河西绿洲地区土壤微量元素的空间变异特征分析

河西绿洲地区土壤微量元素的空间变异特征分析摘要:本文以临泽县土壤中微量元素为研究对象,运用GIS和地统计相结合的方法研究了土壤中微量元素的空间分布特征,结果表明:土壤微量元素存在着明显的空间分异性,并且微量元素块金值与基台值比较高,其自相关的空间范围均比较大。

关键词:地统计学河西地区土壤微量元素空间变异

随着农业生产力的不断提高,微量元素的不足已经成为影响农业生产的限制因子。因此,研究土壤中微量元素含量的空间变化对认识本区土壤微量元素的空间变异结构等具有重要的意义。文章以甘肃河西内陆绿洲地区的张掖市临泽县为研究对象,研究土壤中微量元素含量的空间变化对本区土壤微量元素的空间变异结构影响,为因地制宜推广精细农业提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 研究区域概况

林泽县位于甘肃省河西走廊中部(99°51′～100°30′E、38°57′～39°42′N),总面积2727.29km2,该区地处温带干旱荒漠气候区,大地形平坦,属河西走廊平原的一部分,由西南向东北轻度倾斜,样区西南面局部为祁连山之前山带低山丘陵。

1.2 土壤样品采集及测定项目和方法

在研究区选取样点120个,样点取0～20cm的土壤表层,每一采样点周围选取5个点,以5个点的平均值为该样点的最终数据。随后将采集的样品在实验室里风干、研磨和过筛处理后,用酸溶法进行消解。

1.3 统计方法

以半方差函数为基本工具,研究那些在空间分布上既有随机性又有结构性,或空间相关和依赖性的自然现象,该函数可用下式表示:

式中,r(h)为半方差函数,h为两样本间的分离距离,z(xi)和z(xi+h)分别为随机变量在空间位置xi和xi+h上的取值,N(h)为在分离距离为h时的样本对总数。

2 结果与分析

2.1 土壤微量元素描述性统计分析

根据对120个样本描述性统计后,总体来看,土壤类型不同,微量元素具有很大差别,其中,盐渍化土、灰棕漠土、风沙土、和灰钙土普遍缺锌,草甸土中的锌元素含量较高,其他土壤中锌元素低于临界值(0.55mg/kg),始终处于极缺的状态,施锌肥效果明显,铁元素在土壤中

含量丰富,土壤中一般不缺少铁元素,但是在灰棕漠土、风沙土、和灰钙土含量较低:锰在灌耕土和潮土中的含量为15.16～21.16mg/kg,而处于临界边缘值的只有耕种土壤和盐渍化土壤,含量为 4.35～8.41mg/kg,所以施锰肥有增产的效果;硼元素临界值为0.5mg/kg,小于临界值的土壤不存在,但风沙土和潮土接近临界值,所以施硼肥也具有增产的效果。土壤中微量元素的全量大致呈锌、铁、锰含量偏低,Cu、P含量偏高的趋势,而与甘肃土壤背景值比较,铁和锰和的含量都要比甘肃土壤元素背景值低,其它四种元素的平均含量高于背景值。

2.2 土壤中微量元素的地统计学分析

将所有的样点数据经过数据检验后,采用普通Kriging插值方法,在选定了恰当的模型后进行Kriging插值。通过运用c0与c0+c比值的大小来判定系统内变量的空间相关性程度,用比值<25%、25%～75%、>75%分别表示变量的空间相关性较强、中等、较弱。五种土壤微量元素可分别拟合为指数模型、指数模型、球状模型、球状模型、球状模型。由于五种土壤微量元素的拟合系数比较低,对研究区原始数据进行对数转化后重新进行拟合,因此,土壤中土壤微量元素的空间结构分析采用对数转化后数据的分析结果。土壤微量元素的铜、锌、铁、锰、硼的块金值分别为0.874、0.965、0.882、0.725、0.737,五种土壤理化性质的块金值均比较大,说明实验取样尺度等随机性因素引起的变异表较大,土壤微量元素的空间自相关性较强,土壤微量元素的变化主要受结构性随机因素引起的空间异质性的影响。

2.3 土壤中微量元素的空间分布格局

土壤中微量元素大致分布规律为:土壤微量元素铜、锌、铁、锰含量在区域的东部高,西部低,且其含量较高的区域土壤所占的面积约占取样区域面积的2/3,说明土壤中微量元素含量整体水平较高,这与该研究区域农民注重施用化肥而增加土壤中微量元素含量有关。土壤中微量元素的总体分布趋势相似,这可能与成土条件及五种有效态微量元素的含量以及在北部靠近合黎山和龙首山、戈壁边缘的农田土壤中均比较低,而在临泽县城附近的农田土壤中微量元素的含量比较高。土壤微量元素铁、锌含量从东向西呈减少趋势,而高值区域主要集中在河流密布的区域,且沿着河流的方向逐渐减少,铁、锰含量空间分布情况不太规则,总的趋势并没有表现出带状的分布格局,而是研究区域内有若干高值斑块区域零星分布,且斑块大小和形状及空间分布等具有显著的差异,养分含量依然遵循由高到低的梯度分布规律,其中硼的高值区域主要分布在研究区域的中西部,这些区域多为黑钙土和草甸土分布的区域,铜含量分布总体受海拔高度的影响,东部海拔较高区域有效铜含量比西部海拔低的区域要高,而局部区域受随机性因素的影响,出现了若干高值区域,这些高值区域主要分布在研究区域的东北部和东南部。锌的变化比较有规律性,其整体变化由东向西,从东北到西南呈阶梯状递减,研究区域西部有效锌含量最低,其中高值区域分布在研究区域的东北部,该区域长期施用N、P、K肥也可以提高微量元素锌的含量。铁含量的空间异质性较强。高值等值区域主要分布在中西部地区。西北部地区微量元素含量最低;铁含量明显具有西部区

域高于东部区域、中部区域高于南部和北部区域的趋势。

3 结语

结果显示,各元素具有中等空间相关性。土壤中五种微量元素Mn、Zn元素的块金值基台值比较高,说明研究区土壤中微量元素的空间相关性较弱,五种有效态微量元素的空间相关度均大于50%,说明研究区土壤中这四种微量元素的空间相关性较弱,并且这五种微量元素自相关的空间范围均比较大。

参考文献

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