曹榕彬

(寧德市土壤肥料技術站，福建 寧德 352100)

土壤養(yǎng)分的優(yōu)劣直接影響作物的產(chǎn)量和品質，而土壤養(yǎng)分指標是判定土壤養(yǎng)分優(yōu)劣的重要依據(jù)。關于土壤養(yǎng)分空間變異的研究已有相關報道[1-10]；但在市級耕地范圍內，利用序貫高斯模擬等，分析寧德市耕地土壤養(yǎng)分空間分布特征并提出甘薯施肥建議的研究尚少。本文利用寧德市9縣(市、區(qū))近9年測土配方施肥土壤取樣測定結果和序貫高斯模擬等，分析該地區(qū)耕地土壤養(yǎng)分空間分布特征，旨在了解寧德耕地土壤pH值、有機質和速效氮、磷、鉀空間分布情況，為甘薯合理施肥提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

寧德俗稱閩東，位于福建省東北翼。地形以丘陵山地為主，沿海為小平原。地處東經(jīng)118°32′～120°43′，北緯26°18′～27°40′之間。全市耕地1.63×105hm2，分布于蕉城區(qū)、福安市、福鼎市、古田縣、霞浦縣、周寧縣、壽寧縣、屏南縣、柘榮縣9縣(市、區(qū))。

1.2 土樣采集和檢驗方法

利用第二次全國土壤普查的資料[主要是各鄉(xiāng)(鎮(zhèn))的土壤圖和土壤普查地塊登記表]，兼顧每個村的土壤類型情況，并考慮面積、土種、土地利用等因素，確保每個采樣點能夠代表周圍平均6.67 hm2的耕地同時覆蓋全市1.63×105hm2耕地。2006～2014年，在9縣(市、區(qū))耕地采集耕作層土樣，采用“S”法或棋盤法均勻隨機地采集15～20個樣點土樣，經(jīng)充分混勻后，采用四分法留取2 kg樣品，注明樣品的野外編號、采樣地點、采樣時間和采樣人等，共采集34 998個土壤樣品。土樣帶回實驗室，經(jīng)風干、去雜、磨細、過篩、混勻、裝瓶后，采用常規(guī)方法[11]測定土壤pH值、有機質和堿解氮、有效磷、速效鉀含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

耕地土壤養(yǎng)分分級主要參考已有的研究結果[12]；另因寧德耕地土壤pH值>7.5的土樣數(shù)僅占0.02%，再細化pH值>7.5的分級無實際意義，故將土壤pH值>7.5一并劃為堿性，見表1。采用Excel 2010軟件和SPSS 23.0軟件對各指標進行統(tǒng)計學特征分析。采用K-S法檢測數(shù)據(jù)正態(tài)性[3]。運用GS+10.0軟件，利用數(shù)據(jù)的半變異函數(shù)云剔除或改正異常離群值，計算半變異函數(shù)，進行高斯序貫模擬插值[4-7,13-17]。利用DPS 16.05軟件計算半變異函數(shù)F檢驗的P值。利用ARCGIS 12.2軟件和插值成圖，剔除非耕地，完成耕地的制圖、出圖等。

圖1 寧德市耕地土壤采樣點分布圖

圖2 寧德耕地海拔高度分布圖

指標分級強酸性(缺乏)酸性-微酸性(一般)中性-堿性(豐富)pH值≤4.54.5～5.55.5～6.56.5～7.5>7.5有機質(g/kg)<20-20～30->30堿解氮(mg/kg)<100-100～250->250有效磷(mg/kg)<8-8～15->15速效鉀(mg/kg)<80-80～100->100

注：pH值分級對應強酸性、酸性、微酸性、中性、堿性；其它4項分級對應缺乏、一般、豐富。

2 結果與分析

2.1 統(tǒng)計學特征分析

對土壤pH值、有機質和速效氮、磷、鉀養(yǎng)分測定值進行統(tǒng)計學特征分析，結果列表2。表2表明：第1，利用Cochran[8]隨機采樣公式對研究區(qū)域的測定值合理采樣數(shù)目進行計算。在95%置信水平、5%相對誤差的情況下，測定值合理采樣數(shù)均小于900，遠低于對應的樣點數(shù)，說明樣點數(shù)達到分析精度的要求。第2，從各項均值來看，寧德耕地土壤pH值屬酸性，有機質含量屬一般偏豐富水平，堿解氮含量屬一般水平，有效磷含量屬豐富水平，速效鉀含量屬缺乏水平。第3，測定值的均值與中值均較接近，說明它們的分布受特異值影響較小，且分布均勻。第4，由變異系數(shù)≤10%為弱變異，10%～100%為中等變異，≥100%為強變異[8-9]。說明各測定值均屬于中等變異。第5，當數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布時，才能滿足地統(tǒng)計學分析的假設條件[5]。經(jīng)K-S法檢測，只有pH值屬正態(tài)分布，但經(jīng)SPSS 23.0軟件正態(tài)得分變換后的其他4項指標數(shù)據(jù)也符合正態(tài)分布。

表2 土壤pH值、有機質和速效氮、磷、鉀養(yǎng)分測定值統(tǒng)計學特征分析

2.2 土壤pH值、有機質和速效氮、磷、鉀養(yǎng)分測定值的空間分布

2.2.1 正態(tài)得分數(shù)據(jù)的逆轉換

WinGslib軟件可實現(xiàn)正態(tài)得分數(shù)據(jù)逆變換[14,18]。但WinGslib軟件逆變換模型少，且須借助其他軟件計算模型的最佳擬合參數(shù)。運用DPS 16.05軟件，利用耕地土壤有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀測定值和對應的正態(tài)得分，分別計算數(shù)據(jù)的下尾(正態(tài)得分<0)和上尾(正態(tài)得分>0)的擬合模型，以決定系數(shù)(R2)較大篩選最佳擬合模型，結果列表3。表3表明：第1，土壤4項指標正態(tài)得分逆變換的最佳擬合模型均為多項式模型，且各多項式模型的F檢驗P值均小于0.05，說明模型均是可靠的。第2，多項式次數(shù)越大，R2越大，但三次及以上多項式模型R2無明顯差異；為節(jié)省運算時間，可選定三次多項式模型。

表3 土壤4項指標正態(tài)得分逆變換最佳擬合結果

注：回歸方程的Y表示土壤有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀測定值，X表示對應的正態(tài)得分。

2.2.2 半方差函數(shù)模型的篩選

根據(jù)已有的研究結果[5,8-9]。以決定系數(shù)(R2)較大且殘差平方和(RSS)較小來篩選土壤養(yǎng)分最優(yōu)半方差函數(shù)模型，結果列表4。表4表明：第1，土壤養(yǎng)分測定值半方差函數(shù)最優(yōu)模型均為指數(shù)模型，且最優(yōu)模型的F檢驗P值均小于0.05，即模型是可靠的。第2，由塊金系數(shù)<25%時，變量具有強烈的空間相關性；塊金系數(shù)為25%～75%時，變量具有中等的空間相關性；塊金系數(shù)>75%時，變量空間相關性很弱[5,9]。說明土壤養(yǎng)分測定值均為中等的空間相關性，結構性因素、人為因素給寧德耕地土壤帶來的影響在土壤養(yǎng)分測定值空間變異上均有所體現(xiàn)。第3，在土壤養(yǎng)分測定值中，變異系數(shù)越高，其對應的變程則越小，反之，則越大?？赡苁禽^大的空間變異會影響其空間相關性。

表4 土壤pH值、有機質和速效氮、磷、鉀養(yǎng)分測定值半方差函數(shù)最優(yōu)模型

2.2.3 土壤pH值、有機質和速效氮、磷、鉀養(yǎng)分測定值的插值與分級

因克里格插值相對較強的平滑作用，更適用于變異系數(shù)較小的變量的空間預測，在空間估計圖上沒有序貫高斯模擬好，且50次以上的模擬可提高精度[6-7,14-17]。運用土壤樣點pH值、其他4項指標測定值正態(tài)得分的最優(yōu)半方差函數(shù)和100次序貫高斯模擬進行插值，利用表3的回歸方程和表1的分級標準，得耕地土壤分級圖。

圖3表明：第1，寧德市耕地土壤pH值以強酸性(占耕地總面積的10.22%)、酸性(占耕地總面積的63.89%)為主?？赡茉颍簩幍聦僦衼啛釒ШＱ笮约撅L氣候，氣候溫暖多雨，土壤中鹽基淋溶較為徹底；強酸性、酸性土壤粘性較大，土壤吸附H+、Al3+量較多；各地農(nóng)民近年普施過磷酸鈣等酸性化肥或生理酸性化肥，而少施有機肥、堿性化肥或生理堿性化肥。第2，微酸性、中性、堿性的土壤主要集中于蕉城、福安、霞浦、福鼎4個沿?？h(市)靠海的鄉(xiāng)鎮(zhèn)。可能原因：沿海耕地土壤含砂量相對較高，土壤膠體含量低，土壤吸附H+、Al3+量較少；另外，受海風雨影響，這些鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地土壤鹽基飽和度較高。

圖3 寧德市耕地土壤pH值分級圖

圖4表明：第1，土壤有機質含量豐富級別占42.36%，分布在海拔較高(均值為609 m±302 m)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，且多為水田。可能由于海拔較高，氣溫較低，降水較多，且為淹水環(huán)境，有機質分解率較低；另外，由于耕地復種指數(shù)較低，當?shù)剞r(nóng)戶又有秸稈還田、施有機肥等習慣，有利于土壤有機質累積。第2，土壤有機質含量缺乏級別占21.91%，其中屏南、霞浦兩縣所占比例較大，可能由于屏南耕地種植水稻或水旱輪作較少，當?shù)厥卟说膹头N指數(shù)高、產(chǎn)量高、需肥量大，農(nóng)民普施化肥或高濃度復合肥，而投入有機物料和有機肥數(shù)量極少，導致土壤有機質貯量較少。霞浦耕地多為旱作，農(nóng)民在農(nóng)田中投入有機物料和有機肥量少，且霞浦地處沿海，海拔低，氣溫較高，降水較少，有機質分解率較高，導致土壤有機質貯量較少。

圖4 寧德市耕地土壤有機質含量分級圖

圖5表明：第1，土壤堿解氮含量豐富級別占2.66%，分布在海拔較高(均值為600 m±220 m),土壤有機質含量較高(均值為41.27 g/kg±10.54 g/kg)的耕地上。土壤堿解氮含量缺乏級別占18.74%,分布在海拔較低(均值為223 m±206 m),土壤有機質含量較低(均值為23.99 g/kg±4.64 g/kg)的耕地上。主要由于土壤堿解氮包括無機態(tài)氮和土壤有機質中結構簡單、易分解的有機態(tài)氮[10,19-20]。土壤有機質含量高，則土壤堿解氮含量相對較高；反之，則相對較低。第2，霞浦耕地土壤堿解氮含量為缺乏級別的比例較大。主要原因：在全市9縣(市、區(qū))中，霞浦土壤有機質含量最低(均值為23.16 g/kg±3.87 g/kg)；另外，當?shù)貧鉁剌^高，農(nóng)民投入有機肥和氮肥少，且普遍撒施化肥，氮肥揮發(fā)、流失較嚴重，致使土壤堿解氮含量較低。

圖6表明：第1，土壤有效磷含量豐富級別比例為58.86%，分布在海拔較高(均值為573 m±327 m),土壤有機質含量較高(均值為32.49 g/kg±7.45 g/kg)的耕地上。土壤有效磷含量缺乏級別比例為8.98%，分布在海拔較低(均值為274 m±254 m),土壤有機質含量偏低(均值為23.84 g/kg±7.86 g/kg)的耕地上。主要由于土壤有機質含量高時，不僅能增加土壤有機磷的儲備，能與鐵、鋁、鈣、鎂發(fā)生絡合作用，降低這些離子的活性，減弱磷的化學固定作用，還能在土壤固相表面上形成膠膜，減弱固相表面固磷，從而提高磷的有效性[20]。反之，則不利于提高磷的有效性。第2，福鼎市耕地土壤有效磷含量為缺乏級別的比例較大。可能原因：福鼎市耕地旱作比例較高，當?shù)剞r(nóng)民磷肥用量較少，且習慣撒施，磷肥易被固定，致使土壤有效磷含量較低。

圖5 寧德市耕地土壤堿解氮含量分級圖

圖6 寧德市耕地土壤有效磷含量分級圖

圖7表明：第1，耕地土壤速效鉀含量缺乏級別比例為75.59%，分布于9縣(市、區(qū))?？赡苡捎趯幍職夂驕嘏嘤?，土壤中鹽基淋溶較為徹底，從而導致土壤速效鉀含量偏低。第2，耕地土壤速效鉀含量豐富級別比例為12.42%，分布于屏南縣、柘榮縣和沿海的鄉(xiāng)鎮(zhèn)?？赡苡捎谄聊习l(fā)展反季節(jié)蔬菜種植，柘榮發(fā)展太子參種植，鉀肥施用量都較大；且屏南菜農(nóng)普遍采用地膜覆蓋，柘榮耕地土壤有機質含量較高且參農(nóng)施肥多采用深施覆土，鉀肥不易流失；而沿海鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤的速效鉀含量較高，可能受海水中鉀的影響。

圖7 寧德市耕地土壤速效鉀含量分級圖

2.2.4 海拔與土壤pH值、有機質和速效氮、磷、鉀養(yǎng)分分布關系

利用以下3類分組方法，計算各組內土壤指標均值，以分析海拔(圖2)和耕地土壤pH值(圖3)及土壤有機質(圖4)、堿解氮(圖5)、有效磷(圖6)、速效鉀(圖7)含量分布之間的關系：第1，以100 m為間隔，將寧德市耕地海拔分為14組(nASL=14)。第2，以表1土壤pH值的分級標準，將土壤pH值分為5組(npH=5)。第3，以≤20、20～25、25～30、30～35、35～40、>40 g/kg為分組標準，將土壤有機質含量分為6組(nOM=6)。

2.3 甘薯施肥建議

2.3.1 甘薯田施肥量分布

甘薯是寧德農(nóng)民的傳統(tǒng)種植作物，其適應性強，在全市各類耕地上均可種植?？紤]甘薯最適土壤pH值[19-21]，并根據(jù)閩東、閩南多年甘薯“3414”田間試驗、農(nóng)戶調查、耕地土壤樣品測試結果和福建省農(nóng)科院專家多年實踐經(jīng)驗[12]，制定甘薯田土測值和石灰、氮肥(N)、磷肥(P2O5)、鉀肥(K2O)推薦用量關系表，列表5。將表5分別代入圖3、圖5～圖7，得石灰、氮肥、磷肥、鉀肥施用量分布圖，列圖8～圖11。

表5 甘薯田土測值與推薦施肥量關系表

注：氮肥、磷肥、鉀肥施用量允許在標準誤范圍內上下浮動。

圖8表明：施石灰量1 500、1 125、750、0 kg/hm2比例分別為10.22%、40.26%、23.63%、25.89%；較沿海4縣(市、區(qū))和柘榮縣，古田、屏南、壽寧的甘薯田單位面積施石灰量較大。圖9表明：施氮量210.0、193.5、160.5、133.5、112.5、100.5 kg/hm2比例分別為0.53%、18.21%、36.46%、30.03%、12.11%、2.66%；霞浦縣單位面積施氮量較其他縣(市、區(qū))大。圖10表明：施磷量67.5、64.5、58.5、49.5、40.5、37.5 kg/hm2比例分別為13.53%、27.61%、25.19%、21.36%、6.94%、5.38%；福鼎市單位面積施磷量較其他縣(市、區(qū))大。圖11表明：施鉀量255.0、237.0、195.0、151.5、117.0、102.0 kg/hm2比例分別為1.36%、16.52%、69.70%、9.47%、1.98%、0.98%。

圖8 寧德市甘薯田石灰施用量分布圖

圖9 寧德市甘薯田施氮量分布圖

圖10 寧德市甘薯田施磷量分布圖

2.3.2 海拔與甘薯田施肥量分布關系

圖11 寧德市甘薯田施鉀量分布圖

3 結論

3.1 土壤pH值、有機質和速效氮、磷、鉀的空間分布

受結構性、人為等因素的影響，需對土測值的非正態(tài)數(shù)據(jù)進行正態(tài)變換，才能進行空間模擬，最后對模擬結果進行逆正態(tài)變換。從本研究正態(tài)得分逆變換擬合結果來看，三次及以上的多項式模型擬合效果較直線、冪、雙曲線等模型好。寧德市耕地土壤養(yǎng)分指標的半變異函數(shù)均為指數(shù)模型。

寧德市耕地土壤pH值和土壤有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀含量空間分布分別以≤5.5、≥20 g/kg、100～250 mg/kg、>15 mg/kg、<80 mg/kg為主。隨著海拔高度下降，土壤pH值均值隨之上升，土壤有機質含量均值和堿解氮含量均值隨之下降，土壤有效磷含量均值和速效鉀含量均值隨之呈先降后升的趨勢。與寧德市第二次土壤普查的耕地肥力狀況相比：近年寧德市耕地土壤pH值≤5.5、有機質含量≥20 g/kg、有效磷含量>15 mg/kg、速效鉀含量<80 mg/kg的比例分別提高28.41%、5.86%、44.25%、25.19%。

3.2 甘薯施肥建議

可利用甘薯田土測值與推薦施肥量關系表(表5)，在甘薯田施用適量石灰、氮肥、磷肥、鉀肥，氮肥、磷肥、鉀肥施用量允許在標準誤(SE)范圍內上下浮動。

如土壤養(yǎng)分測定值難獲取，也可利用海拔(XASL)分別與石灰施用量均值(Ylime/ASL)、氮肥施用量均值(YN_F/ASL)、磷肥施用量均值(YP_F/ASL)、鉀肥施用量均值(YK_F/ASL)的回歸關系式進行施肥,肥料施用量允許在標準誤(SE)范圍內上下浮動。

另外，因增施有機肥是改良土壤、培肥地力的主要措施之一，故要特別在土壤有機肥缺乏的耕地上廣辟當?shù)赜袡C肥源，大力推廣種植綠肥、秸稈還田和增施商品有機肥。

參考文獻:

[1] 趙彥鋒，陳杰，齊力，等．不同采樣尺度下土壤圖和Kriging法的空間估值精度比較[J]．土壤通報，2011，42(4)：872-878．

[2] 劉亞男，李彥爽，于衛(wèi)紅，等．河北省饒陽縣土壤養(yǎng)分特征分析及分區(qū)施肥研究[J]．中國土壤與肥料，2014,(3)：12-17．

[3] 胡向丹，鄧小華，王豐，等．黔西南州植煙土壤pH分布特征及其與土壤養(yǎng)分的關系[J]．安徽農(nóng)業(yè)大學學報，2014，41(6)：1070-1074．

[4] 楊奇勇，楊勁松．基于GIS和GS的耕地土壤陽離子交換量的序貫高斯模擬[J]．中國農(nóng)業(yè)科學，2010，43(18)：3759-3766．

[5] 毛應明，桑樹勛，王學松，等．徐州市城區(qū)土壤pH值分布特征研究[J]．環(huán)境科學與技術，2013，36(8)：77-80．

[6] 魏孝榮，邵明安．黃土溝壑區(qū)小流域土壤pH值的空間分布及條件模擬[J]．農(nóng)業(yè)工程學報，2009，25(5)：61-67．

[7] 劉繼紅，程道全，陳杰．土壤速效鉀空間模擬的技術方法研究[J]．土壤通報，2012，43(5)：1215-1220．

[8] 張瑞，戴偉，龐歡，等．北京市北運河流域耕地土壤性質空間變異性[J]．生態(tài)學雜志，2014，33(12)：3368-3373．

[9] 孫劍虹，張瑞慶，王歡元，等．陜西定邊鹽漬土土壤含鹽量和pH的空間分布特征[J]．西北農(nóng)業(yè)學報，2014，23(9)：114-119．

[10] 鄧邦良，袁知洋，溫衛(wèi)華，等．武功山山地草甸土壤有機質、全氮及堿解氮分布格局及關系[J]．江蘇農(nóng)業(yè)科學，2015，43(11)：414-417．

[11] 魯如坤．土壤農(nóng)業(yè)化學分析方法[M]．北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社，2000．

[12] 林新堅，李清華，羅濤，等．農(nóng)用地土壤培肥技術[M]．福建：福建科學技術出版社，2011．

[13] Robertson G P.GS+：Geostatistics for the environmental sciences[M].Michigan：Gamma Design Software，2008.

[14] 李迪，胡乃聯(lián)，李國清，等．基于序貫高斯模擬的儲量估算分層更新技術[J]．中國礦業(yè)，2014，23(3)：130-135．

[15] 趙彥鋒，化全縣，陳杰．Kriging 插值和序貫高斯條件模擬的原理比較及在土壤空間變異研究中的案例分析[J]．土壤學報，2011，48(4)：856-862．

[16] 趙彥鋒，孫志英，陳杰．Kriging插值和序貫高斯條件模擬算法的對比分析[J]．地球信息科學學報，2010，12(6)：767-776．

[17] 戴明新，趙玉杰，白志鵬，等．序貫高斯法模擬新沂、東海農(nóng)業(yè)區(qū)土壤砷空間變異性[J]．中國環(huán)境科學，2007，27(2)：221-225．

[18] Deutsch C V，Journel A G.GSLIB:Geostatistical software library and user’s guide[M]．New York：Oxford University Press，1998．

[19] 陸欣，謝英荷．土壤肥料學[M]．北京：中國農(nóng)業(yè)大學出版社，2011．

[20] 吳禮樹．土壤肥料學[M]．北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2012．

[21] 尹永強，何明雄，鄧明軍．土壤酸化對土壤養(yǎng)分及煙葉品質的影響及改良措施[J]．中國煙草科學，2008，29(1)：51-54．