猕猴桃种植区土壤有机质空间分布特征分析

李广文 鲍锋 刘成 赵德芳 王亚妮

(西安文理学院生物与环境工程学院，陕西 西安 710065)

有机质在土壤肥力中起着重要作用，一定程度上影响着植被的生长并在改善土壤理化性质中具有重要作用。同时，在环境的保护与治理、农业的可持续发展方面，土壤有机质也有着重要意义。因此，区域土壤有机质的空间分布特征是发展可持续农业生产、探索环境治理与保护方法、进行科学环境决策、制定切实可行生态环境政策等的重要依据。但因人类社会的发展，尤其是农业生产方式的变迁，土壤有机质的空间分布特征与自然状态下的空间分布特征差异显著。土壤有机质作为土壤参数中的重要评判指标，土壤有机质空间变异一直是国内外众多地理地质学者研究探索的热点与重点[1]。对土壤有机质进行调查与评估时，国外学者多采用克里金插值法与传统地统计学法相结合的方式综合分析土壤有机质的变异性[2-4]。我国对土壤空间异质性的研究已形成了相对完整的计算系统。对土壤有机质的空间特征分布主要是利用采样的散点进行空间插值来进一步扩展到面，从而实现土壤有机质的空间分布，其中数据处理方法[5,6]又有不同的研究。本文以陕西猕猴桃种植区为切入点，研究分析该种农业生产方式下土壤有机质的空间分布特征，为该地区研究解决种植猕猴桃过程中出现的问题提供可靠依据。

1 研究区概况

研究区地处秦岭与渭水之间，关中平原中部，地理坐标为E107°39′～108°46′，N33°42′～34°16′，总面积4256km2。属暖温带大陆性季风气候，地势南高北低，依据地形可划分为山区、山前坡地及平原3个不同的自然区域。山区以林地为主，山前坡地和平原区以耕地为主。

2 样品的采集与分析

在对研究区进行采样时，依据地形地貌，选取北部的山前坡地和平原区耕地为研究区域，进行均匀布点。土壤样品采集时间为2021年4—5月，设定采样点共43个，进行样点采集时，研究所选择的耕地土壤深度为0～20cm的表层土壤和20～40cm的下层土壤。采样总计86个，具体分布如图1所示。

图1 研究采样点位图

2.1 野外采样及处理

对周至县、鄠邑区进行均匀布点，采集的土样深度为0～20cm的表层土壤和20～40cm的下层土壤。采集土样的方法为5点采样法，即每个样点的范围大小为4m×4m的样方，在每个采样点周围以S型方式取4个点，混合土样，使每个采样点的土壤重量为300～500g，装入塑封袋中带回实验室进行后续分析。在进行土壤采样的同时利用手机GPS记录相对应的采样点经纬度，并在所对应的样品收集袋上使用油性笔进行标记处理。记录样点周围的环境情况，如土壤类型、植被覆盖情况、采样点编号、地形等各种要素，方便后续实验的处理与数据分析。土壤样本的采集时间为2021年4月，采集时间范围为2周，共采集周至县和鄠邑区的土壤样点43个。每个样点取0～20cm和20～40cm 2个土层的土样，共计86个土样。

2.2 有机质含量的测定

样品带回进行室内实验，使用实验室内的烘箱，在恒温60℃条件下进行48h烘干处理。在烘干结束后对土样进行研磨，研磨前挑出土样中的草根、碎石块等其它杂物。将烘干且挑出杂物的土样过2mm尼龙筛网，制作土样。采用重铬酸钾法测出各土样的有机质含量。

3 研究区土壤有机质含量分析

3.1 研究区土壤有机质含量的统计特征

运用SPSS统计学软件对周至县鄠邑区的研究区土壤有机质含量进行分析和正态分布检验。结果表明，周至县鄠邑区的研究区第1层，即0～20cm表层土壤有机质含量为9.98～35.85g·kg-1，平均值为21.7g·kg-1，标准偏差为6.3g·kg-1；由此可以看出，周至县鄠邑区的研究区第1层土壤有机质差别较大。参考全国土壤养分分级标准中土壤有机质含量分级标准(有机质含量百分数在0.6以下为极缺、0.6～1为缺乏、1～2为中下、2～3为中上、3～4丰富、4以上为极其丰富)可以得出，周至县鄠邑区的研究区的土壤有机质含量为国家土壤养分分级评价中土壤有机质含量为中上。其变异系数为29.0%，根据变异系数等级划分，在10%～100%变异为中等变异，这表明大兴安岭地区的有机质含量变异属于中等变异，适合对其进行空间插值。第2层，即20～40cm土壤有机质含量为9.16～3.48g·kg-1，平均值为16.4g·kg-1，标准偏差为6.0g·kg-1，如表1所示。可以得知，第2层土壤有机质含量在国家土壤养分分级评价中土壤有机质含量仍为中上。变异系数为36.7%，同样适合进行空间插值。

表1 研究区土壤有机质统计描述

3.2 研究区土壤有机质的空间趋势分析

为了揭示周至县鄠邑区的研究区土壤有机质含量在空间方向(经度方向和纬度方向)的总体特征。使用ArcGIS 10.6软件地统计分析模块中的数据探索分析功能得到周至县鄠邑区的研究区土壤有机质含量的空间趋势图。由趋势图可知，周至县鄠邑区的研究区第1土层土壤有机质含量在纬线方向的趋势性不明显，而在经线方向具有明显的两头低中间高的趋势，表现出二阶曲线的特征，如图2所示。第2土层在经线方向和纬线方向皆呈钟形趋势，表现出二阶曲线的特征，如图3所示。在使用半方差函数分析功能时，在去除的趋势一栏中勾选二次趋势的选项，去除该趋势，获得模型会更加准确。

图2 研究区第1层土壤有机质的空间变化趋势图(不同角度)

图3 研究区第2层土壤有机质的空间变化趋势(不同角度)

4 研究区土壤有机质的空间分布特征

从图4可以看出，该地区第1层土壤有机质分布特征大致为高值中心与低值中心相间分布。其中，又以鄠邑区西南部为最大值，但鄠邑区东北部有机质含量同时也达到最低，基本<2%。表明鄠邑区土壤有机质含量在东北-西南方向变化较大。相比之下，周至县土壤有机质分布相对均匀，大部分地区含量在2%～3%。由于大量猕猴桃种植园的分布，土壤有机质含量被人为地控制在最适宜猕猴桃生长的范围。而在研究区中部，耿峪河与赤峪河流域土壤有机质含量明显呈现下降趋势，产生1个低值中心。就整体而言，越靠近秦岭土壤有机质含量越高，即土壤有机质含量由南向北逐渐减少。研究区北部大致以渭河为边界，有机质含量普遍较低，实地采样时观察到，该地土壤多为沙壤。土壤结构与质地较差，加之水资源充足，易发生有机质的机械流失，导致土壤有机质含量降低。

图4 研究区土壤有机质预测分布图

第2层20～40cm土层的土壤有机质含量普遍小于第1层0～20cm土层有机质的含量。表层土壤有机质含量受人为施肥与动植物残体影响较大，有机质较高属于正常现象。该层有机质分布特征主要是在周至县和鄠邑区各有1个高值中心，并向四周逐渐降低。其中又以鄠邑区中西部为最大值区域，并且大致以同心圆方式向四周降低。该区域虽有机质含量较高，但下降较快，表现为等值线较为密集。而周至县第2层土壤有机质总体含量与第1层一致都不高，且分布较为均匀，表现为等值线稀疏。耿峪河与赤峪河流域为土壤有机质含量低值区，但该层土壤有机质含量最低值出现在鄠邑区东北角。该地为涝峪河汇入渭河的交界地区，水资源丰富且交通便利，农业利用较好，导致有机质含量下降十分显著。为保障该地农业的高效产出，应格外重视土壤肥力的保持，合理增施有机肥。

5 结论

研究区土壤有机质含量为9.16～35.85g·kg-1；表层土壤有机质含量高于下层；整体从南向北呈现出减少趋势。第1层土壤有机质分布在纬线方向存在2个高值中心和2个低值中心且呈现相间分布特征，经线方向上由南向北逐渐递减。研究区第2层土壤有机质分布在周至县与鄠邑区各有1个高值中心，向四周逐渐降低，上下2层高低值中心保持一致。土壤有机质的缺乏主要由于施肥量的不足或土壤本身性质引起[8]，本区域土壤有机质含量较低区域多处于河谷两侧，沙里含量较高，土质疏松，有机质容易流失。今后在农业耕种中应多注重土壤质地改善，增强土壤保水保肥性，采取秸秆还田,施加农家肥、有机肥等措施，提高土壤有机质含量。