大興安嶺南麓農(nóng)田土壤養(yǎng)分空間異質性分析

摘要：以大興安嶺南麓阿榮旗農(nóng)田土壤為研究對象，探索阿榮旗農(nóng)田土壤養(yǎng)分空間異質性。結果表明，阿榮旗農(nóng)田土壤有機質、全鉀、全磷、全氮含量分別為47.48、29.31、1.57、2.27 g/kg，土壤養(yǎng)分總體含量豐富，適宜作物生長，土壤各養(yǎng)分變異度均在10%～100%，為中等變異程度且各樣點單因素顯著，各樣點存在顯著的空間異質性。為合理優(yōu)化施肥方案，改善耕作方式，實現(xiàn)阿榮旗農(nóng)田各樣點土壤養(yǎng)分平衡、地力提升提供科學依據(jù)，為構建大興安嶺南麓耕地地力評價體系提供理論支撐。

關鍵詞：土壤養(yǎng)分；空間異質性；變異度；相關性；大興安嶺南麓；阿榮旗

中圖分類號：S158.2" " " " " 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2023）03-0025-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2023.03.005 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Spatial heterogeneity of soil nutrients in farmland at the southern foot of Daxinganling

LIU Zhan-yong1，ZHANG Jia-qian1，LI Juan1，ZHANG Xiang-qian2，LI Ya-hua1，ZHANG De-jian1

（1. College of Life Sciences/Key Laboratory of Forage and Specialty Crops， Ministry of Education， Inner Mongolia University， Hohhot" 010070，China； 2. Inner Mongolia Academy of Agricultural amp; Animal Husbandry Sciences/Key Laboratory for Ecological Restoration and Pollution Control of Degraded Farmland， Hohhot" 010031，China）

Abstract：This study took the farmland soil of Arong Banner at the South foot of Daxinganling as the research object，to explore the spatial heterogeneity of the farmland soil nutrients in Arong Banner. The results showed that the contents of organic matter， total potassium， total phosphorus and total nitrogen in the farmland soil of Arong Banner were 47.48， 29.31，1.57， 2.27 g/kg， respectively. The nutrient content of the soil was rich and suitable for crop growth. The variability of the nutrients in the soil was between 10% and 100%， which was a moderate degree of variability， and the single factor at each point was significant， and there was significant spatial heterogeneity at each point. It provided a scientific basis for reasonably optimizing fertilization schemes， improving farming methods， realizing soil nutrient balance and improving soil fertility at various points of Arong Banner farmland， and provided theoretical support for constructing a farmland fertility evaluation system at the Southern foot of Daxinganling.

Key words：soil nutrients； spatial heterogeneity； variability； relevance； south foot of Daxinganling； Arong Banner

農(nóng)田土壤養(yǎng)分是作物必需的營養(yǎng)元素，直接影響土壤肥力［1］。土壤有機質、全氮、全磷、全鉀的空間異質性受地形、氣候、成土母質、土壤類型等自然因素和施肥、耕作方式、管理制度等人為活動的多方面影響，對農(nóng)田施肥水平、耕地合理利用、農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展具有重要的指導意義［2-4］。阿榮旗耕地面積較大，土壤養(yǎng)分高，但由于耕地的不合理利用，農(nóng)業(yè)資源開發(fā)過度，耕地地力下降，農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展受到阻礙，因此，研究阿榮旗農(nóng)田土壤養(yǎng)分空間異質性對平衡土壤養(yǎng)分、提高施肥水平具有重要意義［5，6］。

為明確阿榮旗農(nóng)田土壤養(yǎng)分的空間異質性，本研究利用地理信息系統(tǒng)（GIS）、SPSS等技術［7-9］，分析各樣點土壤養(yǎng)分差異性，以期充分掌握阿榮旗農(nóng)田土壤養(yǎng)分狀況，為合理利用耕地、優(yōu)質施肥提供科學依據(jù)，為阿榮旗以農(nóng)業(yè)為主體的經(jīng)濟提供理論支持。

1 試驗區(qū)概況與研究方法

1.1 試驗區(qū)概況

阿榮旗地處內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市東南部，與大興安嶺、松嫩平原臨近，屬于大興安嶺南麓地區(qū)，位于東經(jīng)122°02′30″—124°05′40″，北緯47°56′54″—49°19′35″。阿榮旗屬溫帶大陸性半濕潤氣候，地形呈中低山-丘陵漫崗，地勢由西北向東南呈階梯式下降趨勢，年平均氣溫1.7 ℃，年無霜期90～130 d，年平均降水量458.4 mm，農(nóng)業(yè)資源豐富，占有耕地面積31.44萬hm2，占總面積的23.05%，主要種植作物為玉米、大豆、水稻、小麥、馬鈴薯等，土地類型主要為黑土、暗棕壤、草甸土、沼澤土、粗骨土。

1.2 采樣方法

2019年收獲后，采用梅花布點法對亞東鎮(zhèn)、六合鎮(zhèn)、霍爾奇鎮(zhèn)、向陽峪鎮(zhèn)、音河達斡爾鄂溫克民族鄉(xiāng)、新發(fā)朝鮮民族鄉(xiāng)、得力其爾鄂溫克民族鄉(xiāng)、查巴奇鄂溫克民族鄉(xiāng)、復興鎮(zhèn)、三岔河鎮(zhèn)、興安鎮(zhèn)11個鄉(xiāng)鎮(zhèn)進行采樣。布5個點進行混合采樣，取樣深度為 0～20 cm，每666.67 hm2平均1個采樣點，共470個樣點、1 410份土樣。各采樣點的分布如圖1所示。

1.3 試驗方法

將土樣自然風干后，篩取0.15 mm粒徑的土樣。含量測定方法為半微量凱氏法（全氮）、氫氧化鈉堿熔-鉬銻抗比色法（全磷）、氫氧化鈉堿熔-火焰光度法（全鉀）、重鉻酸鉀容量法-外加熱法（土壤有機質）［10］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用軟件Excel 2010對阿榮旗農(nóng)田土壤養(yǎng)分數(shù)據(jù)進行處理，利用軟件SPSS 22.0中的相關模塊對各養(yǎng)分值進行Kolmogorov-Smirnov檢驗（顯著性水平α設定為0.05，置信區(qū)間為95%），采用Pearson做相關性分析，并進行單因素方差分析。

2 結果與分析

2.1 Kolmogorov-Smirnov 檢定

由表1、表2可知，依據(jù)全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標準和DZ/T 0295—2016《土地質量地球化學評價規(guī)范》分析標準［11-14］，阿榮旗農(nóng)田土壤有機質含量為7.13～80.48 g/kg，均值為47.48 g/kg，亞東鎮(zhèn)土壤有機質含量的等級為豐富，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤有機質含量的等級為很豐富，其中，三岔河鎮(zhèn)的土壤有機質含量最高，均值為56.18 g/kg，其次是查巴奇鄉(xiāng)；土壤全鉀含量為17.72～67.30 g/kg，均值為29.31 g/kg，得力其爾鄉(xiāng)、查巴奇鄉(xiāng)、興安鎮(zhèn)土壤全鉀含量的等級為豐富，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤全鉀含量的等級為很豐富，其中，霍爾奇鎮(zhèn)的土壤全鉀含量最高，均值為38.64 g/kg，其次是向陽峪鎮(zhèn)，興安鎮(zhèn)的土壤全鉀含量最低；土壤全磷含量為0.77～3.22 g/kg，均值為1.57 g/kg，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤全磷含量的等級為很豐富，其中，六合鎮(zhèn)的土壤全磷含量最高，其均值為2.27 g/kg，其次興安鎮(zhèn)，朝鮮民族鄉(xiāng)的土壤全磷含量最低；土壤全氮含量為1.63～3.85 g/kg，均值為2.27 g/kg，朝鮮民族鄉(xiāng)的全氮含量最低，等級為豐富，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤全氮含量的等級為很豐富，其中，三岔河鎮(zhèn)土壤含量最高，均值為2.79 g/kg，其次是查巴奇鄉(xiāng)。綜上，阿榮旗各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)田土壤養(yǎng)分比較豐富。

根據(jù)CV≤10%為弱變異程度，10%lt;CVlt;100%為中等變異程度，CV≥100%為強變異程度的評估標準［15］，土壤有機質變異度為10.61%～33.27%，為中等變異度，亞東鎮(zhèn)的土壤有機質變異度最大，其值為33.27%，其次是三岔河鎮(zhèn)，六合鎮(zhèn)的土壤有機質變異度最小；土壤全鉀變異度為12.42%～50.33%，為中等變異度，向陽峪鎮(zhèn)的土壤全鉀變異度最大，其值為50.33%，其次是霍爾奇鎮(zhèn)，得力其爾鄉(xiāng)的土壤全鉀變異度最小；土壤全磷變異度為11.29%～35.49%，為中等變異度，霍爾奇鎮(zhèn)的土壤全磷變異度最大，其值為35.49%，其次是興安鎮(zhèn)，向陽峪鎮(zhèn)的土壤全磷變異度最小；土壤全氮變異度為9.39%～22.69%，六合鎮(zhèn)的土壤全氮變異度為弱變異度，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)為中等變異度，其中，查巴奇鄉(xiāng)的土壤全氮變異度最大，其值為22.69%，其次是三岔河鎮(zhèn)，六合鎮(zhèn)的土壤全氮變異度最小。綜上，阿榮旗各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)田土壤各養(yǎng)分值總體上空間異質性均較大。

2.2 Pearson相關性分析

由表3可知，根據(jù)相關系數(shù)關聯(lián)度標準，相關系數(shù)|r|為0.8～1.0時表示極強相關；0.6～0.8時表示強相關；0.4～0.6時表示中等程度相關；0.2～0.4時表示弱相關；0.0～0.2時表示極弱相關或無相關［16］。全磷、全氮、海拔、有效土層與有機質的顯著性系數(shù)均小于0.01，相關系數(shù)分別為0.241、0.577、0.190、-0.133，說明與有機質顯著相關，有機質與全氮存在中等程度的正相關關系，與全磷存在弱的正相關關系，與海拔存在極弱的正相關關系，與有效土層存在極弱的負相關關系；田面坡度與全鉀的顯著性系數(shù)小于0.05，相關系數(shù)為0.096，說明與全鉀顯著相關，并存在極弱的正相關關系；有機質、全氮、海拔與全磷的顯著性系數(shù)均小于0.01，相關系數(shù)分別為0.241、0.235、0.157，說明與全磷顯著相關，全磷與有機質、全氮存在弱的正相關關系，與海拔存在極弱的正相關關系；有機質、全磷、海拔、有效土層與全氮的顯著性均小于0.01，相關系數(shù)分別為0.577、0.235、0.276、-0.105，說明與全氮顯著相關，全氮與有機質存在中等程度的正相關關系，與全磷、海拔存在弱的正相關關系，與有效土層存在極弱的負相關關系。

2.3 單因素方差分析

由表4、表5可知，阿榮旗農(nóng)田土壤養(yǎng)分含量經(jīng)方差齊性檢驗和單因素ANOVA分析，顯著性均小于0.05，說明阿榮旗各樣點土壤養(yǎng)分含量總體方差不齊，各樣點間存在顯著的空間異質性。

3 討論

土壤養(yǎng)分狀況是衡量土壤肥力高低和耕地地力的重要標準，土壤養(yǎng)分的好壞直接影響著作物的生長［17，18］。從描述統(tǒng)計特征看，阿榮旗農(nóng)田的土壤有機質、全鉀、全磷、全氮含量均值分別為47.48、29.31、1.57、2.27 g/kg，養(yǎng)分含量豐富，這可能與耕作方式和肥料的投入有關，降水過后濕潤的環(huán)境促進微生物活動，有利于有機質積累［19-20］。土壤中豐富的有機質、全氮、全鉀有利于較大程度地滿足作物的生長，提高作物產(chǎn)量，但是過高的磷含量不僅會降低耕地經(jīng)濟效益，還會造成水土流失和環(huán)境污染［21，22］。土壤有機質、全鉀、全磷、全氮的總體變異度均為中等變異度，說明阿榮旗農(nóng)田土壤養(yǎng)分均存在較大的空間異質性，這可能與氣候、地形、土壤類型等自然因素和種植方式、施肥方式等人為因素有關［23］。

從相關性分析看，土壤有機質與全氮存在中等程度的正相關關系，與全磷存在弱的正相關關系；全磷與全氮存在弱的正相關關系；全鉀與田面坡度存在極弱的正相關關系；海拔與有機質、全磷存在極弱的正相關關系，與全氮存在弱的正相關關系；有效土層與土壤有機質、全氮存在極弱的負相關關系。這說明充分利用氣候、成土母質、土壤類型等自然因素和田間管理、優(yōu)化施肥等人為因素，不僅可以調節(jié)土壤養(yǎng)分平衡，還可以提升地力。

從單因素方差分析看，阿榮旗農(nóng)田土樣各養(yǎng)分含量均方差不齊，且各樣點間均存在顯著的空間異質性，這可能受各鄉(xiāng)鎮(zhèn)不同地形、氣候、土壤類型等結構因素和耕地經(jīng)營方式、耕作措施等隨機因素的影響［24，25］。

4 結論

大興安嶺南麓阿榮旗農(nóng)田土壤養(yǎng)分總體含量豐富，適宜作物生長，利于作物提高產(chǎn)量，但土壤養(yǎng)分受耕作方式的合理性和施肥科學性的影響，應該完善耕作方式、優(yōu)化施肥，防止土壤磷含量過高引起地力下降、造成水土流失、引發(fā)環(huán)境污染。阿榮旗各樣點土壤養(yǎng)分的空間差異性相對較大，可以作為指導平衡土壤養(yǎng)分、合理開發(fā)耕地、完善種植方式的依據(jù)。耕地養(yǎng)分的平衡是土壤肥力提升的基礎，本研究通過對阿榮旗農(nóng)田土壤養(yǎng)分空間異質性的分析，以期為阿榮旗耕地地力的保持和耕地地力評價體系的構建提供理論支撐，為以農(nóng)業(yè)為經(jīng)濟主體的阿榮旗農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供相應的技術支持。

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