王秋媛

(貴州省安順市西秀區(qū)農(nóng)業(yè)局土壤肥料站，貴州 安順　561000)

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■研究報(bào)告

西秀區(qū)土壤有效磷分布狀況及變異特征分析

王秋媛

(貴州省安順市西秀區(qū)農(nóng)業(yè)局土壤肥料站，貴州 安順561000)

以安順市西秀區(qū)2014年采集的669個(gè)耕地土樣有效磷測(cè)試數(shù)據(jù)為研究對(duì)象，運(yùn)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)與GIS技術(shù)相結(jié)合的方法分析土壤有效磷分布狀況及變異特征。結(jié)果表明，土壤有效磷含量(mg/kg)的平均值26.4，最小值5.2，最大值89.2，極差84。半方差分析模型擬合比較，指數(shù)模型擬合效果最好，塊基比為0.48，說(shuō)明土壤有效磷的分布狀況是結(jié)構(gòu)性因素(自然因素)和隨機(jī)性因素(人為因素)共同作用的結(jié)果。普通克里格法內(nèi)插得到土壤有效磷分布狀況圖，參照第2次土壤普查土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)劃分西秀區(qū)土壤有效磷為4個(gè)等級(jí)，經(jīng)面積統(tǒng)計(jì)匯總，26.32%的耕地有效磷處于中等水平，68.12%的耕地有效磷處于豐富狀態(tài)，4.85%的耕地有效磷偏高，有效磷缺乏的僅占0.76%。有效磷中等的耕地應(yīng)穩(wěn)定磷肥施用量，確保土壤有效磷不下降；有效磷豐富的耕地可在配方施肥設(shè)計(jì)上適量降低磷肥施用量；有效磷偏高的耕地采取隔季施磷的措施，充分發(fā)揮利用土壤中的殘磷。

土壤有效磷；豐缺狀況

磷素(P2O5)是作物生長(zhǎng)發(fā)育不可缺少的營(yíng)養(yǎng)元素之一，作物對(duì)磷的需求僅次于氮和鉀，磷對(duì)作物吸收養(yǎng)分有很大的促進(jìn)作用[1]。磷素充足能促進(jìn)作物體內(nèi)的物質(zhì)合成和代謝，作物的產(chǎn)量和品質(zhì)也得到提高和改善[2]。禾谷類(lèi)作物缺磷時(shí)，會(huì)延遲植株的分蘗、抽穗、開(kāi)花和成熟，在田間可見(jiàn)到水稻“僵苗”、“坐蔸”，玉米的穗禿頂增長(zhǎng)，油菜脫莢等現(xiàn)象，但磷肥施用過(guò)量也容易引起作物早衰，影響產(chǎn)量和效益[2]。在安順市西秀區(qū)耕地施肥過(guò)程中，幾乎所有耕地都存在長(zhǎng)期連續(xù)施用磷肥現(xiàn)象。由于對(duì)耕地土壤磷素豐缺狀況的認(rèn)識(shí)多停留在單純的土樣測(cè)試數(shù)據(jù)和傳統(tǒng)的施肥經(jīng)驗(yàn)上，導(dǎo)致宏觀施肥決策的盲目性和不準(zhǔn)確性，使配方施肥方案制定較為粗糙，針對(duì)性不強(qiáng)，影響土壤養(yǎng)分管理的進(jìn)一步提高，極易造成浪費(fèi)和污染。為此，特運(yùn)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)與GIS技術(shù)相結(jié)合的方法對(duì)西秀區(qū)土壤有效磷分布狀況和變異特征進(jìn)行研究,為指導(dǎo)科學(xué)合理施用磷肥提供參考。

1　材料與方法

1.1地理概況

安順市西秀區(qū)位于貴州省中部偏西，地處東經(jīng)105°44′32″～106°21′58″，北緯25°56′30″～26°26′42″之間，東接長(zhǎng)順縣，南鄰鎮(zhèn)寧、紫云縣，西連普定縣，北接平壩、織金縣。全區(qū)東西寬61km，南北長(zhǎng)59.5km，土地總面積1546平方公里，平均海拔1431m，相對(duì)高差593m，年平均氣溫14.2℃，年日照時(shí)數(shù)1261h，年平均降水量1121mm，無(wú)霜期278d，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，是典型的農(nóng)業(yè)區(qū)，主要糧油農(nóng)作物有水稻、玉米、油菜，總播種面積63583.13hm2。全區(qū)耕地土壤分7個(gè)土類(lèi)、25個(gè)亞類(lèi)、86個(gè)土屬、143個(gè)土種，以黃壤、水稻土、石灰土為主，占全區(qū)耕地總面積的95.5%以上[3]。

1.2土樣采集與測(cè)試方法

首先在室內(nèi)將土地利用現(xiàn)狀圖與土壤圖套合，根據(jù)套合單元，在保證采樣點(diǎn)具有典型性和代表性，同時(shí)兼顧空間分布均勻性的基礎(chǔ)上，確定采樣點(diǎn)位置，繪制采樣布點(diǎn)圖。在實(shí)地采樣點(diǎn)，選擇有代表性的一塊田塊，采用“S”形布點(diǎn)采集7～20個(gè)耕層土樣，將土樣混勻，用四分法處理，取1公斤混合土樣，用手持式GPS接收機(jī)定位，記錄采樣點(diǎn)的經(jīng)緯度。及時(shí)風(fēng)干土樣，按照分析要求研磨過(guò)篩，裝入樣品瓶。土樣分析按照《測(cè)土配方施肥技術(shù)規(guī)范》[4]的要求，采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法測(cè)定。采用2014年西秀區(qū)測(cè)土配方施肥項(xiàng)目實(shí)施中采集的669個(gè)土壤樣品有效磷測(cè)試數(shù)據(jù)為研究對(duì)象。樣點(diǎn)分布見(jiàn)圖1。

圖1　樣點(diǎn)分布圖Fig.1　Soil sample sites distribution map

1.3分析方法

用Excel的數(shù)據(jù)分析工具進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析，用統(tǒng)計(jì)軟件GS+7.0進(jìn)行方差分析，用ArcGIS10.0軟件中的統(tǒng)計(jì)分析擴(kuò)展模塊進(jìn)行普通克里格插值和繪制有效磷分布狀況圖，用空間分析模塊下的區(qū)域統(tǒng)計(jì)功能統(tǒng)計(jì)不同有效磷含量等級(jí)耕地面積。

2　結(jié)果與分析

2.1有效磷描述性統(tǒng)計(jì)分析

有效磷描述性統(tǒng)計(jì)分析(表1)結(jié)果看出，有效磷的平均值25.49mg/kg，中位數(shù)21.8，眾數(shù)9.5，標(biāo)準(zhǔn)差16.56，方差274.28，有效磷含量范圍在5.2～89.2 mg/kg之間，最小值5.2mg /kg，最大值89.2mg /kg，極差84mg /kg。

表1土壤有效磷描述性統(tǒng)計(jì)

Table 1　Descriptive statistics of soil effective phosphorus

2.2有效磷正態(tài)分布檢驗(yàn)

用GS+7.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，原始數(shù)據(jù)趨向正態(tài)分布(圖2)，滿足半方差函數(shù)的計(jì)算和克里格方法進(jìn)行土壤養(yǎng)分特性空間分析的前提條件。

圖2　有效磷正態(tài)分布檢驗(yàn)圖Fig.2　The effective phosphorus normal distribution test

2.3有效磷的半方差分析

土壤性質(zhì)是一個(gè)典型的區(qū)域化變量，土壤性質(zhì)變化不是隨機(jī)的，而是具有高度的空間相關(guān)性，對(duì)于具有空間結(jié)構(gòu)變量的空間變異分析，采用經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)來(lái)分析是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)土壤空間變異研究最多的是采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法[5]。地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法以半方差函數(shù)為基本工具，可以對(duì)既具有隨機(jī)性又具有結(jié)構(gòu)性的各種變量在空間上的分布進(jìn)行研究，常用的理論模型有線性(Linear)、球狀(Spherical)、指數(shù)(Exponential)、高斯(Gussian)4種模型[6]。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行半方差分析，用4種模型分別進(jìn)行計(jì)算擬合,擬合結(jié)果見(jiàn)圖3，相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表2。按照決定系數(shù)(R2)最大、殘差(RSS)最小的原則選擇最優(yōu)半方差函數(shù)模型[7]，經(jīng)過(guò)圖3和表2比較，指數(shù)模型擬合效果最好。半方差函數(shù),也稱(chēng)空間變異函數(shù),是用來(lái)描述區(qū)域化變量結(jié)構(gòu)性和隨機(jī)性并存這一空間特征而提出的,其中塊金值(C0)、基臺(tái)值(C0+C)、變程作為半方差函數(shù)的重要參數(shù),用來(lái)度量區(qū)域化變量在一定尺度上的空間變異和相關(guān)程度[8]。塊金值表示隨機(jī)性因素引起的空間異質(zhì)性；基臺(tái)值表示系統(tǒng)內(nèi)的總變異；塊金值與基臺(tái)值的比值(塊基比)表示隨機(jī)性因素引起的空間變異性占系統(tǒng)總變異的比例，如果塊基比高,說(shuō)明隨機(jī)性因素引起的空間異質(zhì)性程度較高；從結(jié)構(gòu)性因素的角度來(lái)看,塊基比可以表明系統(tǒng)變量的空間相關(guān)性的程度，如果比值<0.25,說(shuō)明系統(tǒng)具有強(qiáng)烈的空間相關(guān)性，如果比值在0.25～0.75之間表明系統(tǒng)具有中等的空間相關(guān)性，若>0.75說(shuō)明系統(tǒng)空間相關(guān)性很弱[9]。土壤養(yǎng)分分布是由結(jié)構(gòu)性和隨機(jī)性因素共同作用的結(jié)果，結(jié)構(gòu)性因素，如土壤類(lèi)型、母質(zhì)、地形、氣候等可以導(dǎo)致土壤養(yǎng)分強(qiáng)烈的空間相關(guān)性,而隨機(jī)性因素如施肥、耕作、灌溉等各種人為活動(dòng)使土壤養(yǎng)分的空間相關(guān)性減弱，朝均一化發(fā)展[10]。從表2指數(shù)模型(擬合效果最好)參數(shù)可見(jiàn)，有效磷的塊基比為0.48，表明土壤有效磷含量的變化是結(jié)構(gòu)性因素(自然因素)和隨機(jī)性因素(人為因素)共同作用的結(jié)果。

圖3　有效磷4種模型擬合半方差圖Fig.3　Four semi-variance exponent curve model of soil A-P map

表2有效磷半方差函數(shù)理論模型及相關(guān)參數(shù)

Table 2　The semi-variance theoretical model and correlation parameter of soil A-P

2.4有效磷的空間分布格局

ArcGIS10.0軟件地統(tǒng)計(jì)分析擴(kuò)展模塊提供的空間插值方法——克里格法是利用原始數(shù)據(jù)和半方差函數(shù)的結(jié)構(gòu)性，對(duì)未采樣點(diǎn)的區(qū)域化變量進(jìn)行無(wú)偏最優(yōu)估值的一種插值方法，在各種內(nèi)插方法中普通克里格法效果較好[11，12]。參照第二次土壤普查土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[13]，結(jié)合西秀區(qū)土壤有效磷含量的實(shí)際情況，劃分4個(gè)豐缺等級(jí)：≤10 mg /kg為缺乏，10～20 mg /kg為中等，20～40 mg /kg為豐富，≥40 mg /kg為偏高。對(duì)空間插值分布圖分級(jí)后與行政區(qū)劃圖疊置，得到以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位的土壤有效磷含量等值區(qū)圖(圖4)，以定量指標(biāo)和定位方式直觀反映了轄區(qū)土壤有效磷分布狀況和分布規(guī)律。

用ArcGIS10.0軟件中的空間分析模塊下的區(qū)域統(tǒng)計(jì)功能，以耕地資源管理單元圖提取各等值區(qū)面積，并按含量等級(jí)匯總地塊面積(表3)。

表3西秀區(qū)土壤有效磷分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及面積匯總

Table 3　The grading evaluation standard and area statistical of soil A-P in Xixiu

圖4　土壤有效磷分布狀況圖Fig.4　The spatial interpolation distribution map of A-P in soil

土壤養(yǎng)分分布圖是反映土壤養(yǎng)分狀況的應(yīng)用圖件，是數(shù)字農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)。它能以定量指標(biāo)和定位方式，直觀地反映調(diào)查區(qū)土壤養(yǎng)分含量狀況和分布規(guī)律[14]。從圖4看出，西秀區(qū)耕地土壤有效磷的分布具有明顯的差異，有效磷處于豐富狀態(tài)的耕地占大多數(shù)，主要分布在北部、東部、和東南部；有效磷處于中等狀態(tài)的耕地占四分之一，主要分布在轄區(qū)西南部；有效磷偏高的耕地不足5%，主要分布在城區(qū)的東南角及轄區(qū)東部、東北部3個(gè)較小區(qū)域；有效磷極缺或缺乏的耕地極少。

3　結(jié)論

3.1有效磷含量描述性統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，有效磷(mg/kg)的平均值26.4，中位數(shù)22.3，眾數(shù)9.5，最小值5.2，最大值89.2，極差84。

3.2應(yīng)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行半方差分析，四種模型擬合比較，球狀模型擬合效果最好，塊基比為0.48，說(shuō)明土壤有效磷的分布狀況是結(jié)構(gòu)性因素(自然因素)和隨機(jī)性因素(人為因素)共同作用的結(jié)果。

3.3利用普通克里格法進(jìn)行內(nèi)插,繪制土壤有效磷分布狀況圖，以定量指標(biāo)和定位方式直觀表達(dá)耕地土壤有效磷豐缺狀況。26.32%的耕地有效磷處于中等水平，68.12%的耕地有效磷處于豐富狀態(tài)，4.85%的耕地有效磷偏高，有效磷缺乏的僅占0.76%。

3.4有效磷中等的耕地應(yīng)穩(wěn)定磷肥施用量，確保土壤有效磷不下降；有效磷豐富的耕地可在配方施肥設(shè)計(jì)上適量降低1/4～1/3施用量；有效磷偏高的耕地采取隔季施磷的措施，充分發(fā)揮利用土壤中的殘磷，同時(shí)每年或隔年取土分析，監(jiān)測(cè)有效磷變化情況，避免盲目施磷造成污染。

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Distribution and Variation Characteristic of Available Phosphate Fertilizer in Xixiu District

WANG Qiu-yuan

(XixiuStationofSoilandFertilizer,Xixiu,Guizhou, 561000,China)

A method incorporated Geo statistics and Geo-information system (GIS) was applied to analysis the distribution and variation characters of available phosphate fertilizer (P) of 669 soil samples collected from Xixiu district, Anshun city in 2014. The results indicated that the content of available phosphate range from 5.2mg/kg to 89.2mg/kg, with the average of 26.4mg/kg, and the range was 84; Semi-variance analysis was carried out and the result showed that the exponent curve model was perfect, and the nugget/sill ratio was 0.48, which indicating that the distribution of efficient phosphate was determined by the structural factors (nature factors) and random factors (Artificial factor). The spatial interpolation distribution map of efficient P was analyzed by ordinary Kriging and the soil nutrients in Xixiu district could be divide into four classes by reference the results of the 2ndgeneral survey of soil nutrients, and the medium, abundance, higher and deficient of available phosphate content were 26.32%, 68.12%, 4.85% and 0.76%, respectively among the total area of cultivated land. So, appropriate fertilizer application methods should be emphasized in the areas with different efficient P content to make use of the variability residual P in the soil.

soil；situation

2016-04-25

農(nóng)業(yè)部、財(cái)政部測(cè)土配方施肥補(bǔ)貼資金項(xiàng)目

王秋媛(1989-)，女，助理農(nóng)藝師，從事土壤肥料工作。