張曉光,陳明利,劉佩茹,祝秀芝,李士美

(青島農(nóng)業(yè)大學(xué) a.資源與環(huán)境學(xué)院; b.園林與林學(xué)院，山東 青島 266109)

黃河三角洲典型地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)空間變異

張曉光a,陳明利a,劉佩茹a,祝秀芝a,李士美b

(青島農(nóng)業(yè)大學(xué) a.資源與環(huán)境學(xué)院; b.園林與林學(xué)院，山東 青島 266109)

為了掌握黃河三角洲地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)的空間變異，以黃河三角洲典型縣域墾利縣為研究區(qū)，通過(guò)土壤采集、分析，利用GIS軟件研究其土壤有機(jī)質(zhì)在空間上的變異特征。研究結(jié)果表明：研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量較低，平均值為11.37 g/kg；變異強(qiáng)度不大，變異系數(shù)為27.19%；土壤有機(jī)質(zhì)在墾利縣東部分布相對(duì)稍高，呈狹長(zhǎng)條帶狀，該處靠近黃河口，有機(jī)質(zhì)存在沖積、淤積；墾利縣南邊土壤有機(jī)質(zhì)含量較低，該區(qū)域?qū)儆跒┩?、沙地，有機(jī)質(zhì)富集不明顯；研究區(qū)地形地貌平坦，農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施配套良好，排水能力強(qiáng)，灌溉條件好，水源充分，上述因素空間上較為一致，對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的空間變異影響不大；土壤類(lèi)型、成土母質(zhì)、地形對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)也沒(méi)有顯著影響。土壤質(zhì)地對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量空間變異的影響還需要進(jìn)一步研究。

黃河三角洲; 土壤有機(jī)質(zhì);空間變異;墾利縣; GIS軟件； 影響因素

1 研究背景

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤的重要組成部分，也是土壤肥力和土壤質(zhì)量的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。土壤中有機(jī)質(zhì)含量越高，說(shuō)明該田塊肥力狀況越好，土壤質(zhì)量也越高。土壤中有機(jī)質(zhì)的含量與眾多因素有關(guān)，成土母質(zhì)、土壤類(lèi)型、地形條件、土地利用類(lèi)型等屬于影響土壤有機(jī)質(zhì)含量的自然因素；施肥方式、施肥量、農(nóng)作物種植類(lèi)型、耕作方式等則屬于人為影響因素[1-2]。在眾多因素的影響下，土壤有機(jī)質(zhì)在空間區(qū)域內(nèi)的分布是不均勻的。

國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者采用了地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的空間變異特點(diǎn)進(jìn)行了大量研究。從田塊尺度、縣域尺度、流域尺度到自然地理地帶性較大尺度均有涉及[3-6]。研究區(qū)域囊括了幾乎大部分氣候帶和典型地貌地帶[7]，對(duì)土壤預(yù)測(cè)制圖、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)具有重要的意義。

黃河三角洲地區(qū)是典型的沖積平原，受鹽漬化影響較重。其生態(tài)脆弱性的特點(diǎn)決定了土壤有機(jī)質(zhì)變化的獨(dú)特方式[8]。為評(píng)價(jià)該區(qū)土壤肥力和估算區(qū)域碳儲(chǔ)量，需研究該區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)空間變異及空間分布特征。本文選擇墾利縣作為研究區(qū)，利用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法研究其縣域尺度范圍內(nèi)土壤有機(jī)質(zhì)空間變異的特點(diǎn)。

2 研究材料與方法

2.1 研究區(qū)概況

墾利縣(圖1)位于黃河入?？?，呈西南—東北走向，下轄5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、2個(gè)街道辦事處，總面積達(dá)到2 204 km2。具體位置在37°24′N(xiāo)— 38°10′N(xiāo)， 118°15′E —119°19'E，屬于溫帶季風(fēng)氣候區(qū)。夏季盛行東南風(fēng)，冬季盛行西北風(fēng)，降水時(shí)間、空間分布不均勻。

圖1 墾利縣行政區(qū)劃Fig.1 Sketch map of administrative areas of Kenli County

墾利縣土壤類(lèi)型屬于潮土類(lèi)中鹽化潮土亞類(lèi)，絕大多數(shù)為氯化物潮土土屬。成土母質(zhì)為黃土母質(zhì)。歷史上黃河尾閭段常常左右擺動(dòng)，多次潰決、漫溢、泛濫等沖積、淤墊，形成了典型的三角洲地貌。鹽堿化情況比較嚴(yán)重，典型的種植作物以種植棉花為主，部分種植水稻，還有一部分小麥與玉米或者小麥與大豆輪作。

2.2 研究方法

2.2.1 土壤樣品采集及野外調(diào)查

首先獲取研究區(qū)行政區(qū)劃圖，按照網(wǎng)格法布點(diǎn)，同時(shí)考慮土地利用類(lèi)型、種植方式等因素進(jìn)行樣點(diǎn)的調(diào)整，結(jié)合測(cè)土配方施肥項(xiàng)目，共獲取了土壤樣品1 140個(gè)，采集時(shí)間為春季3月份。采樣深度為0～20 cm。在所布設(shè)的樣點(diǎn)附近，按照S形取5～6處土壤，混合均勻后保留1 kg裝入樣品袋。

在采集樣品的同時(shí)，調(diào)查土壤樣點(diǎn)所在田塊的農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施情況、排水和灌溉能力、水源條件、灌溉方式、疏水方式，并記載了采樣點(diǎn)位置的地貌類(lèi)型、種植類(lèi)型。同時(shí)在采樣時(shí)調(diào)查土壤類(lèi)型、成土母質(zhì)及障礙因素等相關(guān)土壤環(huán)境因子。

表1 墾利縣土壤有機(jī)質(zhì)描述性統(tǒng)計(jì)Table 1 Descriptive statistics of soil organic matter in Kenli County

2.2.2 樣品處理與分析

將采集完畢的土壤樣品帶入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行風(fēng)干、研磨等處理。然后分別通過(guò)孔徑2 mm和0.25 mm篩，以備理化性質(zhì)測(cè)量。其中，土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)量用重鉻酸鉀法[9]。

2.2.3 數(shù)據(jù)處理

為了研究地形因素對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響，記錄了相應(yīng)采樣點(diǎn)的海拔地形信息，利用SPSS 13.0進(jìn)行相關(guān)分析，探討地形因素和土壤有機(jī)質(zhì)的相關(guān)性。采用ArcGIS 9.2軟件中的地統(tǒng)計(jì)模塊對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行克里格插值運(yùn)算[10]，繪制有機(jī)質(zhì)空間分布圖。

3 結(jié)果與討論

3.1 土壤有機(jī)質(zhì)含量統(tǒng)計(jì)特征

如表1所示，研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量最小值是5.00 g/kg，最大值是28.10 g/kg，平均值為11.37 g/kg，同時(shí)偏態(tài)系數(shù)為0.98，接近于1，屬于中等偏態(tài)分布。從土壤肥力標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，有機(jī)質(zhì)含量較低[11]。變異系數(shù)為27.19%，說(shuō)明該區(qū)域有機(jī)質(zhì)含量比較集中，多數(shù)集中在11 g/kg，與中位數(shù)和平均值較為接近，總體變異強(qiáng)度不是很大。

圖2 土壤有機(jī)質(zhì)分布直方圖Fig.2 Histogram of the distribution of soil organic matter

3.2 土壤有機(jī)質(zhì)含量空間結(jié)構(gòu)特征分析

通過(guò)ArcGIS軟件數(shù)

據(jù)探索模塊中直方圖分析，原始數(shù)據(jù)不是標(biāo)準(zhǔn)的正態(tài)分布(圖2)。進(jìn)行對(duì)數(shù)變換后，中值接近均值、峰態(tài)系數(shù)接近3，基本呈正態(tài)分布，可以進(jìn)行空間統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間趨勢(shì)分析，南北方向呈水平，可見(jiàn)土壤有機(jī)質(zhì)在南北方向無(wú)差異趨勢(shì)。東西方向也呈水平，所以土壤有機(jī)質(zhì)在東西方向也無(wú)差異趨勢(shì)。

3.3 土壤有機(jī)質(zhì)含量空間分布特征

采用普通克里格插值方法，對(duì)研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行插值運(yùn)算。因絕大部分土壤樣點(diǎn)中有機(jī)質(zhì)含量都在10～15 g/kg之間，利用克里格進(jìn)行插值會(huì)進(jìn)一步平滑掉極值點(diǎn)[12]，如果按此方法劃分華北地區(qū)相關(guān)土壤肥力標(biāo)準(zhǔn)[10]來(lái)進(jìn)行空間屬性特征表達(dá)，樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)大多會(huì)聚集在相近的色調(diào)內(nèi)，在空間上將展示不出明顯的變異特點(diǎn)。為了更好地顯示區(qū)域有機(jī)質(zhì)變異情況，采用了自然間斷法將研究區(qū)劃分為5個(gè)不同土壤有機(jī)質(zhì)等級(jí)的區(qū)間(圖3)。

如圖3所示，研究區(qū)中部、西部、北部土壤有機(jī)質(zhì)含量均為10～13.5 g/kg，屬于中等肥力水平，除個(gè)別地方外，整體上顯示較為均一。東部有狹長(zhǎng)條帶狀區(qū)域，有機(jī)質(zhì)分布相對(duì)偏高，原因可能是由于該處靠近黃河口，有機(jī)質(zhì)沖積豐富。出現(xiàn)狹條狀形狀是因?yàn)樵撎幉蓸狱c(diǎn)密度低，北邊位于黃河口鎮(zhèn)的自然保護(hù)區(qū)，不方便采樣，故用周邊農(nóng)田中樣點(diǎn)進(jìn)行空間預(yù)測(cè)時(shí)產(chǎn)生塊狀替代所致。高含量區(qū)域南部有機(jī)質(zhì)含量較低，2個(gè)小區(qū)域?qū)Ρ让黠@，這是由于南邊含量較低的區(qū)域?qū)儆跒┩俊⑸车?，有機(jī)質(zhì)含量富集不明顯。

圖3 研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)空間分布Fig.3 Spatial distribution of soil organic matter in the study area

3.4 土壤有機(jī)質(zhì)空間變異影響因素分析

為了進(jìn)一步研究土壤有機(jī)質(zhì)的影響因素，調(diào)查了所取土壤樣點(diǎn)所在田塊的農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施情況、排水和灌溉能力、水源條件、灌溉方式、疏水方式，記載了采樣點(diǎn)位置的地貌類(lèi)型、種植類(lèi)型、熟制。該地區(qū)農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施和水利條件較好，并無(wú)大的差異，灌溉方式和輸水方式等也均一致。因而不能體現(xiàn)研究區(qū)上述因素對(duì)有機(jī)質(zhì)空間變異引起的影響。

海拔高度影響水熱條件分配，因而可能會(huì)對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)產(chǎn)生影響[13]。本文利用GPS儀器提取了海拔地形信息，將海拔高度和土壤有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)兩者也沒(méi)有顯示出明顯的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(p>0.1)。也就是說(shuō)研究區(qū)內(nèi)海拔對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量不能夠產(chǎn)生顯著的影響。

進(jìn)一步研究土壤類(lèi)型、成土母質(zhì)對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響。研究區(qū)位于黃河下游沖積平原，成土母質(zhì)都是黃土母質(zhì)，土壤類(lèi)型基本都是同一類(lèi)型，均為氯化物潮土土屬。因此，從類(lèi)型上無(wú)法對(duì)這2種因素進(jìn)行土壤有機(jī)質(zhì)影響分析。以后可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成土壤系統(tǒng)分類(lèi)的土壤類(lèi)型進(jìn)行因素分析，同時(shí)加入土壤質(zhì)地因素來(lái)分析土壤有機(jī)質(zhì)的影響因素。

綜上所述，該地區(qū)目前土壤有機(jī)質(zhì)空間變異尚不受土壤類(lèi)型、母質(zhì)、農(nóng)田管理方式、海拔等因素的影響。研究區(qū)成土環(huán)境較為單一，因而數(shù)據(jù)整體上表現(xiàn)出的特征是有機(jī)質(zhì)含量分布較為均勻，在空間上沒(méi)有太大的起伏和變化。這一特點(diǎn)與實(shí)際情況也是相符合的。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)黃河三角洲典型縣域墾利縣進(jìn)行了土壤樣點(diǎn)采集、分析，利用地理信息系統(tǒng)軟件研究其土壤有機(jī)質(zhì)在空間上的變異特征。研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量較低，平均值為11.37 g/kg，變異系數(shù)為27.19%，說(shuō)明該區(qū)域有機(jī)質(zhì)含量比較集中，總體變異強(qiáng)度不是很大。墾利縣東部有機(jī)質(zhì)分布相對(duì)較高，原因可能是靠近黃河口，有機(jī)質(zhì)沖積、淤積引起。本研究區(qū)出現(xiàn)狹條狀形狀的原因是因?yàn)樵撎幉蓸狱c(diǎn)密度低，北邊位于自然保護(hù)區(qū)，不方便采樣，故用周邊農(nóng)田中樣點(diǎn)進(jìn)行空間預(yù)測(cè)時(shí)產(chǎn)生塊狀替代所致。研究區(qū)東南部土壤有機(jī)質(zhì)含量較低，該區(qū)域?qū)儆跒┩俊⑸车?，有機(jī)質(zhì)含量富集不明顯。

經(jīng)過(guò)總結(jié)分析，該地區(qū)位于地貌平坦的河流三角洲下游，農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施配套良好，排水能力也較好。研究區(qū)內(nèi)的降雨量和地下水位也基本都保持一致，灌溉條件好，水源充分，上述因素對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的空間差異影響不大。雖然眾多研究結(jié)果表明土壤有機(jī)質(zhì)可能受到土壤類(lèi)型、成土母質(zhì)等因素影響，但是土壤類(lèi)型、成土母質(zhì)、地形對(duì)本區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)空間變異沒(méi)有顯著影響。而土壤質(zhì)地等對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量空間變異的影響則需要進(jìn)一步研究。

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(編輯：劉運(yùn)飛)

Spatial Variability of Soil Organic Matter in Typical Areaof the Yellow River Delta

ZHANG Xiao-guang1, CHEN Ming-li1, LIU Pei-ru1, ZHU Xiu-zhi1, LI Shi-mei2

(1.College of Resource and Environment, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China;2.College of Gardening and Forestry, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China)

The variation of soil organic matter plays an important role in soil fertility evaluation. In this paper, the variability of soil organic matter in space is analyzed by using geographic information system software. Soil samples were collected from Kenli County, a typical district in the Yellow River Delta. Results show that the content of soil organic matter in the study area is low, with an average value of 11.37 g/kg. The coefficient of variation is 27.19%, indicating that the total variance of intensity is not big. Soil organic matter is relatively large in content in the east part of Kenli County and distributes in a narrow strip as the east Kenli is adjacent to the mouth of the Yellow River, resulting in the deposition of soil organic matter; whereas in the south part where land use types are beach and sand, the content of soil organic matter is relatively low, and the accumulation of soil organic matter is not obvious. The study area is located in the downstream of flat river delta with enough farmland infrastructure facilities, strong drainage capacity, good irrigation conditions, as well as abundant water sources, which have little effect on the spatial variance of soil organic matter. Soil type, soil parent material, and topography have no significant effect on soil organic matter in the study area either. The effects of other factors on the spatial variability of soil organic matter content need further research.

Yellow River Delta; soil organic matter; spatial variability; Kenli County; GIS software; influential factors

2016-02-24；

2016-04-11

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41601211)；土壤與農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目(Y20160007)；農(nóng)業(yè)部都市農(nóng)業(yè)(北方)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題基金項(xiàng)目(DSNYZD-2015-01)；青島農(nóng)業(yè)大學(xué)高層次人才啟動(dòng)基金項(xiàng)目(1114344)

張曉光(1983-)，男，山東濟(jì)南人，講師，博士，主要從事土壤屬性時(shí)空演變、資源遙感方面的工作，(電話(huà))0532-86080561(電子信箱)zhangxg_66@sina.com。

李士美(1980-)，男，山東菏澤人，講師，博士，從事資源調(diào)查與評(píng)價(jià)等方面的研究，(電話(huà))15863091676(電子信箱)li_shimei@163.com。

10.11988/ckyyb.20160141

2017,34(5):27-30

S158

A

1001-5485(2017)05-0027-04