西秀区土壤有效磷分布状况及变异特征分析

王秋媛

(贵州省安顺市西秀区农业局土壤肥料站，贵州 安顺　561000)



■研究报告

西秀区土壤有效磷分布状况及变异特征分析

王秋媛

(贵州省安顺市西秀区农业局土壤肥料站，贵州 安顺561000)

以安顺市西秀区2014年采集的669个耕地土样有效磷测试数据为研究对象，运用地统计学与GIS技术相结合的方法分析土壤有效磷分布状况及变异特征。结果表明，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，极差84。半方差分析模型拟合比较，指数模型拟合效果最好，块基比为0.48，说明土壤有效磷的分布状况是结构性因素(自然因素)和随机性因素(人为因素)共同作用的结果。普通克里格法内插得到土壤有效磷分布状况图，参照第2次土壤普查土壤养分分级标准划分西秀区土壤有效磷为4个等级，经面积统计汇总，26.32%的耕地有效磷处于中等水平，68.12%的耕地有效磷处于丰富状态，4.85%的耕地有效磷偏高，有效磷缺乏的仅占0.76%。有效磷中等的耕地应稳定磷肥施用量，确保土壤有效磷不下降；有效磷丰富的耕地可在配方施肥设计上适量降低磷肥施用量；有效磷偏高的耕地采取隔季施磷的措施，充分发挥利用土壤中的残磷。

土壤有效磷；丰缺状况

磷素(P2O5)是作物生长发育不可缺少的营养元素之一，作物对磷的需求仅次于氮和钾，磷对作物吸收养分有很大的促进作用[1]。磷素充足能促进作物体内的物质合成和代谢，作物的产量和品质也得到提高和改善[2]。禾谷类作物缺磷时，会延迟植株的分蘖、抽穗、开花和成熟，在田间可见到水稻“僵苗”、“坐蔸”，玉米的穗秃顶增长，油菜脱荚等现象，但磷肥施用过量也容易引起作物早衰，影响产量和效益[2]。在安顺市西秀区耕地施肥过程中，几乎所有耕地都存在长期连续施用磷肥现象。由于对耕地土壤磷素丰缺状况的认识多停留在单纯的土样测试数据和传统的施肥经验上，导致宏观施肥决策的盲目性和不准确性，使配方施肥方案制定较为粗糙，针对性不强，影响土壤养分管理的进一步提高，极易造成浪费和污染。为此，特运用地统计学与GIS技术相结合的方法对西秀区土壤有效磷分布状况和变异特征进行研究,为指导科学合理施用磷肥提供参考。

1　材料与方法

1.1地理概况

安顺市西秀区位于贵州省中部偏西，地处东经105°44′32″～106°21′58″，北纬25°56′30″～26°26′42″之间，东接长顺县，南邻镇宁、紫云县，西连普定县，北接平坝、织金县。全区东西宽61km，南北长59.5km，土地总面积1546平方公里，平均海拔1431m，相对高差593m，年平均气温14.2℃，年日照时数1261h，年平均降水量1121mm，无霜期278d，属亚热带季风湿润气候，是典型的农业区，主要粮油农作物有水稻、玉米、油菜，总播种面积63583.13hm2。全区耕地土壤分7个土类、25个亚类、86个土属、143个土种，以黄壤、水稻土、石灰土为主，占全区耕地总面积的95.5%以上[3]。

1.2土样采集与测试方法

首先在室内将土地利用现状图与土壤图套合，根据套合单元，在保证采样点具有典型性和代表性，同时兼顾空间分布均匀性的基础上，确定采样点位置，绘制采样布点图。在实地采样点，选择有代表性的一块田块，采用“S”形布点采集7～20个耕层土样，将土样混匀，用四分法处理，取1公斤混合土样，用手持式GPS接收机定位，记录采样点的经纬度。及时风干土样，按照分析要求研磨过筛，装入样品瓶。土样分析按照《测土配方施肥技术规范》[4]的要求，采用碳酸氢钠浸提—钼锑抗比色法测定。采用2014年西秀区测土配方施肥项目实施中采集的669个土壤样品有效磷测试数据为研究对象。样点分布见图1。

图1　样点分布图Fig.1　Soil sample sites distribution map

1.3分析方法

用Excel的数据分析工具进行描述性统计分析，用统计软件GS+7.0进行方差分析，用ArcGIS10.0软件中的统计分析扩展模块进行普通克里格插值和绘制有效磷分布状况图，用空间分析模块下的区域统计功能统计不同有效磷含量等级耕地面积。

2　结果与分析

2.1有效磷描述性统计分析

有效磷描述性统计分析(表1)结果看出，有效磷的平均值25.49mg/kg，中位数21.8，众数9.5，标准差16.56，方差274.28，有效磷含量范围在5.2～89.2 mg/kg之间，最小值5.2mg /kg，最大值89.2mg /kg，极差84mg /kg。

表1土壤有效磷描述性统计

Table 1　Descriptive statistics of soil effective phosphorus

2.2有效磷正态分布检验

用GS+7.0软件对数据进行正态分布检验，原始数据趋向正态分布(图2)，满足半方差函数的计算和克里格方法进行土壤养分特性空间分析的前提条件。

图2　有效磷正态分布检验图Fig.2　The effective phosphorus normal distribution test

2.3有效磷的半方差分析

土壤性质是一个典型的区域化变量，土壤性质变化不是随机的，而是具有高度的空间相关性，对于具有空间结构变量的空间变异分析，采用经典统计学来分析是远远不够的，目前，国内外对土壤空间变异研究最多的是采用地统计学方法[5]。地统计学方法以半方差函数为基本工具，可以对既具有随机性又具有结构性的各种变量在空间上的分布进行研究，常用的理论模型有线性(Linear)、球状(Spherical)、指数(Exponential)、高斯(Gussian)4种模型[6]。对数据进行半方差分析，用4种模型分别进行计算拟合,拟合结果见图3，相关参数见表2。按照决定系数(R2)最大、残差(RSS)最小的原则选择最优半方差函数模型[7]，经过图3和表2比较，指数模型拟合效果最好。半方差函数,也称空间变异函数,是用来描述区域化变量结构性和随机性并存这一空间特征而提出的,其中块金值(C0)、基台值(C0+C)、变程作为半方差函数的重要参数,用来度量区域化变量在一定尺度上的空间变异和相关程度[8]。块金值表示随机性因素引起的空间异质性；基台值表示系统内的总变异；块金值与基台值的比值(块基比)表示随机性因素引起的空间变异性占系统总变异的比例，如果块基比高,说明随机性因素引起的空间异质性程度较高；从结构性因素的角度来看,块基比可以表明系统变量的空间相关性的程度，如果比值<0.25,说明系统具有强烈的空间相关性，如果比值在0.25～0.75之间表明系统具有中等的空间相关性，若>0.75说明系统空间相关性很弱[9]。土壤养分分布是由结构性和随机性因素共同作用的结果，结构性因素，如土壤类型、母质、地形、气候等可以导致土壤养分强烈的空间相关性,而随机性因素如施肥、耕作、灌溉等各种人为活动使土壤养分的空间相关性减弱，朝均一化发展[10]。从表2指数模型(拟合效果最好)参数可见，有效磷的块基比为0.48，表明土壤有效磷含量的变化是结构性因素(自然因素)和随机性因素(人为因素)共同作用的结果。

图3　有效磷4种模型拟合半方差图Fig.3　Four semi-variance exponent curve model of soil A-P map

表2有效磷半方差函数理论模型及相关参数

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

2.4有效磷的空间分布格局

ArcGIS10.0软件地统计分析扩展模块提供的空间插值方法——克里格法是利用原始数据和半方差函数的结构性，对未采样点的区域化变量进行无偏最优估值的一种插值方法，在各种内插方法中普通克里格法效果较好[11，12]。参照第二次土壤普查土壤养分分级标准[13]，结合西秀区土壤有效磷含量的实际情况，划分4个丰缺等级：≤10 mg /kg为缺乏，10～20 mg /kg为中等，20～40 mg /kg为丰富，≥40 mg /kg为偏高。对空间插值分布图分级后与行政区划图叠置，得到以乡镇为单位的土壤有效磷含量等值区图(图4)，以定量指标和定位方式直观反映了辖区土壤有效磷分布状况和分布规律。

用ArcGIS10.0软件中的空间分析模块下的区域统计功能，以耕地资源管理单元图提取各等值区面积，并按含量等级汇总地块面积(表3)。

表3西秀区土壤有效磷分级评价标准及面积汇总

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

图4　土壤有效磷分布状况图Fig.4　The spatial interpolation distribution map of A-P in soil

土壤养分分布图是反映土壤养分状况的应用图件，是数字农业的基础。它能以定量指标和定位方式，直观地反映调查区土壤养分含量状况和分布规律[14]。从图4看出，西秀区耕地土壤有效磷的分布具有明显的差异，有效磷处于丰富状态的耕地占大多数，主要分布在北部、东部、和东南部；有效磷处于中等状态的耕地占四分之一，主要分布在辖区西南部；有效磷偏高的耕地不足5%，主要分布在城区的东南角及辖区东部、东北部3个较小区域；有效磷极缺或缺乏的耕地极少。

3　结论

3.1有效磷含量描述性统计分析结果表明，有效磷(mg/kg)的平均值26.4，中位数22.3，众数9.5，最小值5.2，最大值89.2，极差84。

3.2应用地统计学方法进行半方差分析，四种模型拟合比较，球状模型拟合效果最好，块基比为0.48，说明土壤有效磷的分布状况是结构性因素(自然因素)和随机性因素(人为因素)共同作用的结果。

3.3利用普通克里格法进行内插,绘制土壤有效磷分布状况图，以定量指标和定位方式直观表达耕地土壤有效磷丰缺状况。26.32%的耕地有效磷处于中等水平，68.12%的耕地有效磷处于丰富状态，4.85%的耕地有效磷偏高，有效磷缺乏的仅占0.76%。

3.4有效磷中等的耕地应稳定磷肥施用量，确保土壤有效磷不下降；有效磷丰富的耕地可在配方施肥设计上适量降低1/4～1/3施用量；有效磷偏高的耕地采取隔季施磷的措施，充分发挥利用土壤中的残磷，同时每年或隔年取土分析，监测有效磷变化情况，避免盲目施磷造成污染。

[1]周宝库,张秀英,张喜林,等.化肥施用技术问答[M].第三版.北京:化学工业出版社,2011.5.60-60.

[2]褚天铎等.化肥科学使用指南[M].修订版.北京:金盾出版社,2002.6.66-67.

[3]贵州省土壤普查办公室.贵州省土壤[M].贵阳:贵州科技出版社,1994.

[4]王凯.测土配方施肥技术规范(农业行业标准)[M].北京:中国农业出版社,2006.

[5]方元,吴志峰,等.空间分析方法在土壤变异研究中的应用[J].农机化研究，2006,(4): 170-171.

[6]王政权.地统计学及在生态学中的应用[M].北京:科学出版社,1999.

[7]李中元.贵州喀斯特山区村级尺度下农田土壤养分空间变异与采样设计研究[D].贵州大学硕士毕业论文,2008.

[8]谭万能,李志安,邹碧,等.地统计学方法在土壤学中的应用[J].热带地理, 2005年12月，第25卷第4期. 307-311.

[9]史利江,郑丽波,柳云龙.农田土壤养分空间变异特征研究[J].河南农业大学学报2008, 42(1): 51-56.

[10]张一扬,等.基于地统计与GIS的土壤有机质空间变异性研究—以湖南省主产烟区为例[J].青岛农业大学学报(自然科学版)2008,25(1): 48-52.

[11]王炜明. 基于GIS的地统计学方法在土壤科学中的应用[J]. 中国农学通报，2007年5月，第23卷第5期. 404-408.

[12]丁园圆,沈润平,刘莤.基于地统计学的仪征市土壤养分空间分布研究[D].中国气象学会2007年年会，生态气象业务建设与农业气象灾害预警分会场论文集 , 2007年.

[13]全国土壤普查办公室.全国第二次土壤普查暂行技术规程[M].北京:中国农业出版社,1979 .59-62.

[14]周敏,王秋兵,贾艳萍. 基于乡镇级耕层土壤养分空间变异研究[J].中国土壤与肥料，2009，2:11-16.

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

农业部、财政部测土配方施肥补贴资金项目

王秋媛(1989-)，女，助理农艺师，从事土壤肥料工作。