羅定市土壤養分空間分布研究

許金榮 荊旭全 張橋 李海鋒

摘 要：根據空間插值的基本原理，使用Arcgis軟件中kriging插值法，對羅定市土壤養分數據進行空間插值分析。研究表明，土壤有機質、有效磷、堿解氮和速效鉀等土壤養分空間相關性很弱，隨機因素對空間變異性有很大的影響。而且，羅定市土壤有機質、有效磷、堿解氮和速效鉀等土壤養分含量平均水平一般，其中，有效磷、速效鉀的含量處于較低水平，有機質、堿解氮大部分區域含量處于較高水平，中部地區相對比較缺乏。

關鍵詞：GIS；土壤養分；空間分布

中圖分類號 S158.2 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2018）06-0052-03

Abstract：Based on the basic principle of space interpolation，using the kriging interpolation method in Arcgis software，the spatial interpolation analysis of soil nutrient data of soil organic matter，effective phosphorus，alkali solution nitrogen and quick-acting potassium in luoding city was analyzed. The study shows that the correlation between soil organic matter，effective phosphorus，alkali solution nitrogen and instant potassium space is weak，indicating that random factors have a great influence on spatial variability. In addition，the study area of soil nutrient levels are not high，and among them，the very lack of effective phosphorus，rapidly-available potassium，organic matter，alkali-hydro nitrogen content is rich，most of the area of parts.

Key words：GIS；Soil nutrients；Spatial distribution

土壤養分主要包括有機質、有效磷、堿解氮與速效鉀，是土壤的重要組成部分，是植物生長的必要條件，也是衡量土壤質量好壞的重要指標[1-3]。對土壤養分空間分布進行研究，可以掌握土壤養分含量的分布，對于提高農田水肥利用率，改進農田管理，積極響應國家的農業政策，以及“精準農業”的實施都具有重要的意義[4-8]。本文在有機質、有效磷、堿解氮和速效鉀等土壤養分化驗數據的基礎上，使用地統計與空間插值對羅定市的土壤養分空間分布展開研究，探明羅定市土壤養分的空間分布狀況，為減少農業污染、改善環境及提高農產品質量提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況 羅定市位于廣東省西部，屬于南亞熱帶季風氣候，多以山地為主，年平均氣溫為23.10℃。其中，山地面積占全市總面積37.5%，耕地面積為24560hm2，富含錳、鐵、石英等礦物，礦產資源豐富。

1.2 研究方法 本研究在羅定市全市范圍內采集土壤樣品3943個，利用手持定位儀找到采樣點，根據當地的實際情況用GPS獲取經緯度，土壤樣點分布見圖1。土壤樣從野外采集后，需要去掉土壤中殘留的根系，石塊等雜質，在經過風干、研磨和過篩處理，最后再分析土壤養分指標。土壤有機質采用重鉻酸鉀容量法測定、堿解氮采用堿解擴散法測定、有效磷采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法測定、速效鉀則采用乙酸銨浸提—原子吸收分光光度法測定[9]。

1.3 數據處理 地統計學方法是一種以數據的空間自相關和變異函數為基本工具，以區域化變量為核心和理論基礎的數學地質統計方法，通過在空間上不規則采樣，對樣點數據進行分析處理。然后利用美國ESRI公司的ArcGIS10.2的空間分析模塊對土壤中的有機質、有效磷、堿解氮、速效鉀等主要土壤養分進行處理來預測土壤養分的空間分布。利用半方差函數對采樣點數據進行分析處理得到試驗變異函數，并采用指數函數和球面函數等理論模型進行半方差曲線的擬合。在利用半方差函數描述空間變異規律的基礎上，優化空間插值的模型，從而提高Kriging插值精度。

2 結果與分析

2.1 土壤養分含量統計特征 地統計學通常要求原始數據符合正態分布，否則會導致比例效應。比例效應的存在，可致使實際變異函數值產生畸變，從而使基臺值和塊金值增大，進而使估計精度降低，導致某些結構特征不明顯。本研究通過土壤養分的常規統計分析以描述其全貌和整體特征，分析的指標主要包括土壤養分含量的最大值、最小值、平均值、標準差、變異系數。其分析結果見表1。

從表1可以看出，羅定市土壤有機質含量較高，變幅3.79～84.6g/kg，平均為29.5g/kg。有效磷的土壤養分含量變化較大，最低為0.69mg/kg，最高為169.7mg/kg，平均值為23.54mg/kg；而速效鉀土壤養分含量變化也較大，最低為27mg/kg，最高為401mg/kg，平均值為93.03mg/kg。對土壤養分的變異系數進行分析，其中有效磷的變異系數最高為83.77%，速效鉀和堿解氮的變異系數分別為52.66%和31.73%，土壤有機質變異系數最小為20.17%。這表明，羅定市的土壤養分含量差異很大。由于研究區變異系數0.1

2.2 土壤養分的空間變異特征分析 利用美國ESRI公司的ArcGIS10.2的空間插值模塊來分析羅定市土壤有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀主要土壤養分的空間變異性，得出土壤養分含量在空間上的變異特征。根據對塊金值與基臺值大小選擇出最優模型進行擬合，并根據交叉驗證結果確定最佳模型的參數進行插值，利用指數與球面函數模型擬合出半方差函數曲線（表2）。

從表2可以看出，堿解氮與速效鉀最佳模型為球面函數，有機質與有效磷的最佳模型為指數函數。羅定市土壤有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀的塊金值都大于0.8且相差不大，說明空間變異受隨機因素的影響較大。其變程范圍最小的為速效鉀（11302.97m），最大的為有效磷（24620.00m），說明有效磷的空間相關性的作用范圍較大。從塊金方差C0看，不同養分的差異很小，都接近于1，說明隨機因素引起的變異較大。從塊基比來看，有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀的比值分別為85.6%、84.8%、85.2%和95.9%，均大于75%，表明具有很弱的空間相關性。

2.3 土壤養分的空間分布 根據表2所選擇的半方差函數模型，借助美國ESRI公司ArcGIS10.2進行克里格插值，得到土壤有機質、有效磷、堿解氮和速效鉀養分含量的地理空間分布圖，最后將羅定市行政區劃圖進行疊加，得到羅定市各土壤養分空間分布圖（圖2～5）。

2.3.1 土壤有機質的空間分布 土壤有機質是土壤的重要組成部分，主要來源于動植物殘體的分解，是植物生長重要的營養來源[10]。有機質含量越高，說明土壤的肥力越好，二者呈正相關。羅定市中部的生江鎮、圍底鎮土壤有機質含量最低，東部蘋塘鎮、龍口林場、朗塘鎮及西部的加益鎮、四綸鎮、榃濱鎮、分界鎮有機質含量很高，總體處于較高水平。由于氣候、地表植被的不同，以及有機肥施用量等因素都可以影響土壤有機質含量（圖2）。

2.3.2 土壤有效磷的空間分布 土壤中的磷一般以無機磷和有機磷2種形態存在，磷肥能夠促進植物根系發達，促進植物提早成熟，籽粒增多和飽滿。羅定市西部的龍灣鎮、泗輪鎮區域的有效磷含量極高，中東部的黎少鎮、生江鎮、蘋塘鎮、圍底鎮有效磷含量極少，其它區域處于中等水平。土壤有效磷的空間分布有很高的均質性（圖3）。

2.3.3 土壤速效鉀的空間分布 速效鉀是植物的主要營養元素，鉀主要以離子的形式存在于細胞液中，能在短期內被作物吸收，可以很好的促進光合作用。羅定市土壤速效鉀含量平均為93mg/kg，處于一般水平，中部的生江鎮土壤速效鉀含量較低，其它地區都是相間分布，分布格局相對比較復雜，與其它土壤養分相比，速效鉀的空間分布表現出很明顯的空間異質性，表明自然因素和人為活動對土壤中速效鉀的含量有很大影響（圖4）。

2.3.4 土壤堿解氮的空間分布 堿解氮是植物生長所必需的養分，是每個活細胞的組成成分。羅定市北部的附城街道辦、東南部的金雞鎮、朗塘鎮、船步鎮以及西南部的龍灣鎮、分界鎮堿解氮含量很高，其它地區堿解氮含量很低，空間分布特征明顯。這可能與羅定市土地利用的不同方式有很大關系，也與有機質含量的高低以及施用氮素化肥的多少有關系（圖5）。

3 結論與討論

根據羅定市土壤養分空間數據統計分析的結果可以看出，土壤有機質、堿解氮、有效磷及速效鉀等土壤養分含量空間變異性較大，其變異系數最小為34.32%，最大為89.54%，屬中等變異。羅定市西部的龍灣鎮、泗輪鎮區域的有效磷含量極高，中東部的黎少鎮、生江鎮、蘋塘鎮、圍底鎮有效磷含量極少，其它區域處于中等水平。土壤有效磷的空間分布有很高的均質性，總體含量水平較低。土壤有機質表現為東部蘋塘鎮、龍口林場、朗塘鎮及西部的加益鎮、四綸鎮、榃濱鎮、分界鎮含量很高，中部的生江鎮、圍底鎮含量最低，總體含量水平較高。與其它土壤養分相比，土壤速效鉀的含量空間分布情況相對比較復雜，有較強的空間異質性。其含量分布表現為中部的生江鎮含量較低，其它地區都是相間分布，分布格局相對比較復雜、南部及北部含量較低，總體含量中等，相當部分區域處于缺乏狀態，總體含量屬于較低水平。堿解氮的空間分布則表現出北部的附城街道辦、東南部的金雞鎮、朗塘鎮、船步鎮以及西南部的龍灣鎮、分界鎮含量很高，總體屬于較高水平。

參考文獻

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[10]Chien Y J，Leed Y，Guo H Y，et al.Geostatistics analysis of soil properties of min-west Taiwan soils[J].Soil Sci.Soc.，1997，162：291-298.

（責編：施婷婷）