三江平原地区土壤养分空间分布特征
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［7 ］
壤有机碳和全氮的分布规律。李玉影等 不同养分的丰缺程度。孙志高等
［8 ］
研究了三江平原
［9 ］
130°13' 广义的东北平原的一部分， 位于 45°1' ～ 48°27'56″ N， ～ 135°5'26″ E， 位于我国东北角， 包括佳木斯市、 鹤岗市、 双 鸭山市、 七台河市和鸡西市等所属的 21 个县（ 市） ， 总面积约 1． 089 × 105 km2 。该研究区域包括抚远、 同江、 绥滨、 萝北在
摘要 ［ 目的］ 全面、 准确掌握三江平原地区土壤养分状况空间分布情况， 为完善土壤养分管理制度与制定合理施肥措施提供初步的科 学依据。［ 方法］ 基于网格法取样， 用经典统计学和地统计学综合分析该区域土壤养分的空间变异特征。［ 结果］ 土壤养分指标的变异 在 20． 17% ～ 66． 39% 之间； 在研究区域呈现一定的空间结构性， 各养分指标的空间结构差别较大； 空间自相关性明显， 最佳拟 系数偏大， AN 和 AK 的 C0 / C0 + C 在 25% ～ 75% 之间， 合模型均为指数模型。块金值（ C0 ） 均较大， 其他指标的 C0 / C0 + C 均 ＜ 25% 。Kriging 插值 土壤养分的空间分布格局不同。［ 结论］ 从研究区域的整体养分状况来看， 饶河县和宝清县交界处以及萝北县土壤养分状况较 图表明， TN、 TP、 AP 含量均较高， OM、 TN、 TK、 AN、 AP 含量均处于较低的水平。地形条件、 好， 土壤 OM、 而研究区域的西南部总体养分状况较差， 耕作年限是决定该区域土壤养分空间分布的关键因素。 关键词 土壤养分； 空间分布； 三江平原 中图分类号 S 153． 6 文献标识码 A 文章编号 0517 － 6611（ 2013） 29 － 11670 － 06 Spatial Distribution Patterns of Soil Nutrients in Sanjiang Plain CAO Hongjie et al （ Harbin Normal University，Harbin，Heilongjiang 150025 ） Abstract ［ Objective］ The research aimed to understand the spatial distribution of soil nutrients in Sanjiang Plain and provide the scientific evidence for improving the soil nutrient management system and establishing the reasonable fertilization regime． ［Method］ Geostatistics and traditional statistics methods were applied to analyze the spatial patterns of soil nutrients in Sanjiang Plain． ［ Ｒesult］All of the soil nutrients showed wider variations in their spatial distribution patterns and the coefficients of variation ranged from 20． 17% to 66． 39% ． The soil nutrients showed strong spatial autocorrelations in Sanjiang Plain． The best model for all the seven variables in Sanjiang Plain was an exponential model． ＲSS values were very small， indicating the good fit of the model． The nugget （ C0 ） was high （ 0． 104 － 0． 738 ） ， and C0 / （ C0 + C） values of AN and AK ranged from 25% to 75% ． The C0 / （ C0 + C） values of other index were less than 25% ． The Kriging contour maps showed wide spatial variations and differences in soil nutrients spatial distribution patterns． ［Conclution］The soil nutrients showed higher values for OM，TN，TP and AP at Luobei and on the conjunction of Ｒaohe and Baoqing，while the southeast of study areas showed lower values for OM， TN，TP， AN and AP． Topography and tillage years were key factors that determined the spatial distribution of soil nutrients on Sanjiang Plain． Key words Soil nutrients； Spatial distribution； Sanjiang Plain
4 2 内的 18 个县（ 市） ， 总面积 9． 48 × 10 km （ 图 1） 。三江平原
对三江平原不同土地利
用方式下土壤 N 库及储量变化进行比较研究。国志兴等
分析了 21 世纪初三江平原农田生产力时间动态和空间分异 特征。然而， 现有的研究重点主要集中在土壤全量碳、 氮的 垂直分布特征和变化规律
［10 ］
Baidu Nhomakorabea
， 对三江平原不同土地利用方
属温带湿润、 半湿润大陆性季风气候， 全年日照时数 2 400 ～ 2 500 h， 无霜期 120 ～ 140 d， 冻结期长达 7 ～ 8 个月， 最大冻深 1． 5 ～ 2． 1 m， 75% ～ 85% 集中在 6 ～ 年降水量 500 ～ 650 mm， 10 月， 1 月平均气温 － 21 ～ － 18 ℃ ， 7 月平均气温 21 ～ 22 ℃ 。 土壤类型主要包括草甸土、 沼泽土、 白浆土、 黑土等。 1． 2 调查方法与土壤分析 2011 年 5 ～ 8 月进行土壤样品 的采集， 利用 GPS 定位（ 图 2） ， 按照 16 km × 16 km 的网格进 行采样区分割， 共设置采样点 244 个。当采集土壤样品时，
土壤养分具有空间自相关性， 反之则不存在。变程提供了研 究土壤各养分相似范围的一种测度 1． 3． 2
［17 ］
。
空间自相关分析。空间自相关分析主要用于度量某
一变量是否存在空间依赖关系以及变量自身在较近的空间 sC 中是否有较强的关联。常用的空间自相关系数有 Geary ’ s I 系数。该文用 Moran’ s I 系数进行空间自 系数和 Moran’ 计算公式为： 相关分析， I=
重种轻养的耕作方式导致严重的耕地退化。以往对三江平 原的研究主要集中在湿地开垦对温室气体排放 面
［5 ］
、 湿地开
土地利用方式变化及土壤碳氮含量和储量的变化等方 垦、 。近年来， 不同的研究学者开始应用地统计学来研究不
［6 ］
同利用方式下土壤碳氮的空间分布状况和空间变异规律。 王书伟等 研究了三江平原东北部不同农业利用方式下土
土壤养分是土壤肥力的重要标志，能供应和协调植物 生长的营养条件与环境条件，对维持土地的可持续利用方 面具有重要作用 积最大的地区
［1 ］
效养分的空间分布规律和影响因素分析的研究较少。土壤 养分的空间分布格局是指不同养分含量在空间上的分布， 是土壤在不同位置上的物理、 化学和生物过程相互作用的结 果，是土壤空间异质性的具体表现
Journal of Anhui Agri． Sci． 2013 ， 41 （ 29 ） ： 11670 － 11675 ， 11679 安徽农业科学 ，
责任编辑
刘月娟
责任校对
况玲玲
三江平原地区土壤养分空间分布特征
1， 2 2 2 2 2* 曹宏杰 ， 王立民 ， 罗春雨 ， 张继舟 ， 倪红伟 （ 1． 哈尔滨师范大学 ， 黑龙江哈尔滨 150025 ； 2． 黑龙江省科学院自然与生态研究所， 黑龙江哈尔滨 150040 ）
h2 a2
（ 2）
C0 为块金值（ Nugget） ； C0 + C 为基台值（ Sill） ； a 为变程 式中， （ Ｒange） ； h 为滞后距离。变程为 3a 而不是 a。块金值表示 源于最小取样间隔内自然过程造成的试验误差和土壤养分 变异。基台值表示包括随机性变异和结构性变异在内的系 统总变异。C0 / C0 + C 反映块金方差占总空间异质性变异的 表明土壤养分的空间依赖性， 一般认为 ＜ 25% 时， 空间 大小， 变量为强烈的空间自相关， 在 25% ～ 75% 之间时， 为中等空 ＞ 75% 时为弱空间自相关 间自相关，
［11 － 12 ］
。三江平原是我国近 50 年来湿地开垦面
［3 ］
［2 ］
。湿地的农业利用显著改变三江平原区域 ， 加上传统的
［4 ］
。笔者选三江平原
人为耕作土壤环境取代湿地环境 土壤环境，
地区表层土壤为研究对象， 采用网格法采样， 用经典统计学 和地统计学方法揭示土壤有机质、 全氮、 全磷、 全钾、 碱解氮、 速效磷、 速效钾的空间变异特征， 为全面、 准确掌握该地区土 壤养分状况空间变异规律， 完善土壤养分管理制度与制定合 理施肥措施提供初步的科学依据。 1 1． 1 材料与方法 研究区概况 三江平原是我国最大的沼泽分布区， 是
图2 采样点分布
［14 ］
。 TN、 由表 1 可知， 三江平原地区 OM、
［16 ］
。变程表明土壤养分
因子空间自相关范围。它与观测尺度以及在取样尺度上影 响土壤养分的各种生态过程和相互作用有关。在变程之内，
图1 研究区域示意图
远离田边、 公路边或农家肥堆。在每个样点周围进行 5 次重 采取 4 分法混合组成待测土样。土样经 复采样（ 0 ～ 20 cm） ， 风干处理后过 1 mm 筛， 部分样品过 0． 25 mm 筛备用。
41 卷 29 期
曹宏杰等
三江平原地区土壤养分空间分布特征
11671
数； Z（ x i ） 为区域化变量 Z 在 x i 处的实测值； Z（ x i + h） 为与 x i 距离为向量 h 样点的值。 该文对半变异函数的拟合主要采用指数模型， 公式为：
－ γ （ h ） = C0 + C （ 1 － e ）
式土壤碳氮空间分布尤其是对土壤肥力具有重要影响的速
黑龙江省自然科学基金 （ C201032 ） ； 黑龙江省科技公关项目 （ GC12C205 ） ； 黑龙江省基本科研业务费专项基金 。 作者简介 曹宏杰（ 1978 － ） ， 男， 河北承德人， 助理研究员， 在读博士， 从事土壤肥力和碳循环方面的研究 。 * 通讯作者， 研究员， Email： nihong博士， 博士生导师， 从事生态学方面的研究， wei2000@ 163． com。 0816 收稿日期 2013基金项目
n n∑ n i = 1 ∑ j = 1 （ x i － x） （ x j － x） n n 2 （ ∑n i = 1 ∑ i = 1 w ij ） ∑ i = 1 （ x i － x）
（ 3）
x i 和 x j 分别为变量 x 在相邻配对空间点 i 和 j 上取值； 式中， w ij 为相邻权重； n 为空间单元总数； I 系数取值从 － 1 到 1， 取 正值时 为 正 相 关， 取 负 值 为 负 相， 当 I = 0 时代表空间不 相关 2
壤有机碳和全氮的分布规律。李玉影等 不同养分的丰缺程度。孙志高等
［8 ］
研究了三江平原
［9 ］
130°13' 广义的东北平原的一部分， 位于 45°1' ～ 48°27'56″ N， ～ 135°5'26″ E， 位于我国东北角， 包括佳木斯市、 鹤岗市、 双 鸭山市、 七台河市和鸡西市等所属的 21 个县（ 市） ， 总面积约 1． 089 × 105 km2 。该研究区域包括抚远、 同江、 绥滨、 萝北在
摘要 ［ 目的］ 全面、 准确掌握三江平原地区土壤养分状况空间分布情况， 为完善土壤养分管理制度与制定合理施肥措施提供初步的科 学依据。［ 方法］ 基于网格法取样， 用经典统计学和地统计学综合分析该区域土壤养分的空间变异特征。［ 结果］ 土壤养分指标的变异 在 20． 17% ～ 66． 39% 之间； 在研究区域呈现一定的空间结构性， 各养分指标的空间结构差别较大； 空间自相关性明显， 最佳拟 系数偏大， AN 和 AK 的 C0 / C0 + C 在 25% ～ 75% 之间， 合模型均为指数模型。块金值（ C0 ） 均较大， 其他指标的 C0 / C0 + C 均 ＜ 25% 。Kriging 插值 土壤养分的空间分布格局不同。［ 结论］ 从研究区域的整体养分状况来看， 饶河县和宝清县交界处以及萝北县土壤养分状况较 图表明， TN、 TP、 AP 含量均较高， OM、 TN、 TK、 AN、 AP 含量均处于较低的水平。地形条件、 好， 土壤 OM、 而研究区域的西南部总体养分状况较差， 耕作年限是决定该区域土壤养分空间分布的关键因素。 关键词 土壤养分； 空间分布； 三江平原 中图分类号 S 153． 6 文献标识码 A 文章编号 0517 － 6611（ 2013） 29 － 11670 － 06 Spatial Distribution Patterns of Soil Nutrients in Sanjiang Plain CAO Hongjie et al （ Harbin Normal University，Harbin，Heilongjiang 150025 ） Abstract ［ Objective］ The research aimed to understand the spatial distribution of soil nutrients in Sanjiang Plain and provide the scientific evidence for improving the soil nutrient management system and establishing the reasonable fertilization regime． ［Method］ Geostatistics and traditional statistics methods were applied to analyze the spatial patterns of soil nutrients in Sanjiang Plain． ［ Ｒesult］All of the soil nutrients showed wider variations in their spatial distribution patterns and the coefficients of variation ranged from 20． 17% to 66． 39% ． The soil nutrients showed strong spatial autocorrelations in Sanjiang Plain． The best model for all the seven variables in Sanjiang Plain was an exponential model． ＲSS values were very small， indicating the good fit of the model． The nugget （ C0 ） was high （ 0． 104 － 0． 738 ） ， and C0 / （ C0 + C） values of AN and AK ranged from 25% to 75% ． The C0 / （ C0 + C） values of other index were less than 25% ． The Kriging contour maps showed wide spatial variations and differences in soil nutrients spatial distribution patterns． ［Conclution］The soil nutrients showed higher values for OM，TN，TP and AP at Luobei and on the conjunction of Ｒaohe and Baoqing，while the southeast of study areas showed lower values for OM， TN，TP， AN and AP． Topography and tillage years were key factors that determined the spatial distribution of soil nutrients on Sanjiang Plain． Key words Soil nutrients； Spatial distribution； Sanjiang Plain
4 2 内的 18 个县（ 市） ， 总面积 9． 48 × 10 km （ 图 1） 。三江平原
对三江平原不同土地利
用方式下土壤 N 库及储量变化进行比较研究。国志兴等
分析了 21 世纪初三江平原农田生产力时间动态和空间分异 特征。然而， 现有的研究重点主要集中在土壤全量碳、 氮的 垂直分布特征和变化规律
［10 ］
Baidu Nhomakorabea
， 对三江平原不同土地利用方
属温带湿润、 半湿润大陆性季风气候， 全年日照时数 2 400 ～ 2 500 h， 无霜期 120 ～ 140 d， 冻结期长达 7 ～ 8 个月， 最大冻深 1． 5 ～ 2． 1 m， 75% ～ 85% 集中在 6 ～ 年降水量 500 ～ 650 mm， 10 月， 1 月平均气温 － 21 ～ － 18 ℃ ， 7 月平均气温 21 ～ 22 ℃ 。 土壤类型主要包括草甸土、 沼泽土、 白浆土、 黑土等。 1． 2 调查方法与土壤分析 2011 年 5 ～ 8 月进行土壤样品 的采集， 利用 GPS 定位（ 图 2） ， 按照 16 km × 16 km 的网格进 行采样区分割， 共设置采样点 244 个。当采集土壤样品时，
土壤养分具有空间自相关性， 反之则不存在。变程提供了研 究土壤各养分相似范围的一种测度 1． 3． 2
［17 ］
。
空间自相关分析。空间自相关分析主要用于度量某
一变量是否存在空间依赖关系以及变量自身在较近的空间 sC 中是否有较强的关联。常用的空间自相关系数有 Geary ’ s I 系数。该文用 Moran’ s I 系数进行空间自 系数和 Moran’ 计算公式为： 相关分析， I=
重种轻养的耕作方式导致严重的耕地退化。以往对三江平 原的研究主要集中在湿地开垦对温室气体排放 面
［5 ］
、 湿地开
土地利用方式变化及土壤碳氮含量和储量的变化等方 垦、 。近年来， 不同的研究学者开始应用地统计学来研究不
［6 ］
同利用方式下土壤碳氮的空间分布状况和空间变异规律。 王书伟等 研究了三江平原东北部不同农业利用方式下土
土壤养分是土壤肥力的重要标志，能供应和协调植物 生长的营养条件与环境条件，对维持土地的可持续利用方 面具有重要作用 积最大的地区
［1 ］
效养分的空间分布规律和影响因素分析的研究较少。土壤 养分的空间分布格局是指不同养分含量在空间上的分布， 是土壤在不同位置上的物理、 化学和生物过程相互作用的结 果，是土壤空间异质性的具体表现
Journal of Anhui Agri． Sci． 2013 ， 41 （ 29 ） ： 11670 － 11675 ， 11679 安徽农业科学 ，
责任编辑
刘月娟
责任校对
况玲玲
三江平原地区土壤养分空间分布特征
1， 2 2 2 2 2* 曹宏杰 ， 王立民 ， 罗春雨 ， 张继舟 ， 倪红伟 （ 1． 哈尔滨师范大学 ， 黑龙江哈尔滨 150025 ； 2． 黑龙江省科学院自然与生态研究所， 黑龙江哈尔滨 150040 ）
h2 a2
（ 2）
C0 为块金值（ Nugget） ； C0 + C 为基台值（ Sill） ； a 为变程 式中， （ Ｒange） ； h 为滞后距离。变程为 3a 而不是 a。块金值表示 源于最小取样间隔内自然过程造成的试验误差和土壤养分 变异。基台值表示包括随机性变异和结构性变异在内的系 统总变异。C0 / C0 + C 反映块金方差占总空间异质性变异的 表明土壤养分的空间依赖性， 一般认为 ＜ 25% 时， 空间 大小， 变量为强烈的空间自相关， 在 25% ～ 75% 之间时， 为中等空 ＞ 75% 时为弱空间自相关 间自相关，
［11 － 12 ］
。三江平原是我国近 50 年来湿地开垦面
［3 ］
［2 ］
。湿地的农业利用显著改变三江平原区域 ， 加上传统的
［4 ］
。笔者选三江平原
人为耕作土壤环境取代湿地环境 土壤环境，
地区表层土壤为研究对象， 采用网格法采样， 用经典统计学 和地统计学方法揭示土壤有机质、 全氮、 全磷、 全钾、 碱解氮、 速效磷、 速效钾的空间变异特征， 为全面、 准确掌握该地区土 壤养分状况空间变异规律， 完善土壤养分管理制度与制定合 理施肥措施提供初步的科学依据。 1 1． 1 材料与方法 研究区概况 三江平原是我国最大的沼泽分布区， 是
图2 采样点分布
［14 ］
。 TN、 由表 1 可知， 三江平原地区 OM、
［16 ］
。变程表明土壤养分
因子空间自相关范围。它与观测尺度以及在取样尺度上影 响土壤养分的各种生态过程和相互作用有关。在变程之内，
图1 研究区域示意图
远离田边、 公路边或农家肥堆。在每个样点周围进行 5 次重 采取 4 分法混合组成待测土样。土样经 复采样（ 0 ～ 20 cm） ， 风干处理后过 1 mm 筛， 部分样品过 0． 25 mm 筛备用。
41 卷 29 期
曹宏杰等
三江平原地区土壤养分空间分布特征
11671
数； Z（ x i ） 为区域化变量 Z 在 x i 处的实测值； Z（ x i + h） 为与 x i 距离为向量 h 样点的值。 该文对半变异函数的拟合主要采用指数模型， 公式为：
－ γ （ h ） = C0 + C （ 1 － e ）
式土壤碳氮空间分布尤其是对土壤肥力具有重要影响的速
黑龙江省自然科学基金 （ C201032 ） ； 黑龙江省科技公关项目 （ GC12C205 ） ； 黑龙江省基本科研业务费专项基金 。 作者简介 曹宏杰（ 1978 － ） ， 男， 河北承德人， 助理研究员， 在读博士， 从事土壤肥力和碳循环方面的研究 。 * 通讯作者， 研究员， Email： nihong博士， 博士生导师， 从事生态学方面的研究， wei2000@ 163． com。 0816 收稿日期 2013基金项目
n n∑ n i = 1 ∑ j = 1 （ x i － x） （ x j － x） n n 2 （ ∑n i = 1 ∑ i = 1 w ij ） ∑ i = 1 （ x i － x）
（ 3）
x i 和 x j 分别为变量 x 在相邻配对空间点 i 和 j 上取值； 式中， w ij 为相邻权重； n 为空间单元总数； I 系数取值从 － 1 到 1， 取 正值时 为 正 相 关， 取 负 值 为 负 相， 当 I = 0 时代表空间不 相关 2