喀斯特地区土壤养分空间变异特点研究----------以贵州省关岭县为例

徐梓津

贵州新联爆破工程集团有限公司,贵州贵阳550002

喀斯特地区土壤养分空间变异特点研究
----------以贵州省关岭县为例

徐梓津

贵州新联爆破工程集团有限公司,贵州贵阳550002

了解喀斯特地区土壤养分的空间分布特点。选取贵州省关岭县为研究样区，利用克里金插值法分别对选取的有效土壤指标数据进行空间插值，在ArcGIS10.0中得出土壤养分的空间分布变异特点，并与研究样区土地利用现状图对比。研究区土壤各养分指标中土壤缓效钾含量变化最大，空间变化最为剧烈；结合研究区土地利用现状数据对土壤养分指标分别进行空间插值的结果表明，土壤养分包括有机质、全氮、速效磷和缓效钾的空间分布变异特点都与该区域内土地利用类型有关。合理利用土地资源、改进土地利用方式对喀斯特地区土壤保护有积极作用。

喀斯特;土壤养分;空间插值;相关性

土壤作为农作物营养的载体，对作物生长影响明显，喀斯特地区土壤的作用尤为突出。研究喀斯特地区土壤养分空间变异特征，可为土壤养分的有效管理等提供依据，对于提高土地资源利用效率、改善田间管理方式、促进现代精确农业的发展具有重要意义[1]。

土壤养分的空间变异是指土壤所含养分在不同空间位置所表现出的差异性，成土母质、地形、植被、人类活动等因素对这种差异具有较为显著的影响[2]。20世纪70年代后期，Burgress,、Warrick等许多国外土壤学家对土壤物理性质(土壤含水率、容重、机械组成等)空间变异性规律进行了研究[3,4]。80年代空间变异已经成为土壤科学研究的重要内容[5]，并由定性研究转为定量研究。随后化学性质(有机质、大量营养元素N、P、K，中量元素Ca、Mg及微量营养元素Zn、Mn、Cu等)在空间上的变异性也开始成为许多学者研究的方向[6,7]。但国内外学者选择研究区域大多位于平原或丘陵地区，对喀斯特地区的研究较少。

本研究选取了喀斯特地貌典型的关岭布依族苗族自治县为研究对象，利用该县土肥站提供的2010年土壤养分数据、国土局提供的土地利用现状图（1:10000）及安顺市2010年统计年鉴数据，在ArcGIS10.0软件中采用克里金插值法研究土壤养分空间变化特点，土壤养分空间变异性与该区域内土地利用类型密切相关。研究结果可以为喀斯特地区的农业发展及该类地区土壤保护决策提供参考。

1 研究区概况

关岭布依族苗族自治县位于贵州西南部（105°15″-105°49″E,25°34″-25°05″N），隶属于安顺市,全县总面积1468 km2。海拔高度在800～1500 m之间，地貌类型复杂，以岩溶地貌为主，面积1213.227 km2，占全县面积的82.42%，是贵州岩溶地貌发育最典型的地区之一。地带性气候为中亚热带季风性湿润气候，年平均气温为16.2℃，雨量充沛，年降水量1205.1～1656.8 mm，是全省降水中心之一。受地势、地貌、气候、生物等因素的影响，区内土壤类型丰富，可以分为7个土类、20个亚类、51个土属、180个土种。

2010年关岭县总人口30.16万人，其中少数民族人口19.12万，占总人口的63.39%，属于少数民族自治县。农业人口28.65万人，占总人口的88.36%。分布最广的是黄壤，占土壤总面积的14.5%[8]。

关岭自治县2010年完成生产总值205623万元（当年价），人均生产总值4971元[8]，略低于全省平均水平（5787元），与全国平均水平15973元相比[9]，差距较大，属于经济欠发达地区。

图1 研究区位置示意图Fig.1 Schematic diagram of studied districts

2 研究方法及数据来源

2.1数据来源及处理

经济社会数据取自《安顺市2010年统计年鉴》、《贵州省2010年统计年鉴》。从关岭布依族苗族自治县土肥站获得2010年土壤采样点经纬度坐标、土壤养分数据。并从该县国土局取得该县行政区划图和土地利用现状图（1:10000）。

从关岭布依族苗族自治县土肥站获得的517个土壤采样点数据中，在ArcGIS10.0软件中空间投影发现，部分采样点不在研究区范围内，剔除该部分数据后，最终确定了415个有效土壤采样点及该点土壤养分数据，采样点分布如图2所示。采样点平均密度为0.283 n/km2，研究区中部为县城所在地（由图1可看出），建筑用地面积较大，故采样点数量较少。研究区东南部为经济林区，土地利用形式单一，故采点数也相对较少。

图2 关岭县土地利用现状图Fig.2 Land utilization present situation chart of Guanling County

图3 研究区土壤采样点分布图Fig.3 Soil sampling points in the study area map

针对该县土肥站提供的2010年土壤数据，从对作物生长影响较大且数据完整性及有效性两个方面因素考虑，最终选取了研究区的土壤有机质、全氮、速效磷和缓效钾四个指标来分析土壤养分分布情况。采样点分布如图2所示。

2.2研究方法

克里金法是目前地统计学中应用最为广泛的最优内插法，是利用已知点的数据去估计未知点(Xo)的数值，其基本理论是：对于任意待估点V的实际Z(x)，其估计值Z'(x)是通过待估点影响范围内的n个有效样本值Z(xi)(i=l,2,3……n)的线性组合得到的。

利用ArcGIS10.0对研究区土壤采样点进行空间投影，将选取的养分指标数据赋值到该点，并通过克里金插值法分别对选取的土壤指标进行空间插值，最后用掩膜提取研究区土壤养分空间分布图。

3 研究结果

3.1研究区土壤养分空间分布特点

3.1.1 研究区有机质空间分布特点通过克里金插值法，可以看出（图4）土壤有机质在研究区内的分布变化比较大。在与该地区土地利用现状图对比之后发现，森林与农耕区部分土壤有机质含量较高，尤其在森林区域，因人类活动少，生态环境较好，较少有土壤流失情况，土壤肥力较佳；而城市以及城市周边表现出土壤有机质含量较低的特征，这与该区域农户对征地的期望导致对土地投入减少且非农收入增加导致对土地投入的减少有密切关系；另外，由于研究区属于喀斯特典型地貌区域，岩石裸露地带几乎无土壤存在，这部分区域也表现出有机质含量极低或不含有机质的特征。

图4 土壤有机质空间分布插值图Fig.4 The chart of spatial variability interpolation from ammonia nitrogen

图5 研究区土壤全氮空间分布插值图Fig.5 The chart of spatial variability interpolation from total nitrogen

3.1.2 研究区全氮空间分布特点从图5可以看出，研究区土壤全氮含量分布较为均匀，波动性不显著。农耕区和居民区周边土壤全氮含量总体较高。通过实地调查发现，农耕区内农民为追求产量，大量施肥导致该区域内全氮含量较高；而居民区因为人们生活产生大量生活垃圾和生活污水，生活污水以及垃圾堆积形成的渗滤液中氮含量较高的[10]，所以该区域土壤全氮含量较高。含氮量较低地区主要集中在大量裸地部分及农耕区抛荒部分，这与裸地本身特征及抛荒地无人管理，没有人为投入有关。

3.1.3 研究区速效磷空间分布特点通过研究区土壤速效磷空间分布差值图6看出，研究区西北部速效磷含量较高，该区域有关岭布依族苗族自治县唯一水库（石板桥水库）并且该区域河流较密集。水库池塘类生态系统中水体自身的稳定和自净能力相对较弱[12]，加之水库鱼类量多，鱼粪等有机物大量存在，水体养分含量(尤其是氮、磷)日益积累，造成周边土壤速效磷含量最高地区均是研究区西北部的水库周围。研究区东北方向土地利用类型复杂，其中裸地和草地部分速效磷含量极低，研究区南部的经济林区速效磷含量也较低。

3.1.4 研究区缓效钾空间分布特点由图7可以看出，土壤缓效钾在县城区域含量很低，农耕区及林区含量较高，尤其是研究区东南部缓效钾含量较高。研究区东北部为该县油桐经济林区，其丰富的植被和生物富集现象明显使得该区域缓效钾含量居高。研究区中心偏北处浅色区域是该县的县城所在地，因人类经济活动严重影响该区域土壤的缓效钾含量。

图6 研究区土壤速效磷空间变分布插值图Fig.6 The chart of spatial variability interpolation from rapidly available phosphorus

图7 研究区土壤缓效钾空间变分布插值图Fig.7 The chart of spatial variability interpolation from slowly available potassium

4 结论

从以上研究结果中发现，研究区土壤各养分指标中土壤缓效钾含量变化最大，空间变化最为剧烈；结合研究区土地利用现状数据对土壤养分指标分别进行空间插值的结果表明，土壤养分包括有机质、全氮、速效磷和缓效钾的空间分布变异特点都与该区域内土地利用类型有关；土地利用类型的不同可以引起地表反射率的变化,影响植物凋谢物质和残余量,同时影响土壤微生物的活性，并且土地利用类型不同会引起土壤管理措施的改变，这些变化都会引起喀斯特地区土壤各养分在土壤系统内的再分配。

喀斯特地区的土壤质量决定着该地区的农业发展情况，土壤养分含量是土壤质量的重要反映。合理的土地利用方式可以改善土壤结构，提高土壤周围空气和水的质量，增强土壤对外界环境变化的抵抗能力，不合理的土地利用方式会导致土壤质量下降，增加土壤侵蚀速度、降低生物多样性、生态系统服务功能和土地生产力等[13]。喀斯特地区土壤养分含量与该地区土地利用现状密切相关，对土地利用类型的合理布局能够有效改善当地土壤养分分布，提高土壤肥力和质量，所以合理利用土地资源、改进土地利用方式对喀斯特地区土壤保护有积极作用。

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Spatial Variability of Soil Nutrients in KarstArea ----------Acase as Guanling County of Guizhou Province

XU Zi-jin
Guizhou Xinlian Blasting Engineering Group Co.Ltd.,Guiyang550002,China

This paper aims to study the spatial distribution characteristics of Karst area.Taking Guanling city in Guizhou province as an example,using the Kriging interpolation method for the calibration date to interpolate.Obtain the spatial distribution characteristics of soil nutrient by ArcGIS10.0.Moreover,using the SPSS20.0 to analysis the relativity for soil nutrient indexes.Study on soil nutrient indexes of soil available K content in slow change,spatial change is the severest; combined with the present situation of the study area land use data on soil nutrient indexes are spatial interpolation results showed that soil nutrients,including organic matter,total nitrogen,available phosphorus and available potassium in the spatial variability characteristics are related to the regional land use of type.Utilizing existing resource and improving land patterns have a vital significance for the soil in Karst area.

Karst;soil nutrient;spatial interpolation;relativity

K901.8

A

1000-2324(2014)04-0564-04

2013-06-18

2013-06-25

徐梓津(1987-),女,硕士,研究方向为土地资源.E-mail:china-99@163.com