南方丘陵區(qū)耕地土壤養(yǎng)分空間特征及其影響因素

趙 越，羅志軍，*，趙 杰，江春燕，曹麗萍

(1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 國土資源與環(huán)境學(xué)院，江西 南昌 330045；2.江西省鄱陽湖流域農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)重點實驗室，江西 南昌 330045)

南方丘陵區(qū)耕地土壤養(yǎng)分空間特征及其影響因素

趙 越1，2，羅志軍1，2，*，趙 杰1，2，江春燕1，2，曹麗萍1，2

(1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 國土資源與環(huán)境學(xué)院，江西 南昌 330045；2.江西省鄱陽湖流域農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)重點實驗室，江西 南昌 330045)

摘 要：以江西省峽江縣為研究對象，采集樣點，獲取土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、堿解氮等土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)，借助地統(tǒng)計軟件對土壤養(yǎng)分的各類因子進(jìn)行空間變異性分析與空間自相關(guān)分析，探究其主要影響因子。結(jié)果表明：峽江縣耕地土壤養(yǎng)分分布符合正態(tài)分布，堿解氮含量總體豐富，有機(jī)質(zhì)與速效鉀含量屬于中等水平，有效磷含量偏低。有機(jī)質(zhì)、有效磷均屬于中等變異性，速效鉀屬于強(qiáng)烈空間變異性，堿解氮空間變異性較弱。研究區(qū)西部耕地土壤養(yǎng)分含量總體低于東部。研究區(qū)高程較高區(qū)域有較高的土壤養(yǎng)分含量，坡度、坡度變率、土壤侵蝕程度較大區(qū)域土壤養(yǎng)分含量較低。成土母質(zhì)中砂質(zhì)巖類風(fēng)化物分布區(qū)土壤養(yǎng)分較高，酸性結(jié)晶巖類風(fēng)化物分布區(qū)土壤養(yǎng)分含量較低。

關(guān)鍵詞：耕地；土壤肥力；空間變異；丘陵

研究土壤養(yǎng)分的空間特征對于土地資源的合理配置，以及高效可持續(xù)利用具有深遠(yuǎn)意義。近年來，相關(guān)研究主要集中于土壤養(yǎng)分的分布特征和養(yǎng)分管理[1-2]，多從空間變異的角度來研究土壤養(yǎng)分的空間分布，如樂麗紅等[3]通過研究余干縣的土壤養(yǎng)分空間變異，分析了余干縣土壤養(yǎng)分的等級分布規(guī)律。也有少量研究偏重于土壤養(yǎng)分的自相關(guān)性研究，如陳英等[4]通過對秦安縣郭嘉鎮(zhèn)土壤養(yǎng)分的空間自相關(guān)分析，研究了郭嘉鎮(zhèn)土壤養(yǎng)分的自相關(guān)關(guān)系和空間分布規(guī)律。但將土壤養(yǎng)分的空間變異性和空間自相關(guān)性進(jìn)行綜合分析的研究相對較少。在土壤養(yǎng)分空間分布的影響因素研究中：劉國順等[5]通過對緩坡煙田土壤養(yǎng)分空間變異的研究，發(fā)現(xiàn)在坡度較大的地區(qū)，土壤養(yǎng)分較低，而較為平緩的地區(qū)則更有利于養(yǎng)分的積累；趙明松等[6]發(fā)現(xiàn)安徽省江淮丘陵地區(qū)土壤養(yǎng)分的空間分布特征與地形和土壤類型密切相關(guān)，土壤養(yǎng)分與海拔呈正相關(guān)關(guān)系，水稻土分布區(qū)土壤養(yǎng)分含量較高，潮土分布區(qū)含量較低，但缺乏對土壤養(yǎng)分空間分布影響因素較為系統(tǒng)的研究。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，以江西省峽江縣為例，對南方丘陵區(qū)的耕地土壤養(yǎng)分空間特征從空間變異性和空間自相關(guān)性角度進(jìn)行綜合探討，并研究地形、成土母質(zhì)、侵蝕程度等因子與土壤養(yǎng)分的關(guān)系，以期為提高土地利用效率、保持土壤肥力提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

峽江縣(27°27′50″～27°45′20″N，114°53′21″～115°31′57″E)位于江西省中部腹地，吉安市北部，面積1 287.43 km2。屬江西省典型的丘陵地區(qū)，山地多位于東西部邊界，中部贛江穿流而過，地勢較低，多處于100～300 m之間，形成了四周高、中間低的特殊地貌。2014年，年均氣溫17.9℃，年均降水量1 360.1mm，年均日照1 586.6h。地處中低緯度，屬中亞熱帶潮濕性季風(fēng)氣候，水熱條件充足，森林覆蓋率達(dá)65.5%，植被多為亞熱帶常綠闊葉，生物資源種類繁多，可利用的動植物資源十分豐富。土壤以紅壤為主，少數(shù)為水稻土、潮土。成土母質(zhì)多為千枚巖、石灰?guī)r、石英巖等。

1.2 研究方法

1.2.1 樣品采集

樣品采集于2013年秋收后、作物播種或移栽之前。根據(jù)《全國耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)程》，結(jié)合峽江縣的地貌類型，在地形地貌較為復(fù)雜的地區(qū)采集更多樣點，以保證樣點的準(zhǔn)確性與代表性。在GPS技術(shù)的支持下，對峽江縣土壤采用“S”法均勻隨機(jī)采取15～20個樣點，充分混合后利用四分法取1 kg作為樣本，手持GPS標(biāo)記記錄采樣點坐標(biāo)與海拔高度。樣點采集厚度為0～20cm，共收集樣點6 034個。

1.2.2 樣品分析

將采集到的土壤樣本自然風(fēng)干，去雜，過篩，備用。采用重鉻酸鉀(K2Cr2O7)外加熱法測定土壤有機(jī)質(zhì)(organic matter，OM)含量，采用堿解擴(kuò)散法測定土壤堿解氮(alkali hydrolysable nitrogen，AN)含量，采用乙酸銨浸提—火焰光度法測定土壤速效鉀(available potassium，AK)含量，采用0.5mol·L-1碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法測定土壤有效磷(available phosphorus，AP)含量。通過地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn/)獲取峽江縣30 m分辨率的規(guī)則格網(wǎng)數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)，借助ArcGIS 10.2軟件柵格表面工具提取峽江縣坡度、坡向、坡度變率、地形起伏度等地形要素信息。

1.3 數(shù)據(jù)處理

1.3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理

借助IBM SPSS Statistics 22軟件對所得樣點數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性分析、統(tǒng)計分析，然后對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行對數(shù)轉(zhuǎn)換，消除可能存在的比例效應(yīng)，以便于計算。使用ArcGIS 10.2軟件進(jìn)行空間分析、空間分布圖制作、地形信息的提取等操作。由于耕地圖斑破碎度較高，不利于呈現(xiàn)土壤養(yǎng)分空間分布特點，為了保證土壤養(yǎng)分空間分布的表達(dá)效果，以研究區(qū)全域作為制圖范圍。

1.3.2 半變異函數(shù)分析

空間半變異函數(shù)法是地統(tǒng)計學(xué)中特有的統(tǒng)計方法。采用GS+7.0軟件進(jìn)行半變異函數(shù)擬合，并建立擬合模型，以反映不同距離觀測值的變化。假設(shè)采樣點數(shù)據(jù)變量符合二階平穩(wěn)和本征假設(shè)，則半變異函數(shù)可以表示為

(1)

1.3.3 空間自相關(guān)分析方法

采用Geoda 5.1i軟件進(jìn)行土壤養(yǎng)分空間自相關(guān)分析，通過計算空間權(quán)重與Moran’sI指數(shù)，研究峽江縣耕地土壤養(yǎng)分的空間自相關(guān)性?？臻g自相關(guān)分析是用來檢驗?zāi)承┛臻g變量在特定位置的屬性值是否與鄰近位置的屬性值顯著相關(guān)的算法，可以分為全局空間自相關(guān)(global spatial autocorrelation)與局部空間自相關(guān)(local spatial autocorrelation)[7]。

全局空間自相關(guān)用來研究變量屬性的空間相關(guān)性與規(guī)律性，而局部空間自相關(guān)[8]則能以圖形的形式展示土壤養(yǎng)分的空間聚集情況，通過Moran’s 散點圖與空間關(guān)聯(lián)局域指標(biāo)(LISA)分析土壤養(yǎng)分空間格局。Moran’s散點圖用散點來描述空間滯后向量之間的相關(guān)關(guān)系，橫軸用來描述變量，縱軸描述空間滯后向量。散點圖可以分為4個象限：第一象限為高值-高值(H-H)聚集，第二象限為高值-低值(H-L)聚集，第三象限為低值-低值(L-L)聚集，第四象限為低值-高值(L-H)聚集，其中H-H聚集與L-L聚集均為正相關(guān)關(guān)系，H-L聚集與L-H聚集為負(fù)相關(guān)關(guān)系。

本研究利用Geoda軟件進(jìn)行Moran’s散點圖的制作，并采用ArcGIS 10.2軟件結(jié)合分析結(jié)果制作LISA圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分描述性統(tǒng)計

樣本總數(shù)為6 034個(圖1)，采用拉依達(dá)準(zhǔn)則法對采樣點的養(yǎng)分含量數(shù)據(jù)進(jìn)行異常值處理(以3倍標(biāo)準(zhǔn)差為限)，剔除異常點之后，土壤中有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、堿解氮含量的有效樣本數(shù)分別為6 029、6 030、6 025、6 031個，研究區(qū)土壤養(yǎng)分描述性統(tǒng)計特征如表1所示。

由表1可知，峽江縣土壤有機(jī)質(zhì)平均值為29.90g·kg-1，含量處于4.00～62.20g·kg-1之間。對于以種植大田作物為主的土壤來說，有機(jī)質(zhì)含量大于30g·kg-1即為豐富，據(jù)此，峽江縣耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量屬于中等水平。土壤有效磷平均值為23.50mg·kg-1，含量處于2.10～86.00mg·kg-1之間；土壤速效鉀平均值為108.90mg·kg-1，含量處于23.00～201.00mg·kg-1之間；土壤堿解氮平均值為151.60mg·kg-1，含量處于42.00～316.80mg·kg-1之間?？芍寥烙行Я卓傮w偏低，速效鉀含量處于中等水平，土壤堿解氮含量比較豐富，均符合正態(tài)分布。變異系數(shù)由大到小依次為有效磷(56.64%)>速效鉀(37.69%)>堿解氮(26.67%)>有機(jī)質(zhì)(22.60%)。

圖1 研究區(qū)土壤樣點分布及DEMFig.1 Distribution of cultivated soil sampling sites and DEM in study area

2.2 半變異函數(shù)分析

描述性統(tǒng)計可反映土壤養(yǎng)分的含量變化，但并不能反映土壤養(yǎng)分的結(jié)構(gòu)性、獨立性、相關(guān)性，以及空間變異特點[9]，而地統(tǒng)計學(xué)分析可以更好地體現(xiàn)土壤養(yǎng)分的空間屬性。在地統(tǒng)計學(xué)中，半變異函數(shù)常常用于區(qū)域化變量在分隔距離上對各樣本變異程度的度量。峽江縣土壤養(yǎng)分半變異函數(shù)參數(shù)如表2所示。

由表2可知，有機(jī)質(zhì)最適宜的擬合模型為指數(shù)模型，速效磷、速效鉀、堿解氮則均為高斯模型，決定系數(shù)(R2)均大于0.9，表明擬合模型可以較好地表現(xiàn)土壤的空間特征。塊金值表示隨機(jī)部分的空間異質(zhì)性，塊金值越大，表明在較小尺度上的某種過程越應(yīng)重視[10]。峽江縣耕地土壤養(yǎng)分的塊金值均為正值，表明存在著由于采樣誤差、隨機(jī)或短距離變異引起的正基底效應(yīng)?；_值用來表示系統(tǒng)內(nèi)的總變異，包括結(jié)構(gòu)性變異和隨機(jī)性變異，基臺值越大表示系統(tǒng)總的空間異質(zhì)性越高，是區(qū)域化變量總體特征的體現(xiàn)。塊金效應(yīng)通常用來表示隨機(jī)部分引起的空間異質(zhì)性占系統(tǒng)總變異的比例，小于25%、25%～75%、大于75%分別表示強(qiáng)烈、中等、較弱的空間變異性。峽江縣耕地土壤養(yǎng)分中，有機(jī)質(zhì)、有效磷均屬于中等變異性，表明其空間變異不易受到人類活動的影響，而主要受氣候、成土母質(zhì)、顆粒大小等因素影響。堿解氮空間變異性較弱，其分布隨機(jī)性較強(qiáng)。速效鉀屬于強(qiáng)烈空間變異性，主要影響因素為成土母質(zhì)、地形、土壤類型等結(jié)構(gòu)性因素。

2.3 空間自相關(guān)分析

2.3.1 局部空間自相關(guān)

通過對土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)的處理，建立空間權(quán)重矩陣，繪制Moran’s散點圖(圖2)。結(jié)果顯示：土壤養(yǎng)分各因子Moran’s散點圖斜率均為正值，且均有大量的點位于第一、三象限，屬于H-H、L-L的聚集趨勢，僅有少量的點坐落于第二、四象限，表明土壤養(yǎng)分中高值部分與周邊高值部分、低值部分與周邊低值部分具有明顯的空間集聚現(xiàn)象。土壤有機(jī)質(zhì)Moran’s值為0.417 2，有效磷Moran’s值為0.493 9，速效鉀Moran’s值為0.474 1，堿解氮Moran’s值為0.458 9。經(jīng)分析，4類土壤養(yǎng)分因子都具有顯著的空間自相關(guān)性，與半變異函數(shù)擬合結(jié)果基本一致。

2.3.2 局部空間自相關(guān)

表1土壤養(yǎng)分描述性統(tǒng)計特征

Table1Descriptive statistics characteristics of soil nutrients

土壤養(yǎng)分Soil nutrient 樣本數(shù)Sample No.最小值Minimun最大值Maximun平均值Mean標(biāo)準(zhǔn)差SD變異系數(shù)CV/%偏度Skewness分布類型Distribution typeOM/(g·kg-1)60294.0062.2029.906.7622.600.35正態(tài)Normal distributionAP/(mg·kg-1)60302.1086.0023.5013.3256.640.95正態(tài)Normal distributionAK/(mg·kg-1)602523.00201.00108.9041.0537.690.48正態(tài)Normal distributionAN/(mg·kg-1)603142.00316.80151.6040.4326.670.66正態(tài)Normal distribution

SD，Standard deviation;CV，Coefficient of variation.

表2土壤養(yǎng)分半變異函數(shù)參數(shù)

Table2Semi-variogram parameters of soil nutrients

土壤養(yǎng)分Soil nutrient樣本數(shù)Sample No.模型ModelC0C+C0C0·(C+ C0)-1/%變程Range/mR2OM6029指數(shù)Exponential0.2580.72235.75430000.983AP6030高斯Gaussian0.3590.90439.72455000.978AK6025高斯Gaussian0.2101.15418.20464360.990AN6031高斯Gaussian1.3151.57383.60499860.986

圖2 峽江縣耕地土壤養(yǎng)分Moran’s散點圖Fig.2 Moran’s plot of farmland soil nutrients in Xiajiang County

通過Moran’s散點圖可獲知土壤養(yǎng)分的聚集情況和異常情況，但無法獲知其空間聚集特征與異常值所在區(qū)域，而LISA分布圖可將空間聚集情況和異常值分布借助ArcGIS 10.2軟件進(jìn)行展示。

由圖3可知，有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、堿解氮均呈現(xiàn)出東部地區(qū)大部為H-H聚集類型、西部地區(qū)大部為L-L聚集類型的分布特征。各養(yǎng)分在空間分布上具有一定的相似性，H-L聚集類型主要分布于北部仁和鎮(zhèn)附近地區(qū)，L-H聚集類型主要分布于H-L與L-L邊界地區(qū)。這可能是由于：東部地區(qū)較西部地區(qū)而言有較為廣泛的高質(zhì)量耕地分布，形成了較為集中分布的土壤養(yǎng)分高值區(qū)，從而出現(xiàn)H-H聚集；西部地區(qū)丘陵較多，受到贛江侵蝕作用較大，且耕地零散，耕地質(zhì)量較差，土壤養(yǎng)分含量整體較低，且臨近區(qū)域土壤養(yǎng)分含量也低，因而形成L-L聚集。H-L與L-L邊界地區(qū)所出現(xiàn)的小范圍的L-H聚集類型所在區(qū)域位于峽江縣中心城區(qū)與主要集鎮(zhèn)附近，受人類開發(fā)活動影響較大，土壤養(yǎng)分含量受人類活動影響而降低，較小的土壤養(yǎng)分含量與鄰近區(qū)域較高的養(yǎng)分含量，造成了小范圍L-H聚集的分布類型。

2.4 土壤養(yǎng)分分布的影響因素

2.4.1 地形因子

土壤養(yǎng)分的空間變異特征是多種影響因素綜合作用的結(jié)果，通常受到氣候、地形、植被覆蓋、人類活動等因素的綜合影響。通過ArcGIS 10.2軟件在DEM數(shù)據(jù)中提取峽江縣坡度、坡向、曲率等地形因子，并借助IBM SPSS Statistics 22軟件將高程、坡度、坡向、曲率、坡度變率、地形起伏度等地形因子與峽江縣耕地土壤養(yǎng)分進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析。將坡向分為陰坡(0°～45°，315°～360°)、半陰坡(45°～90°，270°～315°)、半陽坡(90°～135°，225°～270°)、陽坡(135°～225°)，并對其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，分別編排為1、2、3、4，數(shù)字越大，表示坡向越向陽，再分別與土壤養(yǎng)分進(jìn)行相關(guān)性分析。分析結(jié)果如表3所示。

圖3 峽江縣耕地土壤養(yǎng)分LISA圖Fig.3 LISA map of soil nutrients in Xiajiang County

表3 土壤養(yǎng)分與地形因子的相關(guān)性分析

*和**分別表示P<0.05與P<0.01。下同。

* and ** indicatedP<0.05 andP<0.01，respectively.The same as below.

由表3可知，地形因子中，高程與土壤養(yǎng)分均呈極顯著(P<0.01)正相關(guān)關(guān)系，表明隨著高程增加，土壤養(yǎng)分的各類因子含量均相應(yīng)增加，可解釋為往往高程越大，植被覆蓋率越高，植物根系的保肥能力強(qiáng)，且受到人類開發(fā)活動的影響較小，土壤養(yǎng)分能得到很好地保持，這與前文的研究結(jié)果是一致的。坡度與有機(jī)質(zhì)、有效磷、堿解氮含量均呈極顯著(P<0.01)負(fù)相關(guān)，說明土壤養(yǎng)分易受坡度的負(fù)面影響。坡度越大，土壤受到的地表徑流等作用影響越大，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分大量流失。速效鉀含量在相同氣候、坡度條件下，與母巖類型關(guān)系更為密切，含水云母等較多的地區(qū)鉀含量較為充足，缺鉀地區(qū)主要為高嶺類礦物集中區(qū)，陳洋等[11]、齊雁冰等[12]的相關(guān)研究也均印證了這一點。坡向與有機(jī)質(zhì)、速效鉀含量均呈現(xiàn)出極顯著(P<0.01)正相關(guān)關(guān)系，而與堿解氮呈顯著(P<0.05)正相關(guān)關(guān)系。坡向中陽坡、半陽坡具有較好的光照條件和較為適宜的溫度與降水，有助于土壤養(yǎng)分的涵養(yǎng)與保持，而陰坡、半陰坡光照條件較差，氣溫降水條件不利于植物的生長，土壤養(yǎng)分的涵養(yǎng)效果較差。曲率與土壤養(yǎng)分無顯著相關(guān)性。坡度變率與土壤養(yǎng)分呈極顯著(P<0.01)負(fù)相關(guān)關(guān)系，隨著坡度變化幅度的加大，土壤養(yǎng)分越容易流失，而較為平緩的地面坡度，更適宜土壤的養(yǎng)分保留。地形起伏度與土壤養(yǎng)分無明顯相關(guān)性，這可能是由于峽江縣較為平緩的地形并未造成明顯的起伏差異，故對研究區(qū)土壤養(yǎng)分并未產(chǎn)生明顯影響。

2.4.2 成土母質(zhì)

成土母質(zhì)會影響土壤的礦物組成和化學(xué)成分，通過物理化學(xué)、風(fēng)化淋溶等過程對土壤養(yǎng)分含量產(chǎn)生影響。根據(jù)對不同成土母質(zhì)下土壤養(yǎng)分的描述性統(tǒng)計分析結(jié)果(表4)可知，不同成土母質(zhì)的土壤養(yǎng)分含量差異明顯，砂質(zhì)巖類風(fēng)化物發(fā)育的土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、堿解氮和速效鉀均值最高，酸性結(jié)晶巖類風(fēng)化物發(fā)育的土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、堿解氮、速效鉀均值最低。從空間分布來看，砂質(zhì)巖類風(fēng)化物集中分布于研究區(qū)東側(cè)，而酸性結(jié)晶巖類風(fēng)化物主要分布于研究區(qū)西側(cè)，表明砂質(zhì)巖類風(fēng)化物更有利于土壤養(yǎng)分的積累，研究區(qū)東部具有更好的成土母質(zhì)條件。由變異系數(shù)可以看出，土壤有機(jī)質(zhì)變異系數(shù)在各類成土母質(zhì)中普遍較低，而有效磷、速效鉀在不同的成土母質(zhì)類型中變化較大，表明其有較高的空間異質(zhì)性，這與前文的研究結(jié)果一致。

2.4.3 土壤侵蝕

土壤侵蝕可通過風(fēng)力、水力、重力等外力作用對土壤及母質(zhì)帶來剝離、搬運和沉積等效果，從而影響土壤養(yǎng)分和空間分布。根據(jù)修訂后的SL 190—2017《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》，通過實地采樣，得出平均侵蝕模數(shù)，再利用通用土壤流失方程，對采樣點數(shù)據(jù)進(jìn)行土壤侵蝕計算，得出土壤侵蝕分級情況：無明顯侵蝕(平均侵蝕模數(shù)<500 t·km-2·a-1，侵蝕級別1級)的樣點數(shù)有2 735個；輕微侵蝕(500 t·km-2·a-1≤平均侵蝕模數(shù)<2500 t·km-2·a-1，侵蝕級別2級)的樣點數(shù)有673個；中度侵蝕(2500 t·km-2·a-1≤平均侵蝕模數(shù)<5000 t·km-2·a-1，侵蝕級別3級)的樣點數(shù)有424個；重度侵蝕(5000 t·km-2·a-1≤平均侵蝕模數(shù)<8000 t·km-2·a-1，侵蝕級別4級)的樣點數(shù)有341個；極強(qiáng)度侵蝕(平均侵蝕模數(shù)≥8000 t·km-2·a-1，侵蝕級別5級)的樣點數(shù)有1 861個。根據(jù)侵蝕度等級賦值，通過Pearson相關(guān)性分析研究其與土壤養(yǎng)分之間的相關(guān)性。結(jié)果(表5)表明：土壤養(yǎng)分因子均與土壤侵蝕呈現(xiàn)極顯著(P<0.01)負(fù)相關(guān)關(guān)系，侵蝕程度越高，土壤養(yǎng)分含量越低。往往侵蝕較大的區(qū)域坡度大，受到外力作用較多，不利于土壤養(yǎng)分的積累。

2.5 空間分布特征

從圖4可知，土壤有機(jī)質(zhì)含量較大的地區(qū)主要位于東部，西部普遍含量較低，在桐林鄉(xiāng)分布零散的最高值區(qū)均為高程較高的地區(qū)。高程較高的地區(qū)，較少受到人類活動的影響，多具有較高的植被覆蓋率，土壤有機(jī)質(zhì)不易流失。土壤有機(jī)質(zhì)的最低值位于巴邱鎮(zhèn)附近，該區(qū)域成土母質(zhì)多為酸性結(jié)晶巖類風(fēng)化物，耕地面積小且破碎，不利于土壤有機(jī)質(zhì)的積累。土壤有效磷含量分布較其他土壤養(yǎng)分因子而言更為集中連片，空間分布從整體上來看東高西低。峽江縣東部地區(qū)整體較西部平緩，平原更為廣泛，農(nóng)田大量集中在東部，磷肥被廣泛用于種植業(yè)中以改善農(nóng)田土壤屬性，從而導(dǎo)致東部整體比西部磷含量充足。土壤速效鉀含量亦呈現(xiàn)東部整體高于西部的特點。巴邱鎮(zhèn)含量最低，可能是由于此區(qū)域土壤侵蝕程度較高，風(fēng)化作用強(qiáng)，黏粒中的水云母減少，不含鉀且保鉀困難的高嶺類礦物逐漸增多，導(dǎo)致土壤缺鉀現(xiàn)象嚴(yán)重。土壤堿解氮的含量東部明顯高于中部西部。土壤中的氮常與植物進(jìn)行氮素轉(zhuǎn)換，并建立多通道的循環(huán)，容易受到植物殘體與施肥等人類活動的影響。東部地區(qū)分布較為廣泛的農(nóng)田，對土壤中氮素的積累提供了良好的生物條件。

表4不同成土母質(zhì)類型下土壤養(yǎng)分描述性統(tǒng)計特征

Table4Descriptive statistical characteristics of soil nutrients under different soil parent material types

成土母質(zhì)Soil parent material樣點數(shù)No.養(yǎng)分Nutrient最小值Minimum最大值Maximum平均數(shù)Mean標(biāo)準(zhǔn)差SD變異系數(shù)CV/%河湖沖積物1815OM21.8047.8030.364.7315.58River and lake alluviumAP8.5062.4023.5310.3944.16AK60.00201.00110.0031.3228.47AN105.00266.00153.0030.0019.61泥質(zhì)巖類風(fēng)化物3086OM4.0062.2028.858.3028.77Argillaceous rock weatheringAP2.186.0022.2716.0071.85AK23.00201.00103.4649.3447.69AN42.00316.80146.2448.9833.49砂質(zhì)巖類風(fēng)化物550OM28.5038.3033.712.447.24Sandy rock weatheringAP41.3018.8030.695.7218.64AK97.00169.00132.8617.9713.53AN140.00203.00174.4716.209.29酸性結(jié)晶巖類風(fēng)化物583OM24.5037.4027.222.368.67Acid crystalline rock weatheringAP11.7039.2016.654.7628.59AK74.00161.0089.8014.4616.10AN119.00199.00133.2714.0210.52

表5 土壤養(yǎng)分與土壤侵蝕相關(guān)性分析

圖4 峽江縣耕地土壤養(yǎng)分空間分布Fig.4 Distribution of soil nutrients of cultivated land in Xiajiang County

3 小結(jié)

本研究發(fā)現(xiàn)，峽江縣耕地土壤養(yǎng)分分布均符合正態(tài)分布，堿解氮含量總體豐富，有機(jī)質(zhì)、速效鉀含量屬于中等水平，有效磷含量偏低。變異系數(shù)由大到小依次為有效磷(56.64%)>速效鉀(37.69%)>堿解氮(26.67%)>有機(jī)質(zhì)(22.60%)。有機(jī)質(zhì)、有效磷均屬于中等變異性，速效鉀屬于強(qiáng)烈空間變異性，堿解氮空間變異性較弱。空間分析研究表明：峽江縣耕地土壤養(yǎng)分總體呈現(xiàn)東部含量大于西部的特點，研究區(qū)耕地土壤養(yǎng)分空間分布存在較強(qiáng)的聚集性，應(yīng)適當(dāng)提高西部耕地土壤的養(yǎng)分含量。研究區(qū)高程、坡向與土壤養(yǎng)分呈顯著正相關(guān)關(guān)系；坡度、坡度變率與土壤有機(jī)質(zhì)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。成土母質(zhì)中砂質(zhì)巖類風(fēng)化物分布區(qū)土壤養(yǎng)分較高，而酸性結(jié)晶巖類風(fēng)化物分布區(qū)養(yǎng)分含量低。此外，土壤養(yǎng)分還與土壤侵蝕程度呈顯著負(fù)相關(guān)。

：

[1] 宋豐驥，常慶瑞，鐘德燕.黃土高原溝壑區(qū)土壤養(yǎng)分空間變異及其與地形因子的相關(guān)性[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2011，39(12):166-172.

SONG F J，CHANG Q R，ZHONG D Y.Spatial variability of soil nutrients and its relations to topographical factors in hilly and gully area of Loess Plateau[J].JournalofNorthwestA&FUniversity(NaturalScienceEdition)，2011，39(12):166-172.(in Chinese with English abstract)

[2] 王強(qiáng)，張莉莉，馬友華，等.微地形土壤養(yǎng)分空間變異特征及養(yǎng)分管理研究[J].安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2016，43(6):932-938.

WANG Q，ZHANG L L，MA Y H，et al.Spatial variability of soil nutrients and nutrient management in micro-topography[J].JournalofAnhuiAgriculturalUniversity，2016，43(6):932-938.(in Chinese with English abstract)

[3] 樂麗紅，朱安繁，侯英杰，等.余干縣耕地土壤養(yǎng)分時空變化特征研究[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2016，38(5):986-994.

LE L H，ZHU A F，HOU Y J，et al.A study on the spatial-temporal changes of farmland soil nutrient of Yugan County[J].ActaAgriculturaeUniversitatisJiangxiensis，2016，38(5):986-994.(in Chinese with English abstract)

[4] 陳英，馮定邦，蔡立群，等.耕作層土壤養(yǎng)分含量的空間自相關(guān)分析：以秦安縣郭嘉鎮(zhèn)為例[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2016，34(1):66-73.

CHEN Y，F(xiàn)ENG D B，CAI L Q，et al.Spatial autocorrelation analysis on soil nutrient contents of plough layer:a case from Guojia Town，Qin’an County[J].AgriculturalResearchintheAridAreas，2016，34(1):66-73.(in Chinese with English abstract)

[5] 劉國順，常棟，葉協(xié)鋒，等.基于GIS的緩坡煙田土壤養(yǎng)分空間變異研究[J].生態(tài)學(xué)報，2013，33(8):2586-2595.

LIU G S，CHANG D，YE X F，et al.Spatial variability characteristics of soil nutrients in tobacco fields of gentle slope based on G1S[J].ActaEcologicaSinica，2013，33(8):2586-2595.(in Chinese with English abstract)

[6] 趙明松，李德成，張甘霖，等.江淮丘陵地區(qū)土壤養(yǎng)分空間變異特征：以安徽省定遠(yuǎn)縣為例[J].土壤，2016，48(4):762-768.

ZHAO M S，LI D C，ZHANG G L，et al.Spatial variability characteristics of soil nutrients in Jianghuai Hilly Region:a case study of Dingyuan County，Anhui Province[J].Soils，2016，48(4):762-768.(in Chinese with English abstract)

[7] 付金霞，鄭粉莉，李媛媛.小理河流域土地利用空間自相關(guān)格局與影響因素分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2017，48(1):128-138.

FU J X，ZHENG F L，LI Y Y.Analysis of land use spatial autocorrelation patterns and influence factors of Xiaolihe Watershed[J].TransactionsoftheChineseSocietyforAgriculturalMachinery，2017，48(1):128-138.(in Chinese with English abstract)

[8] 孟斌，王勁峰，張文忠，等.基于空間分析方法的中國區(qū)域差異研究[J].地理科學(xué)，2005，25(4):11-18.

MENG B，WANG J F，ZHANG W Z，et al.Evaluation of regional disparity in China based on spatial analysis[J].ScientiaGeographicaSinica，2005，25(4):11-18.(in Chinese with English abstract)

[9] 曹祥會，龍懷玉，周腳根，等.河北省表層土壤有機(jī)碳和全氮空間變異特征性及影響因子分析[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2016，22(4):937-948.

CAO X H，LONG H Y，ZHOU J G，et al.Analysis of spatial variability and influencing factors of topsoil organic carbon and total nitrogen in Hebei Province[J].JournalofPlantNutritionandFertilizer，2016，22(4):937-948.(in Chinese with English abstract)

[10] 何平，劉健，余坤勇，等.南方竹林地土壤有機(jī)碳空間異質(zhì)性研究[J].土壤通報，2016，47(2):278-286.

HE P，LIU J，YU K Y，et al.Research on spatial heterogeneity of soil organic carbon in the Southern bamboo forest[J].ChineseJoumalofSoilScience，2016，47(2):278-286.(in Chinese with English abstract)

[11] 陳洋，齊雁冰，王茵茵，等.秦巴中部山區(qū)耕地土壤速效鉀空間變異及其影響因素[J].環(huán)境科學(xué)研究，2017，30(2):257-266.

CHEN Y，QI Y B，WANG Y Y，et al.Spatial variability and factors affecting soil available potassium in the central Qinling-Daba Mountain Area[J].ResearchofEnvironnmentalSciences，2017，30(2):257-266.(in Chinese with English abstract)

[12] 齊雁冰，常慶瑞，劉夢云，等.縣域農(nóng)田土壤養(yǎng)分空間變異及合理樣點數(shù)確定[J].土壤通報，2014，45(3):556-561.

QI Y B，CHANG Q R，LIU M Y，et al.County-scale spatial variability of soil nutrient distribution and determination of reasonable sampling density[J].ChineseJoumalofSoilScience，2014，45(3):556-561.(in Chinese with English abstract)

SpatialcharacteristicsandinfluencingfactorsofsoilnutrientsinhillyregionofSouthChina

ZHAO Yue1，2，LUO Zhijun1，2，*，ZHAO Jie1，2，JIANG Chunyan1，2，Cao Liping1，2

(1.SchoolofEnvironmentandLandResourceManagement，JiangxiAgriculturalUniversity，Nanchang330045，China;2.JiangxiProvincialKeyLaboratoryofAgriculturalResourcesandEcologyinPoyangLakeBasin，Nanchang330045，China)

Abstract:The spatial characteristics of soil nutrients and their correlation with influencing factors were studied in hilly areas of southern China，to provide references for the efficient utilization of land resources and soil nutrient conservation.In the present study，Xiajiang County，Jiangxi Province was selected as the research object，soil samples were collected，and soil organic matter，available phosphorus，available potassium and alkali hydrolysable nitrogen contents were measured，and factors on soil nutrients were examined via spatial variability analysis and spatial autocorrelation analysis to explore the main influencing factors.It was shown that the distribution of soil nutrients in Xiajiang County was in accordance with the normal distribution，and the content of alkali hydrolyzable nitrogen was abundant.The contents of organic matter and available potassium were in the middle level，yet the available phosphorus content was low.The organic matter，available phosphorus showed moderate variation，yet available potassium showed strong spatial variability,alkaline hydrolyzable nitrogen showed weak spatial variability.Generally speaking，soil nutrients in the cultivated land in the west of the study area were generally lower than that in the east，and were higher in the area with higher elevation，or lower gradient，slope variability and topographic relief.Besides，soil nutrients were higher in the area with sandy rock weathering materials soil parent material，and were lower in the area with acid crystalline rock weathering substance as soil parent material.

Key words:farmland;soil fertility;spatial variability;hilly land

中圖分類號：S158.3

A

文章編號：1004-1524(2018)06-1035-09

收稿日期：2017-09-18

基金項目：江西省科技重大專項(20114ABG01100)；江西省教育廳科技項目(GJJ150421)

作者簡介：趙越(1994—)，男，河南濟(jì)源人，碩士研究生，主要從事土地資源與地理信息系統(tǒng)相關(guān)研究。E-mail:zhaoyue0421@163.com

，羅志軍，E-mail:luozj10@163.com

10.3969/j.issn.1004-1524.2018.06.21

(責(zé)任編輯高 峻)