全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿源卷 第 远期摇 摇 圆园员源年 猿月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
全球气候变暖对凋落物分解的影响 宋摇 飘袁张乃莉袁马克平袁等 渊员猿圆苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
从系统到景观院区域物质流分析的景观取向 张晓刚袁曾摇 辉 渊员猿源园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
论湿地生态系统服务的多维度价值评估方法 宋豫秦袁张晓蕾 渊员猿缘圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
保幼激素在昆虫中的分子作用机理 金敏娜袁林欣大 渊员猿远员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
岩画和壁画类文物微生物病害研究进展 李摇 强袁葛琴雅袁潘晓轩袁等 渊员猿苑员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 猿杂技术的图们江流域湿地生态安全评价与预警研究 朱卫红袁苗承玉袁郑小军袁等 渊员猿苑怨冤噎噎噎噎噎噎
跨界保护区网络构建研究进展 王摇 伟袁田摇 瑜袁常摇 明袁等 渊员猿怨员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
个体与基础生态
速生树种尾巨桉和竹柳幼苗耗水特性和水分利用效率 邱摇 权袁潘摇 昕袁李吉跃袁等 渊员源园员冤噎噎噎噎噎噎噎噎
三种增温情景对入侵植物空心莲子草形态可塑性的影响 褚延梅袁杨摇 健袁李景吉袁等 渊员源员员冤噎噎噎噎噎噎噎
气象要素及土壤理化性质对不同土地利用方式下冬夏岩溶作用的影响 刘摇 文袁张摇 强袁贾亚男 渊员源员愿冤噎噎
施用纳米碳对烤烟氮素吸收和利用的影响 梁太波袁尹启生袁张艳玲袁等 渊员源圆怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 灾燥则燥灶燥蚤图的林分空间模型及分布格局研究 刘摇 帅袁吴舒辞袁王摇 红袁等 渊员源猿远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
近自然毛竹林空间结构动态变化 仇建习袁汤孟平袁沈利芬袁等 渊员源源源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于种实性状的无患子天然群体表型多样性研究 刁松锋袁邵文豪袁姜景民袁等 渊员源缘员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
不同林分起源的相容性生物量模型构建 符利勇袁雷渊才袁孙摇 伟袁等 渊员源远员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
种群尧群落和生态系统
毛竹材用林林下植被群落结构对多花黄精生长的影响 樊艳荣袁陈双林袁杨清平袁等 渊员源苑员冤噎噎噎噎噎噎噎噎
温度和 悦韵圆浓度升高下转 月贼水稻种植对土壤活性碳氮和线虫群落的短期影响
陈摇 婧袁陈法军袁刘满强袁等 渊员源愿员冤
噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
中国东北地区近 缘园年净生态系统生产力的时空动态 李摇 洁袁张远东袁顾峰雪袁等 渊员源怨园冤噎噎噎噎噎噎噎噎
遥感与 郧陨杂支持下的盘锦湿地水禽栖息地适宜性评价 董张玉袁刘殿伟袁王宗明袁等 渊员缘园猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎
秦岭火地塘林区土壤大孔隙分布特征及对导水性能的影响 陆摇 斌袁张胜利袁李摇 侃袁等 渊员缘员圆冤噎噎噎噎噎噎
磷浓度对铜绿微囊藻尧大型溞和金鱼藻三者相互作用的影响 马剑敏靳摇 萍袁郭摇 萌袁等 渊员缘圆园冤噎噎噎噎噎噎
普生轮藻浸提液对两种淡水藻类的化感抑制作用及其数学模型 何宗祥袁刘摇 璐袁李摇 诚袁等 渊员缘圆苑冤噎噎噎噎
北京永定河鄄海河干流河岸带植物的区系分析 修摇 晨袁欧阳志云袁郑摇 华 渊员缘猿缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于河流生境调查的东河河流生境评价 王摇 强袁袁兴中袁刘摇 红袁等 渊员缘源愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
应用 杂宰粤栽模型研究潮河流域土地利用和气候变化对径流的影响 郭军庭袁张志强袁王盛萍袁等 渊员缘缘怨冤噎噎
长白山不同海拔树木生长对气候变化的响应差异 陈摇 力袁尹云鹤袁赵东升袁等 渊员缘远愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
石家庄市空气花粉散布规律及与气候因子的关系 李摇 英袁李月丛袁吕素青袁等 渊员缘苑缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
不同放牧梯度下呼伦贝尔草甸草原土壤碳氮变化及固碳效应 闫瑞瑞袁辛晓平袁王摇 旭袁等 渊员缘愿苑冤噎噎噎噎噎
南四湖区农田土壤有机质和微量元素空间分布特征及影响因素 武摇 婕袁李玉环袁李增兵袁等 渊员缘怨远冤噎噎噎噎
资源与产业生态
跨国土地利用及其生态影响 陆小璇 渊员远园远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢圆愿愿鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿园鄢圆园员源鄄园猿
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封面图说院 图们江河流中段要要要图们江位于吉林省东南边境袁发源于长白山东南部的石乙水袁河流的绝大部分是中国与朝鲜的
界河袁下游很小一段为俄罗斯与朝鲜的界河袁并由这里流入日本海袁我国珲春距离日本海最近的地方仅有 员缘噪皂遥 图
们江是我国重要的国际性河流之一袁随着我国经济的迅速崛起袁图们江地区进入到多国合作联合开发阶段袁湿地生
态系统处于中度预警状态袁并有向重度预警发展的趋势袁生态安全面临的威胁越来越严重遥 对该区域进行湿地生态
安全评价与预警研究袁可为图们江流域生态环境的可持续发展提供依据遥 图中河道的远方为朝鲜尧河道近方为
中国遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援糟燥皂
第 34 卷第 6 期
2014年 3月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.6
Mar.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:山东省自然科学基金项目(Y2008H03);山东省科技攻关项目支持(2009GG10006006)
收稿日期:2013鄄07鄄18; 摇 摇 修订日期:2013鄄11鄄14
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: yuhuan@ sdau.edu.cn
DOI: 10.5846 / stxb201307181906
武婕,李玉环,李增兵,方正,钟豫.南四湖区农田土壤有机质和微量元素空间分布特征及影响因素.生态学报,2014,34(6):1596鄄1605.
Wu J, Li Y H, Li Z B, Fang Z, Zhong Y.Spatial distribution and influencing factors of farmland soil organic matter and trace elements in the nansihu
region.Acta Ecologica Sinica,2014,34(6):1596鄄1605.
南四湖区农田土壤有机质和微量元素空间
分布特征及影响因素
武摇 婕1,李玉环1,*,李增兵1,方摇 正2,钟摇 豫3
(1. 土肥资源高效利用国家工程实验室,山东农业大学资源与环境学院, 泰安摇 271018;
2. 平邑经济开发区管理委员会, 平邑摇 273300; 3. 诸城国土局, 诸城摇 262200)
摘要:基于地统计学和 GIS技术相结合的方法,研究了南四湖区农田土壤有机质和微量元素的空间分布特征及其影响因素。 结
果表明,土壤有机质和微量元素均属中等变异程度,除硼符合正态分布外,其余土壤属性均符合对数正态分布。 结构分析表明,
除硼为纯块金效应外,土壤有机质和其它微量元素空间自相关性较强,其中结构性因素起主导作用。 克里格插值结果表明,土
壤有机质分布总体趋势为由北向南逐渐降低,锰、铜、锌分布总体趋势为中部高,南北两端低。 影响因素分析表明,土壤类型、耕
层质地、坡度、土地利用类型和地貌类型对土壤有机质均有显著影响。 土壤类型主要是由于成土母质的差异影响土壤有机质的
高低与分布,随质地由砂变粘、坡度由低变高,土壤有机质含量逐步升高,田间管理水平的差异是造成不同土地利用类型下土壤
有机质含量差异的主要原因。 微量元素中,除硼不受影响外,铁、锰、铜和锌与土壤类型、耕层质地、坡度、土地利用类型和地貌
类型密切相关。
关键词:土壤有机质;微量元素;空间变异;克里格插值;影响因素
Spatial distribution and influencing factors of farmland soil organic matter and
trace elements in the nansihu region
WU Jie1, LI Yuhuan1,*, LI Zengbing1, FANG Zheng2, ZHONG Yu3
1 National Engineering Laboratory for Efficient Utilization of Soil and Fertilizer Resources, College of Resources and Environment Shandong Agricultural
University, Tai忆an 271018, China
2 Administration Commission of Pingyi Economic Development Area, Pingyi 273300, China
3 Zhucheng Land and Resources Bureau, Zhucheng 262200, China
Abstract: Soil organic matter (SOM) and trace elements are important indicators of soil quality for sustainable agriculture.
The study of spatial distribution and influencing factors of soil organic matter and trace elements provided references for
understanding regional soil characteristics, soil fertility and quality optimization and farmland ecological environment
protection. A total of 1021 soils samples were taken in the Nansihu region, China, for SOM and trace elements analysis. The
spatial distribution of SOM and these trace elements was determined using geostatistics and GIS technology such as
semivariogram, ordinary Kriging interpolation, and spatial analysis methods. Factorings related with the spatial variations
including soil types, soils texture, slope, land uses, and land forms were examined. Descriptive statistics showed that SOM
averaged 14.66 g / kg with a coefficient of variation (CV) of 13.2%. Among the five trace elements, the average content was
highest for Mn (10.66 mg / kg) and lowest for B (0.57 mg / kg) . The CV was smallest for Fe(35.1%) and largest for B
(96郾 5%). The normal distribution test showed that B was accorded with normal distribution while SOM, Fe, Mn, Cu and
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Zn conformed to logarithmic normal distribution. Semivariogram analyses indicated that B was of the pure nugget effect, with
constant variation in the study scale. SOM, Fe, Mn, Cu and Zn displayed strong spatial autocorrelation and the structural
factors played a leading role. The spatial correlation distance was 84 m for SOM, and ranged from 162 m (Fe) to 2572 m
(Mn) for trace elements. The ordinary kriging interpolation results showed that the overall trend of SOM distribution was
gradually decreased from north to south. The higher soil organic matter values were mainly distributed in the flat area. The
values of Fe were highest in the northern mountainous area and hilly land ( > 14 mg / kg) and lowest in the South (3—9
mg / kg) . A spatial pattern with higher concentrations in the central area than in the north and south area was observed for
Mn, Cu and Zn. This was especially so for Mn ranging from <5 mg / kg on the north and south sides to >13 mg / kg in the
central area. No significant spatial variation was observed with B (mostly >0.55 mg / kg) .Soil type and topsoil texture were
the predominant factors influencing spatial variations of SOM and trace elements except for B. SOM content was highest in
the paddy soil. Fe, Mn contents were highest in the cinnamonic soil. Cu and Zn contents were highest in the mortar black
soil. SOM increased with increasing clay content. Fe and Mn were highest in heavy loam. Cu was highest in slight loam and
Zn was highest in sandy loam. Slope had a certain influence on some indicators, but the effect was small. The organic matter
content increased with increasing slope. Land use types had significant influence on SOM, Fe and Cu, but had no effect on
Mn, Zn and B. Contents of SOM, Fe and Cu was higher in paddy field. Topographic types had a greater influence on SOM,
Fe, Mn and Zn, but had no impact on Cu and B, and the contents of trace elements were higher in depression.
Key Words: soil organic matter; trace elements; spatial variability; Kriging; influencing factor
摇 摇 土壤有机质(SOM)是表征土壤肥力和质量的重
要因子,也是陆地生态系统中碳循环的重要源与
汇[1鄄2]。 土壤微量元素是作物营养物质的重要组成
部分,其丰缺状况直接影响作物的生长发育,同时,
一些微量元素如铜、锌等含量过高易造成重金属污
染,破坏生态环境甚至危害人类健康[3鄄4]。
国内外学者从 20世纪 70 年代末开始将地统计
学应用于土壤属性的空间变异研究,取得丰富成果。
如 Fachinelli等[5]利用地统计学与 GIS 技术相结合
的方法研究了土壤微量元素的空间分布特征及变异
规律。 Rodriguez等[6]基于多尺度分析了西班牙埃布
罗河流域农田耕层土壤中镉、铜、锌等重金属元素的
空间变异规律。 Cordora 等[7]以英国洛桑实验区土
壤氮为研究对象,对其空间变异性进行了分析。 国
内关于土壤有机质和微量元素的空间变异性分析,
主要从不同尺度、针对不同研究区域进行研究[8鄄17],
揭示了气候、土壤类型、地形、地貌、土地利用等因素
对其空间变异的影响。
综上所述,近年来,针对土壤有机质和微量元素
空间变异的研究中,学者倾向于对不同地貌类型区
的研究,如丘陵区、黄土高原区和小流域等,认为在
景观和流域尺度上,由于气候条件较为一致,土壤类
型、地形和土地利用是影响土壤养分空间变异的主
要因素[18鄄19]。 湖泊景观周围地貌类型较为特别,为
湖滩、洼地和倾斜平地等,目前针对湖泊景观周围农
田土壤有机质和微量元素空间变异性研究鲜有报
道,且大多数研究偏重于描述土壤属性的空间变异,
对引起变异的各因素的内在影响机理研究并不十分
透彻。
本文以南四湖区农田土壤为研究对象,结合实
地调查采样数据,利用 GS+9.0 和 Arcgis9.3 中的地
统计分析模块,分析该区特殊地貌类型下土壤有机
质和微量元素的空间变异规律,绘制土壤有机质和
微量元素含量空间分布图,并着重分析土壤类型、耕
层质地、坡度、土地利用类型和地貌类型对其空间变
异的影响,为更好的了解该区土壤的特性,采取具有
针对性的措施进一步提升南四湖区土壤的肥力和质
量等提供科学依据。
1摇 材料与方法
1.1摇 研究区概况
微山县地处东经 116毅 34忆—117毅 24忆,北纬 34毅
27忆—35毅20忆,总面积 1780 km2,地势东、北高,西、南
低,海拔 30—290 m,中间为微山、昭阳、独山、南阳四
湖,是南四湖区典型县域(图 1)。 研究区属暖温带
半湿润季风气候区,年均气温 14. 7益,年均降水量
760 mm。 地貌类型主要有山前倾斜平地、洼地、低山
丘陵区地、湖滩、缓平地等(图 2)。 土壤类型依据第
7951摇 6期 摇 摇 摇 武婕等:南四湖区农田土壤有机质和微量元素空间分布特征及影响因素 摇
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二次土壤普查共分为 5 个土类(图 2)。 其中棕壤
639.27 hm2,占 1.3%,主要分布于两城乡、韩庄镇的
低山丘陵区;褐土 1.15伊104 hm2,占 23.42%,分布于
两城、微山岛、欢城等乡镇;潮土 2. 78 伊 104 hm2,占
56郾 53%,各乡镇均有分布;砂姜黑土 5466.7 hm2,占
11郾 24%,分布在欢城、塘湖、付村等乡镇;水稻土
3733 hm2,占 7.58%,分布于张楼、侯楼等乡镇[20]。
研究区土地利用方式以灌溉水田、水浇地、旱地和菜
地为主(图 2),主要种植小麦、玉米、稻谷、大豆等作
物。 土壤质地主要以轻壤和中壤为主,粘土和重壤
分布较少(图 2)。
图 1摇 采样点分布
Fig.1摇 Distribution map of sampling sites
图 2摇 南四湖区地貌类型、土壤类型、土地利用类型、质地和坡度图
Fig.2摇 Maps of topography type, soil type, land use type, soil texture and slope in Nansihu region
8951 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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1.2摇 研究方法
1.2.1摇 样品采集与分析
2009年 9月,以微山土地利用现状图、地形图、
第二次土壤普查土壤图以及数字高程(DEM)等为基
础图件,结合研究区实际情况,共布设 1021 个土壤
采样点(图 1),采用 S型取样路线,采取多点混合和
四分法采集 0—20 cm耕作层土壤,利用手持 GPS 仪
记录采样点经纬度。 实验室内样品测定方法严格按
照国家规定的土壤农化分析方法进行,SOM 采用重
铬酸钾容量法测定,铁( Fe)、锰(Mn)铜(Cu)和锌
(Zn)采用火焰原子吸收分光光度法,硼(B)采用姜
黄色法。
1.2.2摇 数据处理与统计分析
利用 SPSS 17.0 对数据进行一般描述性统计和
K鄄S检验,如不符合正态分布,需进行数据转换(通
常进行对数转换)或剔除原始数据中的异常值。 以
探索南四湖区土壤有机质和微量元素的空间异质性
为研究重点,利用 GS+9.0软件对经对数转换后符合
正态分布数据(B 不需转换)进行半方差分析和拟
合,依据变异函数理论模型参数,在 Arcgis9.3的地统
计模块中进行普通克里格空间局部插值,生成空间
分布图。 为定量分析影响土壤有机质和微量元素空
间分布的主要因素,采用方差分析和多重比较
(Games.Howell 法),分别分析了土壤类型、耕层质
地、坡度、土地利用类型和地貌类型对有机质和微量
元素的影响。
2摇 结果与分析
2.1摇 描述性统计分析
表 1为各观测指标的描述统计结果。 按照全国
第二次土壤普查养分分级标准,SOM 平均值处于中
等水平(10.0—20.0 g / kg)。 微量元素差异较大,Mn
的平均含量最高(10.66 mg / kg);B 的平均含量最低
(0.57 mg / kg)。 按照山东省土壤有效微量元素分级
标准,从平均含量来看,Fe 处于中等水平(4.5—10
mg / kg),Mn处于中等水平(5—15 mg / kg),Cu 处于
高水平 ( 1. 0—1. 8 mg / kg), Zn、 B 处于中等水平
(0郾 5—1.0 mg / kg)。 由土壤环境质量标准[21]可知,
Cu、Zn、Mn均没有超过国家规定的标准。 按照反映
离散程度的变异系数大小粗略的分级,SOM 和微量
元素均属中等变异程度(10%—100%)。
正态分布检验表明,B 符合正态分布,SOM、Fe、
Mn、Cu和 Zn的原始数据均表现为尖峰、正偏性,经
对数转换后,符合正态分布,满足地统计学分析的
要求。
表 1摇 土壤有机质和微量元素的描述性统计
Table 1摇 Descriptive statistics of soil organic matter(SOM) and trace elements
土壤属性
Soil property
样本数
Samples
最小值
Minimum
最大值
Maximum
均值
Mean
标准差
Standard
deviation
(SD)
变异系数
Varable
coefficient
/ %
偏度
Skewness
峰度
Kurtosis
分布类型
Distribution
SOM / (g / kg) 1021 9.1 24.7 14.66 1.94 13.2 0.89 1.55 对数正态
Fe / (mg / kg) 1021 3.2 32.7 9.81 3.44 35.1 1.40 4.52 对数正态
Mn / (mg / kg) 1021 3.5 35.9 10.66 4.92 46.2 1.28 2.08 对数正态
Cu / (mg / kg) 1021 0.2 2.6 1.13 0.44 38.9 1.39 1.41 对数正态
Zn / (mg / kg) 1021 0.2 2.7 0.92 0.34 37.4 1.17 2.84 对数正态
B / (mg / kg) 1021 0.1 0.7 0.57 0.55 96.5 -0.73 1.29 正态
2.2摇 空间变异结构分析
由表 2 可知土壤有机质和微量元素(除 B 是纯
块金效应外)的半方差函数拟合较好,R2 均大于
0郾 6,能较好的反映其空间结构特征。 SOM、Fe、Mn
和 Zn 用指数模型拟合较好,Cu 用球状模型拟合
较好。
块金值表示随机部分的空间变异性,较大的块
金值表明较小尺度上的某种过程不可忽略[3]。 引起
块金值变化的主要因素有实验误差和小于实验取样
尺度上施肥、作物、管理水平等随机因素[22]。 有机
质的块金值为 0.0016,微量元素中,Mn 的块金值最
大(0.0635),Fe的最小(0.0120)。 总体来看,土壤有
机质和微量元素的块金值均较小,说明在最小间距
内的变异分析过程中引起的误差较小。
9951摇 6期 摇 摇 摇 武婕等:南四湖区农田土壤有机质和微量元素空间分布特征及影响因素 摇
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块金值与基台之比表示随机部分空间变异性占
总空间变异性的程度,比值较大说明随机部分起主
要作用,比值较小说明非人为结构因素起主要作
用[23]。 根据 Cambardella等[24]提出的区域化变量空
间相关程度的分级标准,B 的块金值与基台值的比
为 1,为纯块金效应,在整个尺度上具有恒定变异。
SOM和其余四种微量元素的块金值与基台值的比均
小于 0.25,空间相关程度强,说明在该研究区域内,
受人为因素(施肥、耕作、种植制度等)的影响较小,
影响 SOM和微量元素空间变异的主要因素有成土
母质、土壤类型、气候条件等。
变程是空间变异自相关范围的度量,SOM 的变
程为 84 m,说明有机质在此范围内具有空间自相关。
微量元素中 Fe的空间自相关距离最小(162 m),Mn
的空间自相关距离最大(2571 m),这主要与湖区的
影响有关,此外农作物对微量元素的吸收偏好也可
能影响变程的大小[9]。
表 2摇 土壤有机质和微量元素半方差函数理论模型与参数
Table 2摇 Best鄄fitted semivariogram models and parameters of SOM and trace elements
土壤属性
Soil property
理论模型
Theoretical
model
块金值
Nugget
基台值
Sill
块金值 /基台值
Nugget / sill
变程 / m
Range
决定系数
R2
残差
RSS
SOM 指数 0.0016 0.0160 0.10 84 0.600 7.173伊10-6
Fe 指数 0.0120 0.1110 0.11 162 0.684 7.841伊10-4
Mn 指数 0.0635 0.3270 0.19 2571 0.892 4.943伊10-3
Cu 球状 0.0195 0.1390 0.14 218 0.677 3.676伊10-3
Zn 指数 0.0323 0.1646 0.20 420 0.692 5.088伊10-3
B 纯块金效应 0.0030 — 1.0 978 0.017 0.0018
2.3摇 空间局部插值
为便于全面、直观的揭示土壤有机质和微量元
素的空间分布格局,在 Arcgis9.3中,对 SOM、Fe、Mn、
Cu和 Zn采用普通克里格插值(图 3)。 由于 B 在该
取样间距下不具有空间相关性,采用反距离权重插
值法(IDW)(图 3)。 可知,SOM 大致呈现由北向南
逐渐降低的趋势,缓平地区有机质含量较高,这些区
域地势平坦,土地利用类型多为水浇地,农作物生长
旺盛,施肥较多,故有机质含量较高,而其他区域多
为丘陵或洼地,土壤较为贫瘠,管理较为粗放,有机
质积累少。 北部低山丘陵区 Fe含量较高,在 14 mg /
kg以上,南部 Fe 含量最低(3—9 mg / kg)。 Mn、Cu、
Zn分布总体趋势均为中部高,南北两端低,其中 Mn
最明显,中部多大于 13 mg / kg,两端最低在 5 mg / kg
以下。 B 地域差异不明显,大部分在 0.55 mg / kg 以
上。 微量元素空间分布较为复杂,产生这种现象的
原因主要与研究区的成土母质有关,微山县成土母
质主要为黄泛冲积物、代河流冲积物以及湖冲积物,
成土母质是影响微量元素含量和空间分布的首要
因素[25]。
2.4摇 土壤属性空间分布影响因素分析
土壤有机质和微量元素的空间变异通常是由土
壤类型、地形、母质以及土地利用方式等各种因素在
不同方向、不同尺度共同作用的结果[26]。 前文已初
步揭示出区域因素对土壤有机质和微量元素的空间
变异起主导作用。 为进一步探讨引起空间变异的各
因素的内在机理,选取研究区空间差异较为明显的
土壤类型、耕层质地、坡度、土地利用类型、地貌类型
5个因素参与分析。
2.4.1摇 土壤类型
表 3为不同土壤类型下有机质和微量元素含
量。 可知,除 B外,5种土壤类型下 SOM和微量元素
含量存在明显不同。 SOM 平均含量高低依次排列
为:砂姜黑土<褐土<潮土<棕壤<水稻土。 研究区水
稻土的成土母质为黄泛冲积物和湖积物,该土类是
1964年改造涝洼、旱田改水田以来的人工产物,土质
粘重,水耕熟化过程积累了丰富的有机质,故有机质
含量最高(15.77 g / kg)。 褐土成土母质为洪冲积物,
表层质地以轻、中壤为主,通气良好,土体中的好气
微生物活动旺盛,腐殖质积累较少,因此,有机质含
量较低(14.37 g / kg);潮土成土母质为黄泛冲积物和
代河流冲积物,表层质地以重壤、中壤为主,土层深
厚,土壤肥力中等(14.65 g / kg)。 砂姜黑土成土母质
为湖河相冲积沉积物,表层质地以粘土、重壤为主,
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宜耕性差,存有粘、湿、板、砂姜障碍,有机质含量最
低(14.22 g / kg)。 成土母质也是影响微量元素含量
高低的主要因素,其中褐土中 Fe、Mn 的平均含量最
高,砂姜黑土中 Cu、Zn的平均含量最高。
图 3摇 土壤有机质和微量元素空间分布图
Fig.3摇 Spatial distribution of soil organic matter and trace elements
表 3摇 不同土壤类型下土壤有机质和微量元素含量
Table 3摇 The contents of SOM and trace elements under different soil types
土壤类型
Soil type
样本数
Samples
土壤有机质
SOM
均值依标准差
Mean依 SD
铁
Fe
均值依标准差
Mean依 SD
锰
Mn
均值依标准差
Mean依 SD
铜
Cu
均值依标准差
Mean依 SD
锌
Zn
均值依标准差
Mean依 SD
硼
B
均值依标准差
Mean依 SD
褐土 Cinnamon soil 277 14.37依2.11b 10.43依3.51a 12.15依5.83c 1.25依0.54b 0.94依0.41b 0.57依0.06a
棕壤 Brown soil 30 15.37依2.94ab 9.40依4.21ab 7.59依2.42a 1.07依0.15a 0.90依0.2ab 0.57依0.05a
潮土 Fluvo鄄attic soil 443 14.65依1.77b 9.72依3.74a 9.84依4.66b 0.98依0.25a 0.84依0.25a 0.57依0.06a
砂姜黑土 Mortar black soil 158 14.22依1.47b 8.79依2.54b 11.92依4.17c 1.47依0.57c 1.17依0.39c 0.58依0.05a
水稻土 Paddy soil 113 15.77依1.83a 9.97依2.71a 8.79依2.13a 1.04依0.27a 0.81依0.25a 0.58依0.05a
摇 摇 同一列数据后小写字母不同者表示差异显著( P<0. 05)
1061摇 6期 摇 摇 摇 武婕等:南四湖区农田土壤有机质和微量元素空间分布特征及影响因素 摇
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2.4.2摇 耕层质地
从表 4可知,质地对 SOM、Fe、Mn、Cu、Zn含量有
较大影响,对 B无影响。 不同质地 SOM平均含量高
低排列依次为:砂壤<重壤<轻壤<中壤<粘土。 从总
的趋势来看,随质地由砂变粘 SOM 升高。 一方面是
由于粘性高的土壤,水分充足,透气性差,原有机残
体在水分作用下易于腐烂降解,因而 SOM 含量高。
另一方面,不同土壤质地下,土壤微生物含量和酶活
性也不同,砂性土壤下,有机物质更容易被微生物分
解,因而有机质含量较低[27鄄28]。 而重壤有机质平均
含量小于轻壤的原因可能是由于当地土壤施肥不均
造成的。 一般情况下微量元素含量高低遵循粘土>
壤土>砂土[29],但由于施肥等会严重影响微量元素
的空间分布,这也是导致本研究中微量元素随质地
粘重变化无明显趋势的主要原因。
表 4摇 不同耕层质地下土壤有机质和微量元素含量
Table 4摇 The contents of SOM and trace elements under different topsoil textures
耕层质地
Topsoil texture
样本数
Samples
SOM
均值依标准差
Mean依SD
Fe
均值依标准差
Mean依SD
Mn
均值依标准差
Mean依SD
Cu
均值依标准差
Mean依SD
Zn
均值依标准差
Mean依SD
B
均值依标准差
Mean依SD
砂壤 Sany loam 12 13.36依0.88b 7.22依3.41d 9.01依3.74b 1.03依0.15c 0.97依0.15b 0.58依0.06a
轻壤 Slight loam 551 14.59依1.98a 9.16依3.34bd 11.16依5.19b 1.19依0.50b 0.94依0.37b 0.57依0.53a
中壤 Medium loam 268 14.72依1.91a 10.27依3.30acd 9.65依3.97a 1.06依0.36ac 0.90依0.34ab 0.57依0.06a
重壤 Heavy loam 106 14.50依1.60a 11.11依3.89c 11.20依5.94b 1.12依0.43bc 0.89依0.32b 0.57依0.05a
粘土 Clay 84 15.23依1.97a 11.07依3.06ac 9.51依3.04a 1.06依0.29ac 0.83依0.24a 0.56依0.67a
摇 摇 同一列数据后小写字母不同者表示差异显著( P<0. 05)
2.4.3摇 坡度
利用微山 DEM数据提取坡度信息(图 2),并按
坡度将采样点分为 3 组:﹤ 3毅、3毅—15毅、逸15毅 (表
5)。 可知,逸15毅组的 SOM 平均含量最高(15.07 g /
kg),﹤ 3毅组的最低(14.70 g / kg)。 总趋势为随坡度
升高 SOM 升高,原因在于微山并无坡度极高的区
域,坡度较低区域为南四湖周围区域,湖滩植被较
少,不利于有机质的积累,相对于湖滩区坡度较高的
区域,植被较多,有机质丰富。 此外已有研究表明,
具有一定倾斜程度的平地有利于 SOM 的积累[30]。
不同坡度组下微量元素含量差异不大,说明坡度不
是影响微量元素的主要因素。
表 5摇 不同坡度等级下土壤有机质和微量元素含量
Table 5摇 The contents of SOM and trace elements under different grade level
坡度 / ( 毅)
Slope
样本数
Samples
SOM
均值依标准差
Mean依SD
Fe
均值依标准差
Mean依SD
Mn
均值依标准差
Mean依SD
Cu
均值依标准差
Mean依SD
Zn
均值依标准差
Mean依SD
B
均值依标准差
Mean依SD
﹤ 3 942 14.70依1.90b 9.69依3.39b 10.83依4.95b 1.13依0.45b 0.93依0.35b 0.57依0.06a
3—15 71 14.97依2.13a 10.55依4.04b 8.03依2.69a 1.22依0.37b 0.78依0.28a 0.57依0.06a
逸15 8 15.07依1.95a 14.14依2.22a 6.79依1.09a 1.03依0.07a 0.71依0.11a 0.60依0.07a
摇 摇 同一列数据后小写字母不同者表示差异显著(P <0. 05)
2.4.4摇 土地利用类型
从表 6 可知,灌溉水田 SOM 平均含量最高
(15郾 33 g / kg),旱地最低(13.85 g / kg)。 由于不同土
地利用类型之间收益存在较大差异,农户的投入与
管理水平会有所不同,水田和水浇地收益高,农户投
入的施肥量和管理水平较旱地高。 此外当地秸秆还
田现象较普遍,有机物质归还量较高,大部分被微生
物稍经分解即转化为腐殖质储存于土壤中,水田地
势低,土壤长期处于滞水状态,SOM的分解速率明显
低于其他利用方式,有利于有机质的积累。 菜地土
壤由于高度熟化,人类对于菜地的管理加强,应该含
有较高的 SOM,但研究区内,菜地分布较为分散,并
未形成大规模化种植,人们的投入较低,因而菜地
SOM含量较低。 土地利用类型对微量元素 Fe、Cu含
量影响较大,对 Mn、Zn、B 影响不显著,发生变化的
原因主要与水田和旱地氧化还原环境不同有关。
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表 6摇 不同土地利用类型下土壤有机质和微量元素含量
Table 6摇 The contents of SOM and trace elements under different land using types
土地利用类型
Land using type
样本数
Samples
SOM
均值依标准差
Mean依SD
Fe
均值依标准差
Mean依SD
Mn
均值依标准差
Mean依SD
Cu
均值依标准差
Mean依SD
Zn
均值依标准差
Mean依SD
B
均值依标准差
Mean依SD
灌溉水田 Paddy fields 28 15.33依2.14 a 10.10依3.53a 10.89依5.67a 1.20依0.52a 0.96依0.39a 0.58依0.06a
水浇地 Irrigable land 903 14.70依1.93 a 9.94依3.51a 10.59依4.93a 1.10依0.41a 0.91依0.33a 0.57依0.06a
旱地 Dry land 82 13.85依1.64 b 8.04依2.26b 10.86依3.95a 1.54依0.57b 0.98依0.48a 0.57依0.05a
菜地 Vegetable plots 8 14.40依1.42 ab 9.83依3.33ab 9.08依5.19a 1.21依0.52ab 0.90依0.37a 0.53依0.08a
摇 摇 同一列数据后小写字母不同者表示差异显著( P <0. 05)
2.4.5摇 地貌类型
由表 7可知,地貌类型对 SOM、Fe、Mn、Zn 含量
有较大影响,对 Cu 和 B 影响不显著。 SOM 平均含
量高低依次为:低山丘陵区<湖滩<山前倾斜平地<
缓平地<洼地。 总体看来,土地越平缓,有机质积累
越高,原因是地貌类型主要通过影响侵蚀和水土流
失影响 SOM的含量状况[15],另一方面通过影响水热
资源的分配,进而影响植被的生长情况,从而影响
SOM的积累。 湖滩 SOM 较少的原因主要是由于湖
泊周围植物较少,有机质积累不多。 洼地区土壤水
分较多,有机残体在水分作用下易于腐烂降解,SOM
含量高。 地貌对微量元素的影响主要是通过影响地
表物质循环的方式和方向影响土地利用类型,而土
地利用类型和农田管理措施又是影响微量元素变化
的重要因素。
表 7摇 不同地貌类型下土壤有机质和微量元素含量
Table 7摇 The contents of SOM and trace elements under different topography types
地貌类型
Topography type
样本数
Samples
SOM
均值依标准差
Mean依SD
Fe
均值依标准差
Mean依SD
Mn
均值依标准差
Mean依SD
Cu
均值依标准差
Mean依SD
Zn
均值依标准差
Mean依SD
B
均值依标准差
Mean依SD
低山丘陵地 Low mountains and hills 81 13.88依2.20c 10.38依3.79c 7.47依2.19c 1.18依0.32a 0.78依0.25c 0.57依0.54a
山前倾斜平地 Tilt piedmont plain 82 14.44依1.98bc 11.38依3.78c 7.94依2.81c 1.12依0.35a 0.71依0.24c 0.57依0.57a
洼地 Depression 254 15.07依1.91a 10.22依3.18ac 12.39依4.94a 1.19依0.53a 1.02依0.39a 0.58依0.06a
湖滩 Beach 17 14.36依1.60bc 11.88依3.01c 11.44依5.74c 1.05依0.26a 0.92依0.27c 0.58依0.05a
缓平地 Slow flat 587 14.62依1.79b 22.90依9.42b 10.61依4.95b 1.11依0.43a 0.92依0.33b 0.57依0.05a
摇 摇 同一列数据后小写字母不同者表示差异显著(P<0. 05)
3摇 结论
本文利用地统计与 GIS 技术相结合的方法对南
四湖区农田 SOM 和微量元素空间变异特征及影响
因素进行分析,主要结论如下:
(1)描述性统计分析表明,B 符合正态分布,
SOM、Fe、Mn、Cu和 Zn符合对数正态分布,均属中等
变异程度。 SOM 平均值为 14.66 g / kg,微量元素中
Mn的平均含量最高(10.66 mg / kg);B的平均含量最
低(0.57 mg / kg)。
(2)半方差分析表明,SOM、Fe、Mn和 Zn 用指数
模型拟合较好,Cu 用球状模型拟合较好。 B 为纯块
金效应,在整个尺度上具有恒定变异,SOM 和其余 4
种微量元素具有强烈空间变异,其中区域因素占主
导作用。
(3)普通克里格插值结果表明,SOM 分布总体
趋势为由北向南逐渐降低,Mn、Cu、Zn分布总体趋势
为中部高,南北两端低,B 地域差异不明显。 除 B
外,土壤类型、耕层质地、坡度、土地利用类型、地貌
类型与 SOM和微量元素的含量高低以及分布状况
密切相关。
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5061摇 6期 摇 摇 摇 武婕等:南四湖区农田土壤有机质和微量元素空间分布特征及影响因素 摇
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叶生态学报曳圆园员源年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
争鸣冶的方针袁依靠和团结广大生态学科研工作者袁探索生态学奥秘袁为生态学基础理论研究搭建交流平台袁
促进生态学研究深入发展袁为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务尧为国民经济建设和发展服务遥
叶生态学报曳主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果遥 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章曰研究简报曰生态学新理论尧新方法尧新技术介绍曰新书评价和
学术尧科研动态及开放实验室介绍等遥
叶生态学报曳为半月刊袁大 员远开本袁圆愿园页袁国内定价 怨园元 辕册袁全年定价 圆员远园元遥
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标准刊号院陨杂杂晕 员园园园鄄园怨猿猿摇 摇 悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝
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耘鄄皂葬蚤造院 泽澡藻灶早贼葬蚤曾怎藻遭葬燥岳 则糟藻藻泽援葬糟援糟灶摇 网摇 摇 址院 憎憎憎援藻糟燥造燥早蚤糟葬援糟灶
本期责任副主编摇 薛建辉摇 摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报渊杂匀耘晕郧栽粤陨摇 载哉耘月粤韵冤渊半月刊摇 员怨愿员年 猿月创刊冤
第 猿源卷摇 第 远期摇 渊圆园员源年 猿月冤
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编摇 摇 辑摇 叶生态学报曳编辑部
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耘凿蚤贼藻凿 遭赠摇 耘凿蚤贼燥则蚤葬造 遭燥葬则凿 燥枣
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