浦东新区果园村土壤养分状况评价及其空间变异分析

浦东新区果园村土壤养分状况评价及其空间变异分析徐四新;姚政;宋科;罗国安;查健生;金海洋【摘要】采用传统统计和地统计相结合的方法,对果园村农田耕层土壤养分进行了空间变异特征分析.结果表明:果园村土壤N、K养分供应不足,P的供应充足,且盈余较大.因此,果园村土壤养分管理以施N为主,平衡P、K,注意B肥使用.果园村土壤养分空间变异相关性拟合度较低,空间变异结构差异性不明显,说明其土壤养分空间变异性程度受人为因素的影响较大.果园村土壤N、P、K的最大相关距离在100～130 m,这可作为村级土壤N、P、K养分分区管理中分区大小的依据.%The spatial variability of arable layer soil nutrients of farmland in Guoyuan Village was analyzed by conventional statistics and geo-statistics.The results showed that the soil was short of N and K but much rich in P,so the soil management should mainly apply N fertilizer,balance P and K, and pay attention to B fertilizer use. The spatial variability of soil nutrients was relatively low in degree of fitting the correlation and inconspicuous in structural difference,which indicated that the spatial variability of soil nutrients was influenced largely by human factors. The maximum correlation distance of N,P and K in the soil was between 100- 130m,which could be used for reference in subdividing the zone size of village-level soil management of N,P and K nutrients.【期刊名称】《上海农业学报》【年(卷),期】2012(028)002【总页数】3页(P72-74)【关键词】土壤养分;空同变异;半方差函数【作者】徐四新;姚政;宋科;罗国安;查健生;金海洋【作者单位】上海市农业科学院生态环境保护研究所,上海201403;上海市农业科学院生态环境保护研究所,上海201403;上海市农业科学院生态环境保护研究所,上海201403;上海市农业科学院生态环境保护研究所,上海201403;上海市农业科学院生态环境保护研究所,上海201403;上海市农业科学院生态环境保护研究所,上海201403【正文语种】中文【中图分类】S158.3土壤养分空间变异规律是土壤养分管理的重要环节之一。

20世纪60年代初法国著名学者马色龙（Matheron）创立了地质统计学［1］来研究矿产的空间分布规律，主要应用于地质矿藏的勘探。

20世纪90年代后期，随着土壤诊断施肥的发展，开始应用地质统计学的方法进行土壤养分空间变异的研究。

上海浦东新区果园村桃树种植有50多年的历史，由于果树土壤的施肥量高，不易翻耕，其土壤养分状况及空间变异和其他大田作物有着明显的差异。

本研究采用传统统计和地统计相结合的方法对浦东新区果园村耕层土壤养分进行空间变异特征的分析，以期为土壤养分管理和合理施肥提供依据。

l.l 样品采集与测定本项目于2008年11月对浦东新区果园村农田进行了土壤50 m×50 m网格化取样，共取土壤样品180个（图1），由北京中加实验室用ASI系统分析法［2］进行分析测定。

测定土壤P、K、Cu、Fe、Mn、Zn的浸提剂为ASI溶液（0.25 mol/L Na HCO3-0.01 mol/L EDTA-0.01 mol/L NH4F），P用钼锑抗比色法测定；K、Cu、Fe、Mn、Zn用原子吸收分光光度计测定。

测定土壤NH4-N、Ca、Mg的浸提剂为1 mol/L KCl溶液，NH4-N用靛酚蓝比色法测定，Ca、Mg用原子吸收分光光度计测定。

测定土壤S的浸提剂为0.08 mol/L Ca（H2PO4）2溶液，用BaCl2比浊法测定。

复合电极测定土壤p H，水土比为2.5∶1。

l.2 数据处理数据分析采用传统统计学和地统计学相结合的方法，涉及地统计学的方法主要包括半方差函数和半方差函数模型［3］。

1.2.1 半方差函数半方差函数是描述土壤性质空间变异的一个函数，反映了不同距离观测值之间的变化，所谓半方差函数即：r（h）＝（1/2）Var［Z（xi）－Z（xi ＋h）］，式中r（h）为间距h的半方差，在一定范围内随h的增加而增大，当测点间距大于最大相关距离时，该值趋于稳定。

半方差函数为克里金（Kriging）插值提供内插所需要的权重因子，而克里金插值是精准农业中对土壤养分进行精准管理的关键技术之一。

1.2.2 半方差函数模型半方差函数模型有球状（Spherical）、高斯（Gaussian）、指数（Exponential）和线性（Linear）等模型。

本项目分别用不同类型的模型进行计算，并选用拟合度最高的模型作为土壤养分半方差函数计算模型。

主要涉及的模型是球状和指数模型，其数学表达式如下：式中：h为二点之间的间距；c0表示块金方差（间距为0时的半方差）；c为结构方差；c0＋c为基台值（半方差函数随间距递增到一定程度后出现的平稳值）；a为变程（半方差达到基台值的样本间距）；对于球状和线性模型，a0表示观测点之间的最大相关距离，指数模型的最大相关距离为3a0。

2.l 果园村土壤养分的评价按照土壤养分综合系统评价法所设定的土壤养分含量临界值指标（表1，IPNI中国项目部提供）对土壤养分状况进行了初步评价（表2）。

结果表明，果园村土壤N、K、S养分供应不足，土壤B可能存在潜在缺乏；土壤Fe、P等的供应充足，且盈余较大。

土壤养分的变异系数为20%～80%，依次为：B＞N＞P＞Zn＞S＞Mn＞Fe＞K＞Cu＞Mg＞Ca，其中土壤氮、磷和钾的变异系数为：N＞P＞K。

通过土壤养分的传统统计分析概括了土壤养分含量变化的全貌，在一定程度上定性反映土壤养分含量总体水平及其总体变化趋势，但不能反映其在空间上具体的变化特征，即定量地刻画土壤养分含量随着取样点位置的变化而变化的特征。

2.2 果园村农田土壤养分空间变异结构分析利用地统计学中的半方差函数对果园村农田土壤养分空间变异结构进行了分析。

在半方差函数模型的确定过程中，首先计算出r（h）～h的散点图，然后分别用不同类型的模型进行拟合，得到模型的参数值及决定系数和离差平方和，根据决定系数、离差平方和等选取最适宜的模型。

其中的最大相关距离表示某土壤养分观测值之间的距离大于该值时，它们之间是相互独立的；若小于该值时，它们之间存在一定的空间相关性。

块金方差/基台值之比［C0/（C0＋C）］表示空间变异性程度［4］，如果该比值较大，说明由随机部分引起的空间变异性程度较大。

相反则由空间自相关部分引起的空间变异性程度较大，如果该比值接近1，则说明该变量在整个尺度上具有恒定的变异。

果园村土壤养分半方差函数主要采用球状和指数模型，结果显示空间变异分析中的相关性拟合度较低，空间变异结构差异性不明显（表3）。

其块金方差/基台值结果为K＞P＞Fe＞S＞OM＞Mg＞N＞Cu＞B＞Zn＞Mn＞Ca，且其值基本大于75%，说明果园村土壤养分空间变异性程度主要是由随机部分引起的，这可能和果园村桃树种植历史长，施肥量大，土壤不易翻耕有关。

除土壤B和Ca外，果园村土壤养分的最大相关距离在90～220 m，其中土壤N、P、K的最大相关距离为100～130 m，说明在大于100 m的距离内，土壤N、P、K养分之间空间变异是相互独立的，这为村级养分的土壤N、P、K养分分区管理提供了依据。

半方差函数分析的结果参数不仅定量地刻画土壤养分在空间上分布的随机性和结构性、独立性与相关性；而且是进行克里金插值的基础，为土壤养分的克里金内插提供了所需要的权重因子和最大相关距离等参数。

3.1 果园村土壤N、K养分供应不足，土壤P的供应充足，且盈余较大。

因而土壤养分管理以施N为主，平衡P、K，注意B肥使用。

3.2 果园村土壤养分空间变异分析结果显示，其相关性拟合度较低，空间变异结构差异性不明显，土壤养分空间变异性程度主要由人为因素等随机部分引起。

3.3 果园村土壤N、P、K的最大相关距离为100～130 m，这为村级养分的土壤N、P、K养分分区管理中分区大小的确定提供了依据。

3.4 土壤养分的空间变异通常具有方向性，即不同方向上可能呈现不同的变异规律，各个方向上的半方差函数也可能不一致［5］。

本研究采用的50 m×50 m网格化取样，已经考虑半方差函数的方向性，但由于GPS的定位误差，可能导致分析误差的扩大。

【相关文献】［1］金继运，白由路编著.精准农业与土壤养分管理［M］.北京：中国大地出版社，2001.［2］加拿大钾磷研究所北京办事处主编.土壤养分状况系统研究法［M］.北京：中国农业科技出版社，1992.［3］邬伦编著.地理信息系统原理、方法和应用［M］.北京：科学出版社，2001.［4］沈思渊.土壤空间变异研究中地统计学的应用及其展望［J］.土壤学进展，1989，17（3）：11－25.［5］金继运，白由路编著.精准农业与土壤养分管理［M］.北京：中国大地出版社，2001.。