域面積18%，其肥力狀況較差。【結論】土壤性質(zhì)和土壤肥力指數(shù)在田塊尺度上空間分布復雜、規(guī)律性不明顯，呈斑塊狀分布特征。根據(jù)各項土壤屬性指標和土壤綜合肥力指數(shù)值的分布情況判斷，砂田土壤肥力總體水平較低，其中有機碳和全氮是制約砂田土壤肥力的主要限制因子。應通過增施有機肥、輪作和休耕等方式改良和培肥土壤。

土壤肥力；空間變異；隸屬度函數(shù)；砂田；評價

0 引言

【研究意義】土壤肥力是土壤各種性質(zhì)的綜合表現(xiàn)和本質(zhì)屬性[1-2]。近些年由于人為因素導致中國部分土壤質(zhì)量下降和土壤污染，科學合理的評價土壤肥力狀況對提高土地生產(chǎn)力、促進土地開發(fā)整理、農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和防止土壤面源污染有重要作用[3-4]。壓砂技術在歷史上被廣泛的應用到以蘭州為中心的西北旱區(qū)[5]。為了提高土地生產(chǎn)力，寧夏大力發(fā)展砂田，砂田面積已由2003年前累計的6.47×103hm2發(fā)展到現(xiàn)在的6.67×104hm2。由于砂田耕作管理方式粗放，隨著種植年限增加其呈現(xiàn)出土壤質(zhì)量下降和生產(chǎn)力顯著降低等現(xiàn)象[6-7]，原因之一在于沒有客觀評價和認識土壤肥力狀況，很難實施精準管理，因此準確、客觀評價砂田土壤肥力是防治砂田土壤退化和提高生產(chǎn)力的關鍵措施之一。【前人研究進展】目前，地統(tǒng)計和空間信息技術的發(fā)展為土壤質(zhì)量評價提供了更為便捷、精確和直觀的處理平臺。近些年，國內(nèi)外學者逐漸將土壤肥力評價與空間信息技術結合研究[8-10]，特別是針對大中尺度土壤性質(zhì)及肥力特征的空間變異特征、分布及評價等研究較多[11-13]，一般而言大中尺度土壤性質(zhì)空間變異性分析對于土壤空間數(shù)據(jù)庫建立、實現(xiàn)數(shù)字化管理有重要意義；而小尺度上由于植被類型、微地形、施肥及耕作方式等會影響和改變田塊土壤性質(zhì)及肥力狀況，進而導致土壤性質(zhì)在小尺度上形成空間分異特征[14]。因此隨著研究的深入，一些學者針對小尺度土壤屬性空間特征進行分析。如陸安祥等[15]對北京大興區(qū)小尺度農(nóng)田土壤重金屬進行分析，發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)活動改變了土壤性質(zhì)和質(zhì)地從而形成小尺度的空間分異。呂貽忠等[16]發(fā)現(xiàn)植被群落變化是影響鄂爾多斯沙地小尺度土壤養(yǎng)分空間變異的主要因素。張晨成等[17]分析陜北坡面土壤干層空間分布特征，結果表明土壤入滲性能和微地形是影響干層空間分布的主要因素。趙春雷等[18]發(fā)現(xiàn)土壤機械組成和容重的空間變化會影響黃土高原北部坡面小尺度土壤飽和導水率的空間變異特征。可以看出，小尺度上土壤屬性的空間變異特征容易受到如植被、土壤質(zhì)地、地形及耕作方式等因素的影響。同時研究尺度過大會使得小尺度空間變異規(guī)律被掩蓋，即半方差函數(shù)模型不能真實反映土壤空間結構[14]。【本研究切入點】研究者針對大、中尺度土壤肥力及其空間分布特征研究較多，但是對小尺度土壤肥力狀況進行綜合評價較少。因此利用精細空間定點采樣，探究農(nóng)田尺度下砂田土壤性質(zhì)空間變異特征并對其肥力狀況進行綜合評價，可為更大尺度的土壤管理提供幫助。【擬解決的關鍵問題】本研究以寧夏中部旱區(qū)砂田土壤為對象，結合地統(tǒng)計學和模糊數(shù)學分析砂田土壤各肥力指標的空間變異和分布特征，并對其土壤肥力進行綜合評價，為砂田合理施肥、防止砂田退化和防止農(nóng)業(yè)面源污染提供合理建議和數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

取樣地點選在寧夏中衛(wèi)市興仁鎮(zhèn)。平均海拔1 679 m，年平均氣溫13.5℃，年日照時數(shù)2 990 h，年均蒸發(fā)量2 250 mm，年均降水量247 mm。屬寧南溫暖風沙干旱區(qū)[7]。取樣地塊平整，種植作物為硒砂瓜，耕作方式為土壤表層覆蓋10—15 cm砂石，砂源來自香山分化碎石。

1.2 樣點布設及土樣采集測定

在2014年4月上旬整地前選擇壓砂年限為4年的硒砂瓜地進行土壤樣品采集。經(jīng)過前期調(diào)研和采樣分析，該田塊種植作物、土壤性質(zhì)及耕作方式在研究區(qū)具有代表性。按照10 m×10 m網(wǎng)格方式采集土壤樣品，采樣點為110個。取樣時去掉覆蓋在土壤上的砂石層，每個采樣點在1 m半徑內(nèi)使用土鏟采集土壤表層（0—20 cm）樣品4個，混合后采用四分法留約1 kg土樣。樣品風干、剔除雜質(zhì)后研磨過20和60目篩備用。取樣點位置分布詳見圖1。根據(jù)砂田土壤特點和相關研究選取和確定評價指標分別為土壤有機碳、全磷、速效磷、全氮、全鉀、速效鉀、pH和電導率[7]。

圖1 樣點布設圖

指標測定方法：有機碳用重鉻酸鉀容量法；全氮用凱氏定氮法；全磷用HClO4-H2SO4比色法測定；全鉀用NaOH熔融法；速效磷用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法；速效鉀用NH4Ac浸提法；pH用電位法（土水比為5﹕1）；電導率用電導率儀（土水比為5﹕1）[19]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

1.3.1 土壤肥力指標權重計算 不同土壤因子對肥力的貢獻和作用不同，需確定各項指標的權重。目前確定權重的方法較多如相關系數(shù)法[10]、主成分分析法[11]和層次分析法[12]等，本研究采用相關系數(shù)法確定各土壤肥力指標權重，避免了人為主觀影響[8]。首先計算單項指標間相關系數(shù)（表1），然后根據(jù)相關系數(shù)獲得單項指標與其他指標間的相關系數(shù)均值，將該均值與所有指標相關系數(shù)均值總和的比作為該項因子的權重（表2）。

表1 指標間相關系數(shù)

表2 平均相關系數(shù)及指標權重

1.3.2 肥力指標隸屬度函數(shù)確定 建立各個肥力指標的隸屬函數(shù)模型，計算隸屬度。土壤有機碳、全氮、全磷、速效磷、速效鉀和電導率采用S型隸屬函數(shù)（公式1），pH采用拋物線型隸屬函數(shù)（公式2）[20]。

（2）

根據(jù)寧夏砂田土壤特征、作物品種及相關研究結果[7]，確定隸屬函數(shù)曲線轉(zhuǎn)折點的值，具體見表3。

表3 隸屬度函數(shù)曲線中評價指標的轉(zhuǎn)折點取值

1.3.3 肥力評價指數(shù)的計算 計算土壤綜合肥力指數(shù)（integrated fertility index，），具體計算公式如下：

式中，為參評因子數(shù)；W為第個因子的權重；F為第個因子的隸屬度。取值為0—1，其值越接近1，表明土壤肥力越高。

1.3.4 土壤綜合肥力分級 參考寧夏砂田土壤肥力特征，以值為依據(jù)，根據(jù)等距法將砂田肥力劃分為5個等級[21- 22]，具體見表4。

1.3.5 空間變異性分析 采用地統(tǒng)計學分析各項土壤肥力指標和值的空間變異特征。其公式表達式為[23]：

式中，()為半方差函數(shù)，為滯后距離，()為相距的數(shù)據(jù)點對數(shù)，()為區(qū)域化變量在處實測值，(+)為區(qū)域化變量在+處實測值。

利用SPSS 17.0對各項土壤肥力性質(zhì)含量和值進行經(jīng)典統(tǒng)計分析，地統(tǒng)計分析在GS+7.0中完成，克里格空間插值圖利用Surfer 8.0完成。

表4 土壤綜合肥力指數(shù)分級

2 結果

2.1 各項肥力指標特征分析

2.1.1 各項肥力指標描述性統(tǒng)計 從表5可以看出，pH的變異系數(shù)最小僅為0.01，表現(xiàn)為弱變異。pH的均值為9.15，土壤呈堿性。其他肥力指標的變異系數(shù)處于0.10—0.72，屬于中等變異強度。同時通過極差可以看出各項肥力指標含量在農(nóng)田尺度存在明顯的差異。全鉀和pH的偏度為負值，其分布峰為左偏。其他肥力指標的偏度值為正值，分布峰為右偏。土壤各項肥力指標概率分布采用Kolmogorov- Smirnov（K-S）法檢驗（表5），有機碳、全磷和電導率的K-S檢驗值均小于0.05，沒有通過正態(tài)分布檢驗。全氮、全鉀、速效磷、速效鉀和pH值的值分別為0.204、0.62、0.23、0.677和0.299，均大于0.05，通過了K-S正態(tài)分布檢驗。

2.1.2 各項肥力指標空間特征 由于有機碳、全磷和電導率不符合正態(tài)分布，所以對數(shù)據(jù)進行對數(shù)轉(zhuǎn)化，使其符合對數(shù)正態(tài)分布特征，進行地統(tǒng)計學分析。砂田土壤各項肥力指標半方差函數(shù)模型及參數(shù)見表6。根據(jù)殘差平方和最小、相關系數(shù)最大的原則確定最適半方差函數(shù)模型。全磷符合線形模型，全鉀符合球形模型，其他各項肥力指標均符合高斯模型。田塊尺度上全磷的塊金系數(shù)大于75%，表明在空間上呈現(xiàn)弱空間自相關性，主要受隨機性因素的影響，即施肥、灌溉和耕作方式對砂田全磷的影響大。其他各項肥力指標的塊金系數(shù)均小于25%，主要受結構性因素（母質(zhì)、氣候和地形等）的影響，呈現(xiàn)出較強空間自相關性和格局。各項肥力指標的變程范圍處于19.75—84.90 m，說明各項肥力指標的空間自相關范圍存在較大差異，即影響各項肥力的生態(tài)過程在不同尺度上起作用。原因在于傳統(tǒng)施肥和灌溉方式使土壤肥力指標空間分布的差異性增大。各項土壤肥力指標的變程均大于取樣間距，所以分析砂田土壤肥力特征時可以適當?shù)臏p少采樣點數(shù)、增加采樣面積。

半方差函數(shù)不能直觀反映各項肥力指標空間特征，所以繪制影響土壤質(zhì)量的各項肥力指標空間分布圖（圖2）。圖中可以看出，有機碳在田塊尺度上分布較為均勻，含量集中在1.5—2.5 g·kg-1，在研究區(qū)南側(cè)有機碳有島狀高含量點存在；電導率在田塊尺度上分布也較為均勻，電導率值集中在100— 300 μs·cm-1，其在北部含量較高；全氮、全磷和全鉀含量普遍較低，在空間呈現(xiàn)出斑塊狀分布特征；速效磷和速效鉀在研究區(qū)北部有島狀高含量點存在；pH范圍在8.74—9.53，在空間上也呈現(xiàn)出斑塊狀分布特征。總體上，各土壤屬性在田塊尺度上空間分布復雜、規(guī)律性不明顯，說明砂田土壤性質(zhì)受覆砂、灌溉、施肥及作物對土壤養(yǎng)發(fā)的吸收等因素影響，導致土壤性質(zhì)在田塊尺度上存在明顯的空間分異特征。

表5 各項指標含量描述性統(tǒng)計

表6 砂田各項土壤肥力指標半方差函數(shù)模型及參數(shù)

G：高斯模型， S：球形模型，L：線形模型 G: Gauss model, S: Spherical model, L: Line model

圖2 砂田土壤有機碳（a）、全氮（b）、全磷（c）、全鉀（d）、速效磷（e）、速效鉀（f）、pH（g）和電導率（h）空間分布

2.2 土壤肥力綜合指標值（）特征分析

2.2.1描述性統(tǒng)計 表7對寧夏砂田110個樣點的值進行描述性統(tǒng)計，研究區(qū)值在0.18—0.59，平均值為0.34。值的變異系數(shù)為0.21，屬于中等變異。通過偏度和峰度系數(shù)可知，值的偏度為正值，表明分布峰為左偏。值概率分布采用K-S法檢驗（表7），其值為0.793（大于0.05），通過了KS正態(tài)分布檢驗。圖3利用各項土壤肥力指標對應的平均隸屬度值繪制雷達圖，反映各項肥力指標的狀態(tài)和砂田土壤整體的肥力水平。可以看出，有機碳、全氮和pH平均隸屬度值最小，約為0.1；電導率和速效磷次之，約為0.3；全磷約為0.4；而全鉀和速效鉀的平均隸屬度值均高于0.6。總體上各項肥力指標構成的多邊形面積較小，說明砂田的土壤肥力較低。

表7 IFI值描述性統(tǒng)計

2.2.2空間特征 通過圖4可知，砂田土壤幾乎全被Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ類占據(jù)，占整個研究區(qū)的99%。其中Ⅲ類地分布最廣，占整個區(qū)域面積56%。砂田南部以Ⅱ類地為主，Ⅱ類地占整個區(qū)域面積25%。Ⅳ類地占整個區(qū)域面積18%，主要分布在砂田北部。Ⅰ類地僅占整個區(qū)域面積的1%。土壤肥力特征在空間上呈現(xiàn)出斑塊狀。

圖4 土壤IFI分布圖

3 討論

土壤質(zhì)量直接影響農(nóng)作物生長發(fā)育及人類生產(chǎn)生活，對于維護土壤生產(chǎn)力、食物鏈安全和人類健康具有重要作用[4, 7, 10]。評價區(qū)域土壤質(zhì)量，有助于了解研究區(qū)土壤管理及利用現(xiàn)狀，明確土壤生產(chǎn)力限制因子及宜耕模式，為當?shù)赝寥蕾|(zhì)量改善及可持續(xù)利用提供理論及數(shù)據(jù)支撐[11-13]。本研究基于10 m×10 m網(wǎng)格布點采樣，將土壤有機碳、全磷、速效磷、全氮、全鉀、速效鉀、pH和電導率8項土壤性質(zhì)作為砂田土壤質(zhì)量評價的因素。經(jīng)典統(tǒng)計表明，土壤性質(zhì)極差有大（電導率）、有小（pH），說明這些土壤屬性數(shù)值范圍存在較大差異。通過變異系數(shù)可以看出土壤本身固有的屬性具有更好的穩(wěn)定特征，如pH的變異系數(shù)為0.01，原因可能是研究范圍較小，pH變化不大，這與崔瀟瀟等[10]和葉回春等[24]的研究結果一致。同時，全磷、全氮和全鉀的變異系數(shù)分別為：0.18、0.10和0.10，而速效養(yǎng)分受施肥和耕作方式的影響較大。張學雷等[25]對豫中褐土耕地進行評價也得出了相似結論。

從土壤屬性空間變異特征的角度分析區(qū)域土壤質(zhì)量狀況，有利于從整體上了解土壤屬性空間格局和分異特征，彌補了經(jīng)典統(tǒng)計忽略空間描述的缺陷[26]。根據(jù)地統(tǒng)計學分析可知，在田塊尺度上各項肥力指標的空間自相關范圍存在較大差異，即影響各項肥力的生態(tài)過程在不同尺度上起作用。同時從空間分布特征看各項土壤肥力因子在田塊尺度上呈現(xiàn)斑塊狀分布特征，原因在于傳統(tǒng)的無差別施肥和灌溉方式使土壤肥力指標空間分布的差異性增大。說明研究田塊尺度上各項肥力指標分布特征對于測土配方施肥、提高土地生產(chǎn)力和精準農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要意義[27]。

根據(jù)劃分的等級，土壤肥力特征在空間上呈現(xiàn)出斑塊狀。主要原因在于人為管理，砂田土壤表層覆蓋了約15 cm的砂石，導致肥料在土壤中缺乏連續(xù)性。同時田塊尺度上砂田土壤肥力整體較低，通過平均隸屬度雷達圖可知砂田有機碳和全氮含量低，是制約土壤肥力的主要限制因子，王建宇等[7]和王菲等[28]研究砂田土壤肥力也發(fā)現(xiàn)類似情況。其原因在于研究區(qū)土壤質(zhì)地偏砂容易漏肥，且砂田這種農(nóng)業(yè)種植模式導致農(nóng)民施肥難度增加，導致砂田有機肥施入量不夠。同時王占軍等[22]、許強等[29]、代曉華等[30]和胡景田等[31]研究都發(fā)現(xiàn)覆蓋砂石后農(nóng)民對砂田持續(xù)施肥困難，導致砂田長期補肥量少、施肥量低，隨著耕作年限增加其土壤肥力呈現(xiàn)出快速下降的趨勢，砂田土壤養(yǎng)分逐步耗竭可能是壓砂后農(nóng)田土壤難以持續(xù)利用的重要原因之一。因此，針對當?shù)赝寥婪柿μ卣骱拖拗埔蜃討匾曆a充有機肥，有機肥分解緩慢其膠體特征對養(yǎng)分有很強的吸附作用，可以延長肥效，改善土壤結構體，彌補砂田肥力容易流失的缺點。同時在耕作方式上要注重輪作和休耕等方式改良和培肥土壤，進而增加作物產(chǎn)量和提高品質(zhì)，促進砂田持續(xù)發(fā)展[7, 32]。

本研究考慮了砂田土壤耕層的8種化學性質(zhì)，雖然與同類研究相比所選取的指標較多，但缺少物理、生物和作物方面的指標，需在下一步的研究中加強和完善。雖然只是針對田塊尺度的土壤質(zhì)量進行分析，但本研究所選砂田地處寧夏中部砂田集中分布區(qū)，其耕作方式、種植類型和形成過程都具有代表性[30-31]，因此所表現(xiàn)出的砂田土壤屬性空間分異特征和區(qū)域砂田土壤質(zhì)量的評價結果對于類似條件的砂田具有一定的借鑒和參考。

4 結論

利用相關系數(shù)法、隸屬度函數(shù)和地統(tǒng)計學方法對寧夏砂田土壤肥力進行綜合評價。主要結論如下：

（1）對砂田土壤7項肥力指標的經(jīng)典統(tǒng)計表明，pH屬弱變異，均值為9.15，土壤呈堿性。其他肥力指標變異系數(shù)處于0.10—0.72，屬于中等變異。田塊尺度上平均施肥會增強土壤養(yǎng)分在空間分布上的不均一性。研究區(qū)值在0.18—0.59，平均值為0.34。

（2）全磷的塊金系數(shù)大于75%，表明在空間上呈現(xiàn)弱空間自相關性。其它各項肥力指標的塊金系數(shù)均小于25%，呈現(xiàn)出較強空間自相關性和格局。各土壤屬性在田塊尺度上空間分布復雜、規(guī)律性不明顯，呈現(xiàn)明顯的斑塊狀分布。

（3）砂田土壤幾乎全被Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ類占據(jù)，占整個研究區(qū)的99%。其中Ⅲ類地分布最廣，占整個區(qū)域面積56%。砂田南部以Ⅱ類地為主，占整個區(qū)域面積25%。Ⅳ類地占整個區(qū)域面積18%。研究區(qū)土壤肥力質(zhì)量普遍偏低，應該通過增施有機肥、輪作和休耕等方式改良和培肥土壤。

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（責任編輯 楊鑫浩）

Assessment of Soil Fertility and Its Spatial Variability Based on Small Scale in the Gravel Mulched Field of Ningxia

WANG You-qi, BAI Yi-ru, ZHAO Yun-peng

（College of Resources and Environment, Ningxia University, Yinchuan 750021)

【Objective】The gravel mulched field is a unique method of tillage in arid and semi-arid areas of northwest under the natural condition with severe weather, poor soil and terrain condition, through the long-term production practice, continuous summarization and innovation. Preservation and improvement of soil fertility quality is a foundation for maintaining land productivity, preventing land degradation in the gravel mulched field. 【Method】A total of 110 soil samples (0-20 cm) were collected in a grid of 10 m×10 m. Soil indices were selected as evaluating factors including soil organic carbon, total N, total P, total K, available P, available K, pH and electrical conductivity. Correlation coefficient method was used to determine the weight value of soil fertility index. The curve type and turning point value of membership function were defined by soil characteristics and crop varieties. Then membership degree and weight value were combined to calculate the soil integrated fertility index (). The geostatistics method was used for building the best semi variance function models, and analyzing spatial variation and distribution pattern of soil fertility. The evaluation of classification of soil fertility could be studied by the soiland its spatial distributions. 【Result】The classical statistics indicated that the mean value of pH was 9.15 showed alkalinity, and the coefficient of variation was 0.01 showed medium variation. The coefficient of variations for other fertility indexes ranged from 0.10 to 0.72 showed moderate variation. The range of soil characteristics showed an obvious difference at field scale. The soil integrated fertility index () in the study area was 0.18-0.59 with the average value of 0.34. The coefficients of nugget for fertility indexes were less than 25%, which demonstrated strong spatial dependence. The ordinary Kriging interpolation map indicated that the soil organic carbon distributed evenly with the mean value of 1.5-2.5 g·kg-1, which had island high levels in the southern study area. The electrical conductivity also distributed evenly with the mean value of 100-300 μs·cm-1, which had high levels in the northern study area. Total N, total P and total K had low levels with plaque distribution. The available P and available K were higher in the northern study area. The pH value also distributed patchily. The land of Grade Ⅲ indicated medium fertility condition and distributed most widely in the study area, covered 56% of the total area. The land of Grade Ⅱ indicated fecund fertility condition and represented the main type in the south of the land, covered 25% of the total area. The land of Grade Ⅳ accounted for 18% of the total area, which indicated poor fertility condition. The soil property indexes andvalue demonstrated that soil fertility level was relatively low in the gravel mulched field. 【Conclusion】The spatial distribution patterns of soil index andwere complicated and had no regularity with patch distribution at field scale. According to the soil index and, the levels of soil fertility were low in the gravel mulched field. The soil organic carbon and total N were the main limiting factors restraining soil fertility. The methods of increasing organic fertilizers, crop rotation and fallow were practicable and necessary for fertilizing soil, increasing yields and improving crop quality.

soil fertility; spatial variability; membership function; gravel mulched field; evaluate

2016-05-23；接受日期：2016-09-12

國家自然科學基金（41461104）、寧夏自然科學基金項目（NZ14028，NZ16026）

王幼奇，E-mail：wyq0563@163.com。通信作者白一茹，E-mail：yr0823@163.com