海南省保亭县橡胶园土壤养分空间变异特征分析

高乐++吴炳孙++吴敏++韦家少++何鹏

摘 要 通过GIS和地统计学相结合的方法研究海南省保亭县橡胶园土壤速效氮、磷和钾含量的空间变异特征。结果表明：（1）土壤速效氮、磷、钾在一定范围内均存在空间相关性，速效氮和速效磷的空间相关性较弱，速效钾的空间相关性中等，土壤速效氮、速效磷和速效钾含量的相关距离变化范围分别为6 938.8、18 040.8 、6 938.8 m。速效磷和速效氮的空间变异主要受人为因素影响，速效钾受人为因素和自然因素的共同影响。（2）保亭县胶园土壤速效氮整体水平较低，主要为第四和第五等级；速效磷含量整体水平为中偏低，主要为中下水平的第四等级，速效钾含量整体水平较低，以第五等级为主。

关键词 地统计学 ；GIS ；空间变异

分类号 S794.1

合理的氮、磷、钾肥施用是目前橡胶园土壤养分管理的核心内容，而橡胶园土壤的供肥特性则是合理施肥的前提基础。中国橡胶园土壤具有地形地貌复杂、耕作经营分散、单元地块面积狭小等特点，土壤管理模式比较复杂。因此，研究橡胶园土壤养分的空间变异特征，探索一套适合橡胶园土壤的管理模式，具有重要的意义。随着20世纪60年代以区域化变量理论为基础的地统计分析方法和3S技术的发展，国内外众多学者应用GIS和地统计学相结合的方法对不同尺度或不同作物上土壤养分的空间差异性进行了大量研究[1-5]，对土壤养分管理提供了很多有效措施[6-8]。本研究应用地统计学和GIS相结合的方法对保亭县橡胶园土壤氮磷钾的空间变异特性进行分析，为橡胶园的土壤管理提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

保亭县位于海南省南部内陆，五指山南麓，北纬18°23′～18°53′，东经109°21′～109°48′，东接陵水县，南邻三亚市，西联乐东县，北依琼中县。县境东西宽49 km，南北长54 km，总面积1 160.6 hm2，地势西北高东南低，西部为高山区，北部为山区谷地，中部为低丘盆地，西南部为山地、高丘。保亭县属热带季风气候区，具有热量丰富，雨量充沛，蒸发量大，季风变化明显的特点；全年日照约1 900～2 000 h，日照百分率达45%；年平均气温20.7～24.5℃，年平均降雨量2 000 mm。全县辖6个镇、3个乡：保城镇、什玲镇、加茂镇、响水镇、新政镇、三道镇、六弓乡、南林乡、毛感乡，境内有通什、新星、金江、南茂、三道5个国有农场以及国营保亭热作所。

1.2 土壤样品采集与分析

土壤样品采集于2013年8～10月，用GPS与海南省保亭县行政矢量电子图结合指导定位，用网格采样法进行采样，网格间距为2.5 km×2.5 km，每个网格内各采集15个点的胶园0～20 cm土层（I）、20～40 cm土层（Ⅱ）土壤样品，各土层土壤样品充分混匀后作为一个混合样品，总共采取了338个土壤样品，并详细记录每个网格内中心采样点的经纬度坐标。土样带回实验室后经风干、过筛后再进行分析化验。全磷采用氢氧化钠碱熔-钼锑抗比色法测定，速效磷采用盐酸-氟化铵法测定[9]。

1.3 数据处理

利用spss 11.0对土壤养分指标进行常规统计，涉及地统计学的主要包括半方差函数和Kriging插值。其中，半方差函数分析采用GS+ version 9，空间插值采用Arcmap 9.3的地统计学分析模块进行。

2 结果与分析

2.1 土壤养分统计特征值

对保亭县胶园0～40 cm土层的土壤速效氮、速效磷、速效钾进行描述性统计分析，得到相应的统计特征值（表1）。结果表明，土壤速效氮、磷、钾含量的分布范围分别为12.95～187.08、0.85～71.65、9.50～140.84 mg/kg，平均值分别为66.52、6.86、40.16 mg/kg。速效磷含量的变异系数为125.98%，属于强变异；速效氮和速效钾的变异系数分别为48.45%和48.35%，为中等变异；各指标均属对数正态分布。以上描述性统计指标值反映了保亭县胶园土壤速效养分含量的差异，可能是各地区差别化施肥管理措施造成的结果，也可能是土壤养分本底值差异造成的结果，而各养分指标符合正态分布类型，则表明其可运用地统计学方法进行养分差异原因的进一步探索。

2.2 胶园土壤速效养分氮、磷、钾的空间结构分析

应用地统计方法，对采用网格法结合GPS定位技术采集的橡胶园土壤样品的速效磷和速效钾进行了空间变异分析（表2、3）。由表2可以看出，胶园土壤速效磷和速效钾的各向同性半方差函数理论模型均为球形，预测误差均值接近于0，均方根预测误差与平均标准误差最接近，标准均方根预测误差接近于1，表明橡胶园各土层速效磷和速效钾空间变异结构的半方差函数模型建立结果良好。

由表3 可知，土壤速效氮、速效磷和速效钾含量的变程，也即最大相关距离分别为6 938.8、18 040.8、6 938.8 m，即在两土层速效养分观测值对应的最大相关距离内，各观测值之间存在空间相关性，反之，各观测值之间相互独立。土壤养分指标半方差函数的块金值与基台值之比反映了养分指标的空间变异性程度和空间变异来源，土壤速效氮和速效磷含量的块金值与基台值之比分别为75.59%和84.39%，表明速效氮和速效磷的空间相关性较弱，主要受施肥管理等随机因素影响其空间分布特征，而土壤速效钾的块金值与基台值之比为55.38%，表明其空间相关性中等，空间分布受自然因素和随机因素共同影响。

2.3 胶园土壤速效养分氮、磷、钾的空间分布特征

根据GS+ version 9中各养分指标的半方差函数拟合参数，在ARCMAP 9.3的地统计学模块中进行Kriging插值、等级分类等，获得胶园速效氮、速效磷和速效钾含量的等级分布图（图1）。图1表明，保亭县胶园土壤速效氮整体水平较低，主要为第四和第五等级，其中第四等级占49.89%，第五等级占50.096%。保亭县胶园土壤速效磷含量以北部最高，主要为第三等级，中部为第四等级和第五等级交叉分布，南部主要为第四等级。保亭县胶园土壤速效磷含量整体水平为中偏低，61.58%为中下水平的第四等级，26.83%为低水平的第五等级。保亭县胶园速效钾含量南部较高，主要为第四等级，中部主要为第五等级，北部为第五等级和第六等级交叉分布，以第五等级为主。速效钾整体水平较低，75.04%为低水平第五等级，12.38%为极低水平的第六等级（表4）。

3 结论与讨论

研究表明，基于GIS和地统计学方法能够很好地研究和反映土壤养分的空间变异规律[10]。本研究表明，土壤速效氮和钾含量中等程度变异，变异系数分别为48.45%和48.35%，但速效磷含量强变异，变异系数为125.98%，各指标均属对数正态分布。在一定的范围内，3种养分要素均存在空间相关性，速效氮和速效磷的空间相关性较弱，主要受施肥管理等随机因素影响其空间分布特征，而土壤速效钾的空间相关性中等，空间分布受自然因素和随机因素共同影响。土壤速效氮、速效磷和速效钾含量的相关距离变化范围分别为6 938.8、18 040.8、6 938.8 m。一般情况，土壤养分的空间变异特性主要受自然因素和随机因素驱动，自然因素主要包括地形地貌和成土母质等，随机因素主要是施肥管理等人为因素，其中，土壤养分含量的均衡化发展主要受人为因素影响 [2，11-12]。本研究表明，保亭县橡胶园土壤速效磷和速效氮的空间变异主要受人为因素影响，速效钾受人为因素和自然因素的共同影响，人为因素对胶园土壤速效氮、磷和钾含量空间变异的影响程度为速效磷>速效氮>速效钾。

根据各养分指标的半方差函数拟合参数，利用Kriging插值法进行内插，并结合养分的分级标准对内插结果进行分级，所得的空间变异图能很好地反映土壤养分的空间变异特征和丰缺状况[2]。本研究表明，保亭县胶园土壤速效氮整体水平较低，主要为第四和第五等级；速效磷含量整体水平为中偏低，主要为中下水平的第四等级，其中北部最高，主要为第三等级，中部为第四等级和第五等级交叉分布，南部主要为第四等级。保亭县胶园速效钾含量整体水平较低，以第五等级为主，其中南部较高，中北部低。

总体可以看出，保亭县橡胶园当前土壤速效氮、速效磷和速效钾空间结构特征明显，但整体水平普遍较低，因此，有必要针对当前胶园土壤的养分状况制定合适的宏观土壤分区管理措施，以达到培肥胶园土壤和增加天然橡胶产量的目的。

参考文献

[1] Wang Y Q， Zhang X C， Huang C Q. Spatial variability of soil total nitrogen and soil total phosphorus under different land uses in a small watershed on the Loess Plateau， China[J]. Geoderma， 2009， 150（1）： 141-149.

[2] 杨艳丽，史学正，于东升，等. 区域尺度土壤养分空间变异及其影响因素研究[J]. 地理科学，2008，28（6）：788-792.

[3] 李建辉，李晓秀，张汪寿，等. 基于地统计学的北运河下游土壤养分空间分布[J]. 地理科学，2011，08：1 001-1 006.

[4] 庞 夙，李廷轩，王永东，等. 土壤速效氮、磷、钾含量空间变异特征及其影响因子[J]. 植物营养与肥料学报，2009，15（l）：114-120.

[5] 孔庆波，章明清，姚宝全，等. 福建县级区域耕地土壤养分时空变异研究[J]. 热带作物学报，2010，31（10）：1 686-1 690.

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[9] 鲁如坤. 土壤农业化学分析方法[M]. 北京：中国农业科学技术出版社，2000.

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[12] 吴 敏，何 鹏，韦家少. 不同地形条件下海南省胶园土壤肥力特性初探[J]. 中国农学通报，2009，25（12）：140-144.

3 结论与讨论

研究表明，基于GIS和地统计学方法能够很好地研究和反映土壤养分的空间变异规律[10]。本研究表明，土壤速效氮和钾含量中等程度变异，变异系数分别为48.45%和48.35%，但速效磷含量强变异，变异系数为125.98%，各指标均属对数正态分布。在一定的范围内，3种养分要素均存在空间相关性，速效氮和速效磷的空间相关性较弱，主要受施肥管理等随机因素影响其空间分布特征，而土壤速效钾的空间相关性中等，空间分布受自然因素和随机因素共同影响。土壤速效氮、速效磷和速效钾含量的相关距离变化范围分别为6 938.8、18 040.8、6 938.8 m。一般情况，土壤养分的空间变异特性主要受自然因素和随机因素驱动，自然因素主要包括地形地貌和成土母质等，随机因素主要是施肥管理等人为因素，其中，土壤养分含量的均衡化发展主要受人为因素影响 [2，11-12]。本研究表明，保亭县橡胶园土壤速效磷和速效氮的空间变异主要受人为因素影响，速效钾受人为因素和自然因素的共同影响，人为因素对胶园土壤速效氮、磷和钾含量空间变异的影响程度为速效磷>速效氮>速效钾。

根据各养分指标的半方差函数拟合参数，利用Kriging插值法进行内插，并结合养分的分级标准对内插结果进行分级，所得的空间变异图能很好地反映土壤养分的空间变异特征和丰缺状况[2]。本研究表明，保亭县胶园土壤速效氮整体水平较低，主要为第四和第五等级；速效磷含量整体水平为中偏低，主要为中下水平的第四等级，其中北部最高，主要为第三等级，中部为第四等级和第五等级交叉分布，南部主要为第四等级。保亭县胶园速效钾含量整体水平较低，以第五等级为主，其中南部较高，中北部低。

总体可以看出，保亭县橡胶园当前土壤速效氮、速效磷和速效钾空间结构特征明显，但整体水平普遍较低，因此，有必要针对当前胶园土壤的养分状况制定合适的宏观土壤分区管理措施，以达到培肥胶园土壤和增加天然橡胶产量的目的。

参考文献

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[12] 吴 敏，何 鹏，韦家少. 不同地形条件下海南省胶园土壤肥力特性初探[J]. 中国农学通报，2009，25（12）：140-144.

3 结论与讨论

研究表明，基于GIS和地统计学方法能够很好地研究和反映土壤养分的空间变异规律[10]。本研究表明，土壤速效氮和钾含量中等程度变异，变异系数分别为48.45%和48.35%，但速效磷含量强变异，变异系数为125.98%，各指标均属对数正态分布。在一定的范围内，3种养分要素均存在空间相关性，速效氮和速效磷的空间相关性较弱，主要受施肥管理等随机因素影响其空间分布特征，而土壤速效钾的空间相关性中等，空间分布受自然因素和随机因素共同影响。土壤速效氮、速效磷和速效钾含量的相关距离变化范围分别为6 938.8、18 040.8、6 938.8 m。一般情况，土壤养分的空间变异特性主要受自然因素和随机因素驱动，自然因素主要包括地形地貌和成土母质等，随机因素主要是施肥管理等人为因素，其中，土壤养分含量的均衡化发展主要受人为因素影响 [2，11-12]。本研究表明，保亭县橡胶园土壤速效磷和速效氮的空间变异主要受人为因素影响，速效钾受人为因素和自然因素的共同影响，人为因素对胶园土壤速效氮、磷和钾含量空间变异的影响程度为速效磷>速效氮>速效钾。

根据各养分指标的半方差函数拟合参数，利用Kriging插值法进行内插，并结合养分的分级标准对内插结果进行分级，所得的空间变异图能很好地反映土壤养分的空间变异特征和丰缺状况[2]。本研究表明，保亭县胶园土壤速效氮整体水平较低，主要为第四和第五等级；速效磷含量整体水平为中偏低，主要为中下水平的第四等级，其中北部最高，主要为第三等级，中部为第四等级和第五等级交叉分布，南部主要为第四等级。保亭县胶园速效钾含量整体水平较低，以第五等级为主，其中南部较高，中北部低。

总体可以看出，保亭县橡胶园当前土壤速效氮、速效磷和速效钾空间结构特征明显，但整体水平普遍较低，因此，有必要针对当前胶园土壤的养分状况制定合适的宏观土壤分区管理措施，以达到培肥胶园土壤和增加天然橡胶产量的目的。

参考文献

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[12] 吴 敏，何 鹏，韦家少. 不同地形条件下海南省胶园土壤肥力特性初探[J]. 中国农学通报，2009，25（12）：140-144.