旱地两熟区耕地土壤大量元素比值变化研究

石岩

摘   要：耕地作为维持人类生产生活的重要自然资源，其质量关系到农作物安全及农业产业的可持续发展。在旱地两熟区有机质、全氮及有效磷含量等数据的基础上，以研究区县域尺度为评价单元，运用克里金插值法，分析全国第二次土壤普查时期到全国测土配方时期研究区氮磷比与碳氮比变化情况，旨在为研究区耕地质量评价等方面的研究提供借鉴意义。

关键词：旱地两熟区;耕地;土壤;大量元素;比值;变化

文章编号： 1005-2690（2019）06-0160-01       中图分类号： S158       文献标志码： B

耕地是保障我国人民生产生活的基本农业要素，其经过长期高强度、超负荷的使用，逐渐凸显出耕地土壤肥力退化和相关环境污染等问题，影响耕地质量与数量的平衡，制约我国农业产业的可持续发展。目前，我国拥有全球约7%的耕地占有量，化肥和农药的施用量占比却高达35%，且耕地污染超标率达到19.4%，耕地质量及粮食安全等问题已引起全国人民的广泛关注。面对严峻的耕地资源现状，随着城市化进程加快，耕地数量和质量总体下降的状况对人民生活和农业产业发展形成巨大的阻力。

1   研究区概况

旱地两熟区采样区域较广泛，本研究区选取北京、天津、河北、山西、陕西、山东、河南、四川、云南、江苏和安徽11个省市。華北平原是中国第二大平原，地势多在海拔50 m以下。西北黄土高原位于黄土堆积区，地势海拔介于1 000～2 000 m，年平均降水量466 mm。华东江淮丘陵地区主要包括丘陵和部分平原等地貌类型，地势海拔多在100～300 m。西南丘陵旱地地区主要包括丘陵、盆地和高原山地等地貌类型，地势海拔多在500～2 000 m，主要农作物类型为水稻、小麦和玉米等粮食作物与茶叶、油菜和甘蔗等经济作物。

2   研究方法及数据来源

本研究数据以全国第二次土壤普查土种基本信息数据库（1980—1996）、《全国配方土壤基础数据（2005—2014）》及各省（市）政府统计局网站等电子与纸质资料为准。耕地质量评价单元按照县域尺度划分，共1 010个耕地评价单元。

本文主要运用地统计学及经典统计学等方法进行研究，其中，地统计学选择克里金插值法，其是一种在数学上可对所研究的对象提供最佳线性无偏估计（某点处的确定值）的方法。它考虑了信息样品的形状、大小及与待估计块段相互间的空间位置等几何特征以及品位的空间结构之后，为达到线性、无偏和最小估计方差的估计，而对每一个样品赋予一定的系数，最后进行加权平均来估计块段品位的方法。但它仍是一种光滑的内插方法，在数据点多时，其内插的结果可信度较高。而克里金插值的方式有多种（如普通克里金法、简单克里金法、泛克里金法），本文通过预测的误差分析选取各指标最优的插值方法模型。

3   结果与分析

目前旱地两熟区耕地土壤有机质含量介于3.37～66.17 g/kg，土壤养分中全氮含量介于0.15～5.45 g/kg，有效磷含量介于4.00～74.30 mg/kg。土壤氮磷比值介于6.06～291.23，平均比值71.98，整体较高，表明土壤氮、磷养分失衡现象突出。

我国目前仍沿用、本研究中土壤碳氮比参考Van Bemmelen因数（1.724），即碳氮比是0.58倍的有机质与全氮的比值，3种土壤养分均表现出正偏态的分布特征，比值进行空间统计学分析时需进行数据变换处理。

根据两期土壤氮磷比可知，旱地两熟区土壤有效磷含量增加速度远高于土壤全氮的增速，得到的土壤氮磷比整体呈现出快速下降的趋势。二普时期（1980—1996年），旱地两熟区市域土壤氮磷比普遍介于（150～430）∶1，而到了全国测土配方时期（2005—2014年），研究区土壤氮磷比普遍介于（30～140）∶1。30多年间，旱地两熟区土壤氮磷比呈现出高比值区域下降幅度较大，相对低比值区域变化幅度较小，旱地两熟区氮磷比变化逐渐趋于均匀化发展。

根据两期土壤碳氮比可知，旱地两熟区土壤有机质含量增加速度高于土壤全氮增速，土壤碳氮比值总体不断提高。全国二普时期市域耕地土壤碳氮比普遍介于3～10，全国测土配方时期耕地土壤碳氮比普遍介于9～15，旱地两熟区30多年间土壤碳氮比增加趋势明显，二普时期较低的碳氮比值趋于增加速度较快，二普时期高值区域增长速度缓慢，耕地土壤碳氮比逐渐形成均匀化变化趋势。

4   结论

本研究在耕地质量评价指标体系中以大量元素为基础展开研究，在30多年间旱地两熟区耕地土壤中有机质、全氮及有效磷不断增加，运用克里金插值法评价研究区氮磷比与碳氮比的时空变化情况，有利于研究区农业产业科学化发展。其中，全国测土配方时期，云南省南部的西双版纳氮磷比最高，河北及山东两省整体氮磷比较低;云南省昆明市、陕西省榆林市等碳氮比最高，安徽及江苏两省整体碳氮比较低。

（收稿日期：2019-05-15）