賈曉娟，王 祎，韓 梅，袁政祥

（甘肅省武威市涼州區(qū)農(nóng)業(yè)技術推廣中心，甘肅 武威 733000）

Kriging法是地質統(tǒng)計學中礦品位的最佳內插方法，近年來已廣泛應用于GIS中的空間內插。Kriging法的內蘊假設條件是區(qū)域變量的可變性和穩(wěn)定性，也就說，一旦趨勢確定后，變量在一定范圍內的隨機變化是同性變化，位置之間的差異僅僅是位置間距離的函數(shù)［1］。采用Kriging法進行空間插值，需要根據(jù)數(shù)據(jù)的空間變化趨勢消除趨勢干擾，然后選擇半變異函數(shù)模型。地統(tǒng)計學中半變異函數(shù)理論模型的選擇主要是根據(jù)距離和半變異函數(shù)計算值之間的關系，以及專業(yè)理論或經(jīng)驗來確定合適的理論模型，也可以利用散點圖來推測合適的理論模型［2］。涼州區(qū)位于武威市中部，南連天祝藏族自治縣、古浪縣；西鄰肅南裕固族自治縣；北抵民勤縣、永昌縣。東西長約122 km，南北寬約90 km。全區(qū)地形由西南向東北傾斜。西南和南部是祁連山區(qū)，海拔1 800～4 847 m，占總面積的38.97%；中部是走廊平原，有河灌區(qū)、井灌區(qū)，是河西走廊重要的商品糧生產(chǎn)基地，海拔1 440～1 800 m，占總面積的31.96%；東北和東部是沙漠地帶，海拔1 500～1 700 m，占總面積的29.07%。研究應用Arcgis的地統(tǒng)計模塊進行Kriging插值分析，對涼州區(qū)耕地土壤銅、鋅、鐵、錳等微量元素含量狀況及時空變化進行分析，以期為制定科學合理的施肥方案提供技術支撐，為實現(xiàn)土壤可持續(xù)利用提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 研究資料

包括涼州區(qū)1∶5萬比例尺地形圖、土壤圖，1∶10萬行政區(qū)劃圖，1∶1萬土地利用現(xiàn)狀圖；行政區(qū)基本情況數(shù)據(jù)，第二次土壤普查資料及相關調查資料，耕地調查點基本情況及土壤化驗結果數(shù)據(jù)等。

1.2 研究方法

采用野外定點采樣，用EDTA提取—原子吸收分光光度計測定法獲取采樣點土壤銅、鋅、鐵、錳含量，并將采樣點位圖與分析數(shù)據(jù)庫進行鏈接，再運用ArcGIS軟件的kriging插值法對各屬性數(shù)據(jù)進行空間插值，從而自動生成各土壤微量元素屬性專題圖。將GPS測定的采樣點地理數(shù)據(jù)導入ArcGIS中，獲得樣點分布空間數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫中運用“編號”關鍵字段將該地理數(shù)據(jù)與化驗分析的結果數(shù)據(jù)進行掛接，作為Kriging插值的源屬性數(shù)據(jù)。經(jīng)數(shù)據(jù)檢查剔除特異值后根據(jù)半方差函數(shù)圖和各擬和參數(shù)的檢驗情況選擇適當?shù)腒riging插值模型。運用Crossin-Validation交叉驗證對所選擇的插值模型進行驗證，并對各參數(shù)進行修正，以得到最合理的土壤微量元素含量分布的等值區(qū)圖。利用Arcgis的空間分析模塊將各微量元素含量插值結果圖件與行政轄區(qū)圖件進行空間疊加，得到整個行政轄區(qū)范圍內的土壤微量元素含量分布的等值區(qū)圖。

1.3 空間變化趨勢分析

空間樣點值由確定性表面（趨勢）和空間自相關誤差兩部分組成。Kriging插值需要預測數(shù)據(jù)的趨勢，先消除趨勢的影響，再模擬空間的自相關誤差。地統(tǒng)計分析中，去除數(shù)據(jù)趨勢是獲得良好Kriging 插值的關鍵。Z（ s）= μ（ s）+ ε（s）式中，Z（s）是空間樣點的預測值，μ（s）是數(shù)據(jù)的確定性表面（趨勢），ε（s）是數(shù)據(jù)的空間自相關誤差。ArcGIS的趨勢分析工具提供了數(shù)據(jù)的三維可視化透視圖。X軸和Y軸分別代表了采樣點的正東和正北方向，樣點值大小用Z軸表示。利用趨勢分析工具將樣點數(shù)據(jù)值投影到X，Z平面和Y，Z平面上，并根據(jù)投影平面上的散點圖用多項式進行曲線擬合［2］。通過拉動Location的滾動條改變觀察者的視角，從各個方向判別數(shù)據(jù)的趨勢。

2 結果與分析

2.1 土壤微量元素的統(tǒng)計特征值

在應用Arcgis的地統(tǒng)計模塊進行Kriging插值分析，對土壤銅、鋅、鐵、錳、含量的采樣數(shù)據(jù)進行了一般描述性統(tǒng)計分析，結果見表1。

表1 土壤微量元素特征值

涼州區(qū)有效態(tài)鋅平均含量0.50 mg/kg，在甘肅省養(yǎng)分分級標準中占Ⅳ級，含量偏低，其中大于0.5 mg/kg的分析樣31個，小于0.5 mg/kg的分析樣44個，表明涼州區(qū)缺有效態(tài)鋅的面積約為3/5；有效錳含量平均11.01 mg/kg，有效銅含量1.01 mg/kg、有效鐵含量14.60 mg/kg，在甘肅省養(yǎng)分分級標準中均占Ⅱ級，說明涼州區(qū)有效錳、有效銅、有效鐵總體上不缺?？偟膩砜礇鲋輩^(qū)耕地土壤微量元素中較缺的是有效鋅，其它微量元素基本可滿足大田作物的生長需求。

2.2 土壤微量元素空間相關性

運用不同的半方差模型對涼州區(qū)土壤鋅含量進行擬和時各檢驗參數(shù)的選擇比較結果見表2。

表2 Kriging插值模型比較

從結構性因素的角度來看，基底方差值與基臺值的比例可以表明土壤微量元素的空間相關程度。該比例小于25%，說明系統(tǒng)具有強烈的空間相關性，其空間變異主要是由土壤母質、地形、氣候等非人為因素（空間自相關部分）引起的；比例為25%～75%，表明系統(tǒng)具有中等相關性；比例大于75%，說明系統(tǒng)相關性很弱，其空間變異主要是由人類活動引起的。通過表2的數(shù)據(jù)分析可知，錳、銅的空間相關性較弱，鋅、鐵、的空間相關性中等。

圖1 不同區(qū)域耕層土壤微量元素含量

2.3 微量元素的空間分布

由圖1可知，微量元素含量區(qū)域分布有效鐵是黃羊區(qū)最高，張義區(qū)最低；有效錳豐樂區(qū)最高，清源區(qū)最低；有效銅黃羊區(qū)最高，張義區(qū)最低；有效鋅永昌區(qū)最高，張義區(qū)最低。

3 小結與討論

1）涼州區(qū)有效態(tài)鋅平均含量0.50 mg/kg，在甘肅省養(yǎng)分分級標準中占Ⅳ級，缺有效態(tài)鋅的面積約為3/5；有效錳含量平均11.01mg/kg，有效銅含量1.01mg/kg、有效鐵含量14.60 mg/kg，在甘肅省養(yǎng)分分級標準中均占Ⅱ級。其中微量元素含量有效鐵是黃羊區(qū)最高，張義區(qū)最低；有效錳豐樂區(qū)最高，清源區(qū)最低；有效銅黃羊區(qū)最高，張義區(qū)最低；有效鋅永昌區(qū)最高，張義區(qū)最低。錳、銅的空間相關性較弱，鋅、鐵的空間相關性中等。

2）Kriging插值方法過程復雜，所需參數(shù)較多，每個參數(shù)的設置都影響到下一步的結果。因此，必須全面了解數(shù)據(jù)特點和認識Kriging各個參數(shù)的含義。影響土壤養(yǎng)分的因素有很多，如坡向、海拔等［3］。研究只從空間相關性來分析土壤養(yǎng)分空間分布，如果利用各影響因子來分析土壤養(yǎng)分狀況，得到的結果可能會更好。

［1］ 郭旭東，傅伯杰，馬克明，等.基于GIS和地統(tǒng)計學的土城養(yǎng)分空間變異特征研究——以河北省遵化市為例［J］.應用生態(tài)學報，2000，11（4）：557-563.

［2］ 雷志棟，楊詩秀，謝森傳.土坡水動力學［M］.北京：清華大學出版社，1988.

［3］ 袁政祥，王 祎.基于GIS的涼州區(qū)耕層土壤主要養(yǎng)分時空變化研究［J］.甘肅農(nóng)業(yè)科技，2013（4）：28-30.