張峰 韓佳坤 薄鑫宇 祁康業(yè)

摘要?[目的]對諸城市土壤中的pH、有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀含量進行研究，進而分析評價諸城市的土壤養(yǎng)分豐缺，以期為諸城市的土地利用規(guī)劃、農作物產量和科學施肥等方面提供依據(jù)。[方法]利用ArcGIS軟件研究諸城市的土壤養(yǎng)分空間分布。[結果]諸城市土壤pH均值為 6.10，有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀含量均值分別為16.95 g/kg、108.58 mg/kg、 60.36 mg/kg、168.35 mg/kg。[結論]總體來看，諸城市的土壤呈酸性，土壤有機質含量處于適量水平，堿解氮和速效鉀含量處于豐富水平，有效磷含量處于極豐富水平。

關鍵詞?土壤養(yǎng)分;GIS;豐缺評價與分析;反距離權重插值法;諸城市

中圖分類號?S158文獻標識碼?A

文章編號?0517-6611（2019）20-0054-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.20.015

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Soil Nutrients Evaluation and Analysis Based on GIS：Zhucheng

ZHANG Feng， HAN Jia?kun， BO Xin?yu et al

（Information Science and Engineering School，Shandong Agricultural University，Taian，Shandong 271018）

Abstract?[Objective]The pH value， organic matter， effective nitrogen， available phosphorus and rapidly available potassium in the soils of Zhucheng were studied， and the soil nutrient shortages in the cities were analyzed and evaluated，so as to provide a basis for land use planning， crop yield and scientific fertilization in Zhucheng.[Method]This study used ArcGIS software to study the spatial distribution of soil nutrients in cities.[Result]The average soil pH value of Zhucheng City was 6.10， and the average values of organic matter， effective nitrogen， available phosphorus and rapidly available potassium were 16.95 g/kg， 108.58 mg/kg， 60.36 mg/kg and 168.35 mg/kg， respectively. [Conclusion]In general， the soils in Zhucheng are acidic， the soil organic matter content is at an appropriate level， the effective nitrogen and rapidly available potassium content are at a rich level， and the available phosphorus content is extremely rich.

Key words?Soil nutrients;GIS;Abundance assessment and analysis;Inverse distance to a power;Zhucheng City

土壤作為作物生長必不可少的資源之一，它的肥力主要內容是養(yǎng)分[1-2]。土壤養(yǎng)分的豐缺將直接影響著作物的種植以及生長[3-5]。隨著地理信息產業(yè)的快速發(fā)展，其應用領域越來越廣泛。地理信息系統(tǒng)開始在土壤監(jiān)測方面得以應用，且日漸成為土壤學的研究熱點[6]。國內諸多學者對各地的土壤養(yǎng)分進行了大量的研究，郭旭東等[7]利用地理信息系統(tǒng)和地統(tǒng)計學對河北省遵化市的土壤表層養(yǎng)分進行了空間異質性研究，魏翔等[8]對云南河口縣主要膠原種植地區(qū)混合土壤的基本養(yǎng)分狀況進行了分析，秦仕憶等[9]對黔西北地區(qū)12個優(yōu)勢樹種根區(qū)的土壤養(yǎng)分特征進行了研究。而對于諸城市土壤養(yǎng)分的研究卻少之又少，僅有劉淑云等[10]對諸城市土壤養(yǎng)分變化與冬小麥產量關系進行的模擬研究。前人研究證明了將地理信息系統(tǒng)應用于土壤研究的重大意義，對土壤養(yǎng)分研究更是作出了重大貢獻，而ArcGIS軟件作為一種地理信息系統(tǒng)的軟件平臺，為用戶處理、分析數(shù)據(jù)提供了極大的方便。因此，筆者利用ArcGIS軟件對諸城市土壤養(yǎng)分數(shù)據(jù)進行分析，以期為諸城市農作物區(qū)劃以及科學施肥提供依據(jù)。

1?材料與方法

1.1?研究區(qū)概況

諸城市為山東省濰坊市的一個縣級市。位于山東半島的中東部，地處35°42′23″～36°21′5″N、119°0′19″～119°43′56″E，總面積約為2 152.72 km2。屬暖溫帶大陸性季風區(qū)半濕潤氣候，四季分明，光照充足，年平均氣溫為13.2 ℃，年平均降水量為741.8 mm。

1.2?數(shù)據(jù)來源

選取2016年的諸城市土壤養(yǎng)分數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的采集者為諸城市農業(yè)局，以諸城市的部分村的典型地塊為采樣點進行數(shù)據(jù)采集，共計219個采樣點，最終數(shù)據(jù)為包含各個采樣點位置和土壤養(yǎng)分含量的Excel表格。

1.3?數(shù)據(jù)處理方法

該研究利用GIS技術，通過ArcGIS 105軟件對諸城市土壤Excel表格數(shù)據(jù)中的pH，有機質、堿解氮、速效鉀等含量進行空間化處理，然后對樣本點進行空間插值。最常用的插值方法有2種，一種是反距離權重插值法，另一種是克里金插值法。反距離權重法是以距離作為權重的滑動平均加權插值法，考慮周圍點數(shù)較多，而且計算簡單[11-12]，因此該研究采用反距離權重法對諸城市土壤養(yǎng)分數(shù)據(jù)進行插值。由于反距離權重法中距離的冪對插值結果影響很大，因此需要對每種土壤養(yǎng)分指標選取合適的距離冪值以及預測點個數(shù)。經多次試驗分析，pH、堿解氮和速效鉀的冪指數(shù)取?有機質和有效磷的冪指數(shù)取1.5，并且每種指標搜索半徑內使用預測點的最小個數(shù)為10，最大個數(shù)為15時，每種指標的誤差均方根最小，插值效果最好。最后，對形成的插值結果以諸城市區(qū)劃范圍為標準進行裁剪。

1.4?數(shù)據(jù)分析方法

依據(jù)土壤養(yǎng)分數(shù)值豐缺臨界指標[13]，如表1所示，對諸城市整個范圍內的土壤養(yǎng)分數(shù)值進行分類界定。在ArcGIS軟件中，對裁剪處理得到的諸城市土壤各類指標的柵格圖進行重分類。

2?結果與分析

2.1?土壤pH現(xiàn)狀與分析

諸城市土壤酸堿度平均pH為6.10，等級屬于酸性，標準差為0.74，屬于較小范圍，說明諸城市pH較為穩(wěn)定。其中，pH在4.5～6.5的占73.73%，pH 6.5～7.5占19.05%，pH 7.5～8.5的占7.22%（表2）?？傮w來看，諸城市土壤pH關于西北到東南大體呈現(xiàn)對稱分布，pH在5.02～8.25。西部地區(qū)土壤大部分呈現(xiàn)堿性或中性，北部少部分地區(qū)土壤呈現(xiàn)為中性，中部、東部和南部地區(qū)土壤呈現(xiàn)為酸性，如圖1所示。從分析可以看出，諸城市以酸性土壤為主，而酸性土壤不利于作物生長。

2.2?土壤有機質現(xiàn)狀與分析

諸城市土壤有機質含量均值為16.95，處于中等水平，標準差為3.14，屬于中等范圍，說明諸城市有機質分布的穩(wěn)定性處于一般水平。其中，有機質含量在5～15 g/kg的占比為26.15%，>15～30 g/kg占比為73.80%，0.05%地區(qū)有機質含量在>30～50 g/kg（表2）?？傮w來看，諸城市有機質含量中等偏下，變動范圍在7.27～33.97 g/kg，東南地區(qū)土壤有機質含量處于缺乏等級，西南以及北部少部分地區(qū)土壤中也缺乏有機質，西部極少部分地區(qū)有機質含量豐富，如圖2所示。

2.3?土壤堿解氮現(xiàn)狀與分析

諸城市土壤中堿解氮含量均值為108.58 mg/kg，等級為豐富，標準差為13.25，屬于較大范圍，這說明諸城市堿解氮含量空間分布不穩(wěn)定。堿解氮含量在60～90 mg/kg占比為8.05%，>90～120 mg/kg的占比為71.61%，大于120 mg/kg的占比為20.34%（表2）。總體來看，西南和東部部分地區(qū)堿解氮極豐富，北部、西部部地區(qū)堿解氮含量適中，其余地區(qū)堿解氮含量豐富，如圖3所示。

2.4?土壤有效磷現(xiàn)狀與分析

諸城市土壤中有效磷含量均值為60.36 mg/kg，處于極豐富水平，標準差為13.44，屬于較大范圍，這說明諸城市堿解氮含量空間分布不穩(wěn)定。數(shù)據(jù)顯示有效磷含量在10～20 mg/kg的占比為0.08%，>20～40 mg/kg的占比為6.71%，大于40 mg/kg的占比為93.21%（表2）?？傮w來看，西部極少部分地區(qū)有效磷含量適中，西部以及東南部少部分地區(qū)含量豐富，其余大部分地區(qū)有效磷含量極為豐富，如圖4所示。

2.5?土壤速效鉀現(xiàn)狀與分析

諸城市土壤中速效鉀含量均值為168.35 mg/kg，處于豐富水平，標準差為24.45，屬于較大范圍，這說明諸城市堿解氮含量空間分布不穩(wěn)定。速效鉀含量在80～150 mg/kg的占比為20.06%，>150～200 mg/kg的占比為69.63%，大于200 mg/kg的占比為10.31%（表2）?？傮w來看，整個諸城市土壤中速效鉀在北部、西部、南部和東部各個地區(qū)的含量都存在中等、豐富和極豐富3個等級水平，如圖5所示。

3?討論

通過諸城市農業(yè)局2016年采集的219個土壤樣本對整個諸城市土壤養(yǎng)分進行分析。利用ArcGIS 10.5軟件，對采樣數(shù)據(jù)5種土壤養(yǎng)分指標進行分析，利用反距離權重插值，獲取采樣數(shù)據(jù)各個指標的空間分布圖。筆者詳細地研究了對土壤影響較大的5個指標，通過統(tǒng)計各指標的標準差、平均值以及浮動范圍，綜合分析了各土壤指標的豐缺情況。前人研究表明，土壤中養(yǎng)分含量及分布受許多因素影響，土壤養(yǎng)分不僅與地方氣候、地形等自然環(huán)境因素有關，也與施用肥料、耕作方式等人們的日?；顒用芮邢嚓P[15-18]。由于該研究采用了反距離權重法進行插值，雖然這種方法計算簡單，但其插值結果往往會產生圍繞樣本點的“牛眼”現(xiàn)象。雖然在研究時通過不斷實驗選擇了最合適的冪指數(shù)以及預測樣本點數(shù)，但只是減少了“牛眼”的影響，依舊沒有徹底消除“牛眼”現(xiàn)象的影響。針對以上分析，在后續(xù)研究工作中，將會深入調查諸城市的耕作方式、地形地貌、氣候條件等與諸城市土壤養(yǎng)分含量以及空間分布之間的關系，在插值方法上繼續(xù)做出改進，研究對比克里金插值與反距離權重插值對于諸城市土壤養(yǎng)分插值效果異同，可以將兩種方法結合應用，進一步分析諸城市土壤養(yǎng)分的時空異質性，為諸城市提出經濟可靠的施肥建議，進而改善諸城市土壤狀況。

4?結論

通過對諸城市土壤養(yǎng)分的研究，得出以下結論：

（1）諸城市土壤以酸性土為主。造成土壤酸化的原因可能是大量使用化學肥料所致[14]。政府需要因地制宜，種植花生、馬鈴薯、西瓜等喜歡酸性土壤的作物，也可以采取適量措施如使用石灰中和土壤中的酸性，不可盲目施肥，導致大量化肥殘留在土壤中積累。

（2）諸城市土壤有機質含量處于中等偏低水平，政府需要加以重視并采取適當措施增加土壤中有機質含量。

（3）諸城市土壤堿解氮含量處于豐富水平。

（4）諸城市土壤有效磷含量極為豐富。

（5）諸城市土壤速效鉀含量處于豐富水平。

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