毛朝明，蔣靈華

（浙江省松陽縣自然資源和規(guī)劃局，浙江 松陽 323400）

毛竹Phyllostachys edulis作為重要的經(jīng)濟竹種，集約化經(jīng)營程度較高，施肥等人工耕作措施已得到普遍使用，成為影響毛竹土壤養(yǎng)分變化的重要外在力量。郭曉敏[1]等認(rèn)為施肥是造成土壤養(yǎng)分變異的主要原因；郭曉東[2]等認(rèn)為人類施肥、耕作措施的改變及土地利用保護是引起土壤養(yǎng)分變化的主要原因。在制定區(qū)域平衡施肥技術(shù)方案時，必須先對土壤養(yǎng)分進行較為全面的調(diào)查與分析，同時考慮土壤異質(zhì)的普遍性，根據(jù)土壤狀況制定不同的施肥措施。傳統(tǒng)方法是通過采集較多土壤樣品數(shù)量和增加采樣密度來提高調(diào)查的準(zhǔn)確性。但是，增加采樣數(shù)會受到財力、物力、人力的限制。而地統(tǒng)計學(xué)[3]的研究方法可以利用已知數(shù)據(jù)的空間變異規(guī)律進行插值從而得到無偏最優(yōu)估計量，掌握更為準(zhǔn)確的土壤空間養(yǎng)分變異情況，為制定精準(zhǔn)施肥方案提供更為全面的土壤數(shù)據(jù)[4-5]。本文以地統(tǒng)計學(xué)半方差方法分析研究松陽縣毛竹林地土壤的pH、有機質(zhì)、全氮、堿解氮、全鉀、速效鉀、全磷和有效磷等體現(xiàn)土壤肥力的主要養(yǎng)分因子及空間異質(zhì)特征，為準(zhǔn)確制定區(qū)域毛竹平衡施肥方案，實現(xiàn)土壤養(yǎng)分科學(xué)管理提供客觀基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 研究區(qū)概況

松陽縣地處浙江省西南山區(qū)，地理坐標(biāo)為28°14′～ 28°36′ N，119°10′～ 119°42′ E，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，溫暖濕潤，四季分明，山地垂直氣候差異明顯，年平均氣溫在14.2～ 17.7℃，極端最高氣溫40.1℃，極端最低氣溫-9.7℃，≥10℃年積溫4 458～ 5 634℃，全年無霜期在206～ 236 d，多年平均降水量1 532 mm，年蒸發(fā)量1 294 mm，年相對濕度79%左右。境內(nèi)海拔高低相差懸殊，最低海拔78 m，最高峰1 502.8 m，山地面積占87%，成土母質(zhì)主要為凝灰?guī)r、流紋巖、花崗巖等酸性火山巖，主要發(fā)育成紅壤和黃壤兩大土類。海拔750 m以下主要為紅壤（0.4%）和黃紅壤（46.9%），海拔750 m以上主要為黃壤（24%），還有巖性土、潮土、水稻土等。根據(jù)2015年森林資源二類調(diào)查結(jié)果，全縣現(xiàn)有毛竹林1.2萬hm2，主要分布在西南部山區(qū)新興、玉巖、楓坪、竹源、葉村等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，區(qū)域特征明顯。

2 研究方法

2.1 土壤樣品采集

在對全縣毛竹林經(jīng)營歷史、經(jīng)營情況進行調(diào)查、資料收集、整理與分析的基礎(chǔ)上，選擇新興鎮(zhèn)、玉巖鎮(zhèn)、楓坪鄉(xiāng)、竹源鄉(xiāng)、葉村鄉(xiāng)5個毛竹主要分布區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的毛竹林面積占全縣毛竹林面積的70%以上，作為研究重點區(qū)域。再根據(jù)面積和經(jīng)營水平結(jié)合鄉(xiāng)鎮(zhèn)內(nèi)的空間布局，確定能代表各種不同毛竹經(jīng)營強度的18個村（見圖1）作為土壤取樣采集村。2014年12月至2015年1月，在新興鎮(zhèn)、玉巖鎮(zhèn)、楓坪鄉(xiāng)、竹源鄉(xiāng)各鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）分別選擇4個村作為土壤采集村，葉村鄉(xiāng)毛竹林面積僅500 hm2左右，毛竹經(jīng)營強度比較相近，選擇2個村作為土壤采集村，分別按照每4.00～ 5.33 hm2采集1個樣品的密度，布點采集土壤樣品。采集0～ 30 cm表層土樣，根據(jù)S形確定4～ 6個采樣點混合均勻放入取樣袋中，并用GPS全球定位系統(tǒng)定位，記錄樣點所在的經(jīng)緯度、海拔，同時記載坡度、坡向、立竹結(jié)構(gòu)、經(jīng)營情況等因子，土樣采集后帶回實驗室后風(fēng)干并過篩后進行測定，共采集樣品144個。

2.2 測定與分析

參照《森林土壤分析方法》（國家林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LY/T 1210-1279-1999）對影響毛竹生長的主要養(yǎng)分[6]土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀以及土壤pH進行測定分析，其中土壤pH雖然不是養(yǎng)分因子，但它的數(shù)值大小影響植物的生長，影響土壤養(yǎng)分因子的釋放、固定和遷移等，因此也一并列入分析研究。土壤pH：水土比5:1浸提，酸度計法。土壤有機質(zhì)：重鉻酸鉀氧化—外加熱法。土壤全氮：硒粉—硫酸銅—硫酸鉀消化，半微量凱氏定氮法，全自動（FOSS）凱氏定氮儀測定。土壤堿解氮：堿解—擴散吸收法。土壤有效磷：0.03 mol·L-1氟化銨—0.025 mol·L-1鹽酸浸提，鉬銻抗比色法。土壤速效鉀：1 mol·L-1乙酸鈉浸提，火焰光度計法。

圖1 松陽縣毛竹林地土壤樣品采集村分布圖Figure 1 Location of soil sampling villages in Songyang county

2.3 數(shù)據(jù)處理

2.3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理 在土壤采集和實驗分析中，會出現(xiàn)分析結(jié)果的特異值（即極大值和極小值）。這些特異值對后續(xù)的數(shù)據(jù)分析會造成較大的影響，導(dǎo)致分析結(jié)果發(fā)生偏差而不準(zhǔn)確，因此對實驗結(jié)果數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，從而剔除一些明顯的異常值，并對這些數(shù)據(jù)進行修正，用正常最大值或正常最小值代替。在處理過程中，將特異值與總體數(shù)據(jù)比較并置于取樣空間位置，如果數(shù)據(jù)與總體數(shù)據(jù)和周圍分布的數(shù)據(jù)點比較都是異常的，則判斷該數(shù)值為異常值，以正常最大或正常最小值代替異常值。判斷異常值的標(biāo)準(zhǔn)是如果該數(shù)值比總體均值大（?。?倍標(biāo)準(zhǔn)差或以上，同時比鄰近樣點數(shù)據(jù)的均值大（?。?倍標(biāo)準(zhǔn)差或以上，就認(rèn)為該數(shù)據(jù)為異常值，就是用正常最大值或正常最小值代替；否則，認(rèn)定該數(shù)據(jù)有效。

2.3.2 數(shù)據(jù)正態(tài)檢驗和轉(zhuǎn)換 為避免發(fā)生比例效應(yīng)，使基臺值和塊金值增大，降低估計精度，導(dǎo)致某些結(jié)構(gòu)特征不明顯，用地統(tǒng)計學(xué)半變異函數(shù)分析需在本征假設(shè)或二階平穩(wěn)假設(shè)基礎(chǔ)上進行，要求各數(shù)值必須符合正態(tài)分布或近正態(tài)分布，因此必須先對數(shù)值進行變異性和分布形態(tài)檢驗，對不符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)進行正態(tài)轉(zhuǎn)換，以消除比例效應(yīng)。

2.3.3 數(shù)據(jù)分析 用SPSS19統(tǒng)計分析軟件（經(jīng)典統(tǒng)計）對樣品主要養(yǎng)分?jǐn)?shù)值統(tǒng)計分析，計算其平均值（MN）、標(biāo)準(zhǔn)差（SD）、最大值、最小值、變異系數(shù)（CV）。用地統(tǒng)計分析軟件GS+9.0對土壤養(yǎng)分各指標(biāo)進行半變異方差分析，并通過半方差模型擬合圖綜合考慮決定系數(shù)、殘差選出最優(yōu)半方差函數(shù)模型，對其進行分析。

當(dāng)CV=10%～ 100%時，為中等變異；CV＞100%時，為強變異性，CV＜10%時，為弱變異。

描述分布形態(tài)的指標(biāo)有偏度和峰度。當(dāng)偏度=0時，隨機變量為對稱分布，符合正態(tài)分布；偏度＜0時，分布為左（負(fù)）偏態(tài)；偏度＞0時，分布為右（正）偏態(tài)。峰度是描述變量分布的平緩或陡峭的指標(biāo)，正態(tài)分布的峰度＝0，如果峰度＞3，峰的形狀比較陡峭[7]。

在半方差函數(shù)模型中，C0表示塊金方差，是由土壤采樣、實驗分析、施肥、耕作等各種外在隨機因素共同引起的變異，其數(shù)值大表示人為因素影響較大；偏基臺值C表示結(jié)構(gòu)方差，由土壤母質(zhì)、地形氣候、植被等非人為結(jié)構(gòu)因素引起的變異；C0+C為基臺值，表示系統(tǒng)內(nèi)總的變異，是半方差函數(shù)隨間距遞增到一定程度后出現(xiàn)的平穩(wěn)值；塊金系數(shù)C0/（C0+C）表示空間變異性程度，是由隨機性因素引起的空間變異性占系統(tǒng)總變異的比例，塊金系數(shù)大說明由隨機部分引起的空間變異性程度較大；相反，塊金系數(shù)小說明變異主要是由內(nèi)在結(jié)構(gòu)性因素引起的。按照區(qū)域化變量空間相關(guān)性程度的分級標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)C0/（C0+C）≤25%時，表示變量具有強烈的空間相關(guān)性；當(dāng)25%＜C0/（C0+C）＜75%時，表示變量具有中等的空間自相關(guān)性；C0/（C0+C）≥75%時，變量空間相關(guān)性很弱[8]。

3 結(jié)果與分析

3.1 樣區(qū)毛竹林地主要養(yǎng)分平均含量

新興鎮(zhèn)、玉巖鎮(zhèn)、楓坪鄉(xiāng)、竹源鄉(xiāng)、葉村鄉(xiāng)5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)毛竹林地土壤主要養(yǎng)分平均含量見表1。5個采樣區(qū)域，毛竹林都有6～ 8 a的人工經(jīng)營歷史，能夠涵蓋全縣毛竹林不同經(jīng)營強度類型，基本能代表松陽縣毛竹林經(jīng)營的總體情況。

表1 各樣區(qū)土壤pH及主要養(yǎng)分平均含量Table 1 Mean pH and main nutrient content in sampling area

從表1可以看出，各毛竹林地土壤的養(yǎng)分都存在較大差異。通過調(diào)查進一步發(fā)現(xiàn)，玉巖鎮(zhèn)因為海拔較高，常年溫度比其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)偏低，年溫度≤0°C天數(shù)多于其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)，冬筍品質(zhì)好，市場有較強競爭力，冬筍的生產(chǎn)強度較大，但距離縣城較遠(yuǎn)，春筍利用率較低，農(nóng)民會棄收部分春筍，同時農(nóng)民施肥時普遍喜好使用氮肥。海拔高，氣溫低，土壤的微生物活躍度低，造成土壤有機質(zhì)分解礦化緩慢，是土壤有機質(zhì)含量和堿解氮指標(biāo)偏高的主要原因；其他4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)竹農(nóng)氮素用量比玉巖鎮(zhèn)少，土壤中的氮素水平相對較低。

3.2 毛竹林地土壤養(yǎng)分變異分析

松陽縣毛竹林地土壤養(yǎng)分描述性統(tǒng)計特征值見表2。

表2 松陽縣毛竹林土壤養(yǎng)分描述性統(tǒng)計特征值Table 2 Statistical characteristic of soil nutrient content in P.edulis stands

從表2可知，pH的CV最小，為5.89%，屬弱變異。有機質(zhì)和全鉀的CV接近，有效磷和全磷的CV最大，分別為47.37%和45.86%，土壤中各養(yǎng)分元素含量的差異較大。從各養(yǎng)分的偏度和峰度看，各養(yǎng)分的分布僅全鉀含量接近正態(tài)分布，其余養(yǎng)分含量都不接近正態(tài)分布，需要進行轉(zhuǎn)換處理，使其符合或基本符合正態(tài)分布。

松陽縣自2008年開始大規(guī)模開展毛竹筍用林基地建設(shè)后，農(nóng)戶對竹山進行施肥管理，大多使用以尿素加少量的過磷酸鈣和氯化鉀（或硫酸鉀）人工自配的氮、磷、鉀混合肥為主，用量在750～ 1 125 kg·hm-2之間。農(nóng)戶喜好用氮肥，不施或少施磷、鉀肥的現(xiàn)象較多。高施肥、高產(chǎn)出、農(nóng)戶間竹林鑲嵌不同經(jīng)營強度和作業(yè)方式、地形破碎等原因造成了樣地土壤堿解氮、有效磷和速效鉀的偏斜，且變異系數(shù)較大。

3.3 毛竹林地土壤養(yǎng)分空間變異半方差分析

松陽縣毛竹林地土壤主要養(yǎng)分半方差特征參數(shù)函數(shù)分析結(jié)果見表3。

表3 毛竹林地土壤主要養(yǎng)分半方差特征參數(shù)函數(shù)分析Table 3 Analysis by semi-variogram on soil nutrients in P.edulis stands

從表3可以看出，松陽縣毛竹林地土壤主要養(yǎng)分中，全氮和有效磷含量的分布符合球狀模型，呈聚集分布；有機質(zhì)、全磷和全鉀含量的分布符合高斯模型；堿解氮和速效鉀含量的分布符合指數(shù)模型。所有養(yǎng)分模型的相關(guān)系數(shù)都不是很高，其中全氮的最高，為0.394；有效磷的最低，為0.145。所有養(yǎng)分C0/（C0+C）均在25%～ 75%，判斷為中等空間自相關(guān)性。根據(jù)數(shù)值越大相關(guān)性越弱的原理推斷，松陽縣毛竹林地土壤主要養(yǎng)分空間自相關(guān)性以全氮＞堿解氮＞有機質(zhì)＞全磷＞有效磷＞速效鉀＞全鉀的順序逐漸減弱，說明人為活動對土壤養(yǎng)分發(fā)生異質(zhì)性的影響不斷增強。

4 結(jié)論與討論

研究結(jié)果表明，松陽縣毛竹林地土壤pH的平均值為4.75±0.28、有機質(zhì)含量的平均值為42.94±10.47 g·kg-1、全氮含量的平均值為2.15±0.96 g·kg-1、堿解氮含量的平均值為159.79±70.49 mg·kg-1、全磷含量的平均值為0.19±0.09 g·kg-1、有效磷含量的平均值為2.27±1.45 mg·kg-1、全鉀含量的平均值為10.01±2.95 g·kg-1、速效鉀含量的平均值為61.28±26.6 mg·kg-1；用經(jīng)典統(tǒng)計學(xué)分析發(fā)現(xiàn)土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、全鉀、有效磷和全磷含量都有較大變異。利用地統(tǒng)計學(xué)半方差特征參數(shù)函數(shù)分析各養(yǎng)分的理論擬合模型發(fā)現(xiàn)，全氮和有效磷含量分布符合球狀模型；有機質(zhì)、全磷和全鉀含量分布符合高斯模型；堿解氮和速效鉀含量分布符合指數(shù)模型。同時各養(yǎng)分的塊金系數(shù)在25%～ 75%，為中等空間自相關(guān)性。結(jié)合該縣毛竹經(jīng)營行為等綜合因素分析認(rèn)為，松陽縣毛竹林土壤主要養(yǎng)分空間變異是自然過程和人為經(jīng)營活動共同作用的結(jié)果，人工經(jīng)營、氣候、林地破碎性和養(yǎng)分隨水土的流失等原因改變了土壤原本的連續(xù)變化，是產(chǎn)生土壤養(yǎng)分空間變異的主要原因。

松陽縣經(jīng)歷“林業(yè)三定”（穩(wěn)定山權(quán)林權(quán)、劃定自留山、確定林業(yè)生產(chǎn)責(zé)任制）和集體林權(quán)制度改革，毛竹林基本已分配到各農(nóng)戶經(jīng)營，且各戶面積規(guī)模均不大，農(nóng)戶之間竹山相互鑲嵌，農(nóng)戶間生產(chǎn)經(jīng)營行為存在較大差異，竹林不同經(jīng)營強度、施肥、林地破碎性和不同經(jīng)營行為改變了土壤原本的連續(xù)變化，使區(qū)域各養(yǎng)分含量處于隨機分布狀態(tài)，并進一步加劇了土壤養(yǎng)分的空間異質(zhì)性。這種變異是自然過程和人為活動共同作用的結(jié)果，這與江葉楓[9-10]等的研究結(jié)果基本一致。

平衡施肥既能促進植物更好的生長，又能減少不當(dāng)施肥帶來的養(yǎng)分流失，從而減少農(nóng)業(yè)面源污染的發(fā)生，也是進一步實現(xiàn)減量增效施肥目標(biāo)[11]的主要手段。在制定平衡施肥技術(shù)方案時，既要全面了解不同土壤的變化情況，也要分析土壤養(yǎng)分變異的特征和規(guī)律，根據(jù)這種變異特征和規(guī)律制定更為合理的施肥方案[12]。

農(nóng)戶間生產(chǎn)方式不同帶來的土壤養(yǎng)分異質(zhì)性，在制定平衡施肥技術(shù)方案時，不同農(nóng)戶需要有對應(yīng)的技術(shù)方案，由此會增加技術(shù)研制的成本。通過加強毛竹標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用，形成一定區(qū)域范圍較為統(tǒng)一的施肥、墾復(fù)、挖筍、采伐等生產(chǎn)模式，逐步減少區(qū)域土壤的異質(zhì)性，制定并推廣較大區(qū)域平衡施肥方案，可以減少各項生產(chǎn)成本，便于技術(shù)的統(tǒng)一使用，提高經(jīng)營的經(jīng)濟效益。