全 文 ：应 用 生 态 学 报 年 月 第 卷 第 期
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沈阳市苏家屯区耕层土壤养分空间变异性研究 ’
姜 勇‘ 张玉革 , 梁文举‘
’ ‘
闻大中‘ 陈文波‘
‘ 中国科学院沈阳应用生态研究所 , 沈阳 沈阳农业大学土地与环境学院 , 沈阳
【摘要 】 利用地统计学和地理信息系统相结合的方法 , 研究了沈阳市苏家屯区耕地土壤 一 。 有机
质 、速效氮 、速效磷 、 速效钾含量的空间变异性特征 结果表明 , 各变量符合正态分布或经对数转换后符合
正态分布 , 最佳的变异函数理论模型均为球状模型 有机质具有较强的空间相关性 与 场 比值为
, 速效氮 、 速效磷 、 速效钾具有中度的空间相关性 与 比值分别为 、 、
各变量的空间 自相关距离分别为 、
、 巧 和 有机质和速效氮的空
间变异主要受结构性因子 如成土 因子 的影响 , 速效磷和 速效钾主要受随机性 因子 如施肥 的影响
插值绘制出的养分含量空间分布图显示 了养分的空间分布格局 , 它将有助于进一步监测养分动
态 , 为农业和环境管理提供数字地图支持
关键词
文章编号
地统计学 地理信息系统 有机质 速效氮 速效磷 速效钾
一 一 一 中图分类号 文献标识码
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引 言
在农 田生态系统中 , 土壤具有高度的空间变异
性仁‘ 监测养分的空间分布特性对农 田 的有效管
理具有重要意义 , 合理取样测定和绘制养分含量空
间分布图 , 可 以对 区域土壤养分进行分区管理 传
统的方法是对某一个点取样来代表相邻的未取样区
域 , 其准确性依赖于养分的空间变异性 ’ 研究证
实 , 对于在一定范围内存在空间相关性的土壤来说 ,
利用地统计学与地理信息系统 相结合的方法
进行 插值 , 是一种对土壤性质进行估测 的
有效方法 ‘
·“, , “ , ‘ , , “ , 土壤养分的空间变异性是
与土壤生态系统中的土壤发生学特性及区域或微域
管理相关的‘川 相对而言 , 先前的研究对小尺度下
的土壤性质的空间变异研究较多 , ‘’
, ’ , 近几年人
们对大尺度下 的空间变异越来越引起重视
· ·
川
本研究的主要 目的是利用地统计学和 相结合
的方法 , 揭示区域土壤养分的空间变异性特征 , 绘制
出养分含量的空间分布图
研究地区与研究方法
研究地区概况
苏家屯区位于辽 宁省沈阳市南郊 , 总面积 , 耕
, 国家“ ”计划重大项 目 和中国科学院沈阳生态
实验站开放站基金资助项 目
, , 通讯联系人
一 一 收稿 , 一 一 接受
应 用 生 态 学 报 卷
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地面积 砰 , 属温带大陆季风气候区 , 年平均温度
℃ , 年平均降水量 , 其中 集中在 一 月 , 无
霜期为 左右 区域东部为构造剥蚀低山丘陵区 , 中西
部主要为微倾斜扇间平地 , 西北部为浑河冲洪积扇 区域东
部主要是棕壤 , 中部和西部主要是水稻土和草甸土 主要农
作物为水稻
、 玉米和蔬菜
研究方法
土样采集和测定 样点的布置是根据 年沈阳市
第二次土壤普查时的点位 以便考查耕层土壤养分的变化状
况 , 同时由于区域面积较大 , 耕地土壤地域分布不均 , 用网格
法取样存在较大困难 , 在 巧 万地图上标明后 , 利用
定位取样 采样时间为 年 月 , 共采集耕层 一
土样 个 图 分析测定采用常规的农化分析法 , 有机
质测定采用高温外加热 氧化容量法 速效氮测定采
用碱解扩散法 速效磷测定采用
· 一 浸提 ,
相锑抗比色法 土壤速效钾用
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浸提 , 原子吸收分光光度法 〕
速效氮 的 ·
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图 研究区域和土壤样点分布
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地统计学分析 经典统计学分析应用 统计
软件完成 地统计学分析应用 的相关软件处理 , 步骤如
下 将带有经纬度及有机质
、
速效氮 、 速效磷 、 速效钾含量
的属性表分别作为一个 输入 中 , 将其
可视化 , 并转为 叩 格式文件 利用高斯
一
克里格投影
将可视化 图投影 到公里 网坐 标上 在 中用
命令将其转为 文件 用命令 分别对
有机质和速效氮
、 速效磷 、速效钾含量分布进行插值 , 求解参
数 在 中用 命令作半方差图
本研究中各变量的 和 盯 统计检验 样本
正态分布检验 结果均为正值 有机质 、 速效氮 、 速效钾含量
表 土壤有机质 、 速效氮 、 速效磷 、 速效钾含量的统计
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丝铡
嘛一姗变量胡 样本数 平均 标准差变异系数 中数二衡 司胡 值 最大值涨一 检验
速效磷 比 ·
一
, 速效钾 ·
一
,
图 有机质
、
速效氮
、 速效磷 、 速效钾分布频率 图中曲线为标准正
态分布的曲线
, ,
分布符合正态分布 表 和图 速效磷经对数转换后呈正
态分布 未列出 因此 , 所有变量均符合地统计学分析的要
求 , 可以应用普通 法进行地统计学分析
半方差分析与作用 假设区域化变量满足二阶平稳
和本征假设 , 变异函数可用下式表示
了 人 艺【 一 、 人 」 人
式中 , 袱 为半方差变异函数 , 为样点的空 间间隔距
离 , 称为步长 , 为间隔距离为 的样点数 , 二、 和
二 、 分别是区域化变量 二 在空间位置 、和 , , 处
的实测值 “
, ‘
,
结果与讨论
地统计学分析
个变量中 , 有机质 、速效氮和速效钾的中数和
平均数差异不大 , 中数略小于平均数 , 说明样本数值
受特异值影响较小 表 这与 。 等 ”对土壤
蒸发量 、 等〔” 对 自然土壤‘’ 富集 、
等 ” 〕对土壤的反硝化作用等有过 中数与平均数
的报道相近 速效磷 的中数和平均数差异较大 , 这
是由于个别地点的反硝化作用强烈 , 存在特异值而
导致的〔’ 速效磷的变异系数最大 , 说明速效磷的
变化较大 , 这主要是与农田施用磷肥有关〔
, 〕
图 是各变量的实验和和理论半方差 图 , 表
是半方差理论模型及相应的参数 各变量均符合球
状模型 , 但各种养分表现出的空间相关性各不相同
有机质含量的 与 比为 , 说明有机
质的分布具有较强的空 间相关性〔’
, ‘’〕 速效氮 、 速
效磷和速效钾含量的 与 场 之在 一
之间 , 说明这 个变量具有中等的空间相关
期 姜 勇等 沈阳市苏家屯区耕层土壤养分空间变异性研究
性川 不过 , 从比值的大小可以看 出 , 影响速效氮含
量空间分布的总变异中 , 由随机性 因素引起的变异
只有 , 说明影响其分布的主要 因素是结构
性因素 而影响速效磷和速效钾变异的因素中 , 随机
性因素所占比例较大〔 〕 因此耕地土壤养分含量等
特性通常表现出中等的空间相关性〔’
, 〕
土壤有机质具有较强 的空间相关性 , 说明影响
耕地土壤有机质含量分布的主要因子仍然是结构性
因子 , 加之近年来人们往往不太重视土壤 中有机物
料的补给 , 使得土壤有机质含量主要受成土母质和
土壤类型的影响 土壤速效磷含量的空间相关性最
弱 , 其主要原因是与耕地土壤磷肥施用有关 近
年来 , 人们普遍重视磷肥的施用 , 使得土壤的速效磷
含量稳步提高 , 因此施肥成为影响速效磷含量空
表 有机质 、 速效氮 、 速效磷 、 速效钾变异函数理论模型及参数
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量分布的因素可能也是肥料因素 , 在 年前 , 土壤
中钾的补充主要靠有机肥料钾 , 而近年来部分地 区
或农户施用化学钾肥或含钾量较高的复合肥料 , 使
土壤中速效钾含量的空间变异受到随机性因素的影
响也越来越大
土壤有机质和速效氮含量的变程较相近 , 分别
为 和 , 说明其空间 自相关距离较
大 速效钾含量的空间 自相关距离处于中等位置 速
效磷含量的空间 自相关距离最小 , 仅有
由于农 田 生 态 系统 中 素化肥 施 用 的 区 域性 差
异〔’〕, 或不同土壤类型磷肥施用后在土壤 中残 留量
或形态不同汇“ , 导致土壤速效磷含量空间 自相关距
离较小〔
养分含量的空间分布格局
图 是土壤有机质 、 速效氮 、 速效磷 、 速效钾含
量的空间布局插值图 , 显示 了不同级别养分含量 的
分布状况 土壤有机质含量为西高东低 , 西部主要为
水稻土分布区 , 地貌分区上为浑河冲洪积扇平原 东
部构造剥蚀地貌上发育的棕壤有机质含量较低 在
西北部苏家屯区政府所在地 的城郊乡 , 主要以种植
蔬菜作物为主 , 由于菜区重视有机肥料施用 , 在插值
图上形成了一块有机质含量最高的斑块 图 土
壤速效氮含量插值结果也是西高东低 , 但总体呈现
出较高的均质性 , 大部分区域速效氮含量集中在
一 巧 ’ ‘的插值区段 图 从速效氮含量
分布频率图上可以看出 , 有近 的样本速效氮含
量在此区间内 图 土壤速效磷含量和速效钾含
量的分布格局较为复杂 , 表现 出较强 的空间异质性
特征 图 、 速效磷和速效钾含量的 插
值图与地形地貌 、 土壤类型 、水文条件 图略 等都未
表现出关联性 , 说明结构性 因子对这两个变量的影
响不太明显 相反 , 较为复杂的空间格局反映了随机
性因素的影响较大 影响其分布格局 的主要随机性
因子可能是化学磷肥和钾肥的施用〔’
, ’
据调查匕 , 苏家屯区 和 年耕地表
层土壤中的速效磷的平均含量分别为 和
’ ” , 速 效钾 分 别为 和 ’
一 ‘ 和 年耕地平均施化学磷肥
分别为 和
·
衬 , 施化学钾肥 分
别为 。 和 ’ “ 磷肥施用量在 年间增
长近 倍 , 由于耕地中施人的 素可在土壤中积累 ,
大大提高了土壤中速效磷的含量 虽然化学钾肥的
平均施用量在 年间大大增加 , 但钾肥主要用在蔬
菜及经济作物上 , 随着农业结构调整 , 近年来该区蔬
菜及经济作物面积大大增加 , 导致钾肥总用量的增
加 大田土壤中钾肥用量不足 , 有机钾的返还率不足
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步长
图 有机质 、 速效氮 、速效磷 、速效钾 的理论与实验半
方差图
泣 眼 ,
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间分布的主导因子 这与有关土壤速效磷空间变异
特征研究的结果是一致 的〔
,
影 响土壤速效钾含
应 用 生 态 学 报 卷
绘 制出 的 养分 含 量 空间 分 布 图显 示 了养 分 的 空间 分
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耕 地 土壤 有 机质
、
速 效 氮
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