基于GIS的库车县耕层土壤养分空间变异研究_杨美玲

收 稿 日 期 ：２０１４－０４－３０ 修 回 日 期 ：２０１４－０５－１０ 资助项目：国家自然科学基金（４１２６１０５１）；新疆维吾尔自治区重点实验室“新疆干旱区湖泊环境与资 源 实 验 室 ”基 金（ＸＪＤＸ０９０９－２０１０－０８）；新
疆 师 范 大 学 学 术 科 技 创 新 基 金 ；国 家 级 大 学 生 创 新 创 业 训 练 计 划 项 目 （２０１４１０７６２０２２） 第 一 作 者 ：杨 美 玲 （１９９３— ），女 ，新 疆 乌 鲁 木 齐 人 ，本 科 生 ，研 究 方 向 ：土 地 资 源 与 地 理 信 息 系 统 。Ｅ－ｍａｉｌ：１４９９９６９５４８＠ｑｑ．ｃｏｍ 通 信 作 者 ：王 雪 梅（１９７６— ），女 ，江 苏 铜 山 人 ，博 士 ，副 教 授 ，硕 士 生 导 师 ，研 究 方 向 ：干 旱 区 资 源 环 境 遥 感 应 用 研 究 。Ｅ－ｍａｉｌ：５０２５２９６７２＠ｑｑ．ｃｏｍ
ｏｆ ｔｏｐｓｏｉｌ ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ ｏｖｅｒａｌｌ ｐｒｅｓｅｎｔ ｔｈｅ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｏｕｔｈｅａｓｔ ｉｓ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｐａｔｉａｌ ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ；ｓｏｉｌ ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ；ｔｏｐｓｏｉｌ；Ｋｕｑａ Ｃｏｕｎｔｙ
２ 材料与方法
２．１ 调 查 和 取 样 根 据 库 车 县 耕 地 分 布 情 况 ，以 采 样 点 分 布 图 为 向
导，结合实地情况，于 ２０１０ 年 １０—１１ 月 在 库 车 县 １３ 个乡镇和农场选 取 １ ５９２ 个 具 有 代 表 性 的 采 样 点 进 行调查取样。采 用 ＧＰＳ 定 位 取 土，保 证 每 个 土 壤 样 品具 体 到 村、组、户、地 块。 并 在 每 个 采 样 点 将 实 地 １５～２０ 个 点 混 合 成 一 个 土 样 ，取 样 深 度 为 ０—２０ｃｍ， 最终取得土样 数 据 １ ５９２ 份。 在 取 样 同 时 填 写 取 样 调查表，调查采用实 地 测 量、室 内 资 料 整 理 和 农 户 走 访调查等多种形式 。 ［１３］ ２．２ 室 内 分 析
对 所 取 的 土 样 进 行 系 统 整 理 与 试 验 分 析 ，主 要 测 试 项 目 有 ：土 壤 有 机 质 、土 壤 常 量 元 素 （全 氮 、碱 解 氮 、 有 效 磷 和 速 效 钾 ）。 各 项 目 的 测 试 方 法 见 表 １［１４］。 ２．３ 数 据 处 理 与 分 析
利 用 ＳＰＳＳ ２０．０ 统 计 分 析 软 件 ，对 库 车 县 耕 层 土 壤养分 元 素 进 行 特 异 值 剔 除，最 终 获 得 土 壤 样 本 １ ５２７个。 通 过 描 述 性 统 计 分 析 可 得 到 平 均 值、最 大 值 、最 小 值 、标 准 差 、变 异 系 数 、偏 度 系 数 、峰 度 系 数 等
空间变异特征 和 分 布 格 局 进 行 了 深 入 研 究［６－８］；石 淑 芹 等 以 松 嫩 平 原 土 壤 养 分 与 地 理 坐 标 、土 壤 类 型 和 微 量元素等 相 关 性 为 基 础，对 土 壤 养 分 进 行 克 里 格 估 值 ，认 为 协 同 克 里 格 对 区 域 尺 度 土 壤 属 性 空 间 模 拟 的 效果要优于普通克里格 。 ［９］ 上述研究结果都表 明：由 于受母质、气候、水 文、地 形、生 物 以 及 不 同 土 地 利 用 方 式 等 因 素 的 影 响 ，耕 层 土 壤 养 分 在 不 同 地 区 和 时 段 内，具有明显的区域 特 性 和 空 间 变 异 规 律，不 合 理 的
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水 土 保 持 研 究 第２２卷
施 肥 、耕 作 以 及 土 地 利 用 方 式 是 土 壤 养 分 产 生 分 异 的 重要原因 。 ［１０－１２］ 鉴 于 此，以 库 车 县 为 研 究 对 象，应 用 ＧＩＳ技术与地统 计 学 方 法 对 库 车 县 耕 层 土 壤 养 分 元 素 的 空 间 变 异 特 征 及 影 响 因 素 进 行 深 入 研 究 ，旨 在 为 干 旱 绿 洲 土 地 资 源 的 合 理 开 发 利 用 、农 田 土 壤 施 肥 方 案 的 科 学 制 定 ，以 及 提 高 土 壤 养 分 资 源 利 用 率 提 供 科 学的理论依据。
１ 研究区概况
库 车 县 位 于 新 疆 维 吾 尔 自 治 区 天 山 南 麓 、塔 里 木 盆 地 北 缘 。 属 阿 克 苏 地 区 行 政 管 辖 ，西 与 该 地 区 新 和 县 、沙 雅 县 相 邻 ，东 与 巴 音 郭 楞 蒙 古 自 治 州 轮 台 县 、和 静县、尉犁县接壤。 地 势 北 高 南 低，自 西 北 向 东 南 倾 斜 。 地 形 可 分 为 北 部 天 山 山 地 、中 部 砾 石 戈 壁 和 南 部 冲积平原。全 县 土 地 总 面 积 为 １５３．７８ 万 ｈｍ２，其 中 耕地面积达５．２７万 ｈｍ２，农作物以棉花、玉米和小 麦 等类型为主。属温 带 大 陆 性 气 候，冬 季 干 冷，夏 季 酷 热，昼夜温差 大，平 均 气 温 为 ７．１℃，其 中 山 区 平 均 气 温３．４℃，平 原 区 平 均 气 温 １０．５℃。 极 端 最 高 气 温 ４１．５℃ ，极 端 最 低 气 温 －４６．６℃ 。 平 均 年 降 水 达 １３５．２ ｍｍ，降水总态 势 为 ：北 多 南 少 ，西 多 东 少 ，夏 季 多 冬 季 少。 库车县境内 实 有 大 小 河 流 十 余 条 ，其 中 能 产 生 常 年径流的河流主要有 ４ 条：渭干河、库车河、二八台河 和塔里木河，全县地表河川径流量为１４．８１９亿 ｍ３。
随着“精 细 农 业”（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ）的 提 出 和 发 展 ，土 壤 养 分 空 间 分 布 定 量 分 析 以 及 空 间 变 异 特 征 研 究 的 重 要 性 已 日 趋 显 现 ，并 受 到 世 界 各 国 学 者 的 普 遍 重 视 ，应 用 新 的 方 法 和 手 段 对 土 壤 养 分 空 间 变 异 性、空间分布特征及其影响因素的研究层 出 不 穷 。 ［１－５］ 目 前 ，我 国 有 众 多 学 者 对 耕 地 土 壤 养 分 元 素 空 间 进 行 了大量的研究，郭旭 东、范 夫 静 等 采 用 经 典 统 计 学 和 地统计学方法，并 结 合 ＧＩＳ 技 术 对 农 田 土 壤 养 分 的
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ＧＩＳ ａｎｄ ｇｅｏｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ，ｓｐａｔｉａｌ ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｏｐｓｏｉｌ （０—２０ｃｍ）ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｉｎ Ｋｕｑａ Ｃｏｕｎｔｙ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ，ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ，ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ，ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ａｎｄ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ａｒｅ ｍｏｄｅｒａｔwenku.baidu.com ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｓｐａｔｉａｌ ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｏｆ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ａｒｅ １９．１１％ ～６５．３４％ ．Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌｓ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ ａｎｄ ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｒｅ ｆｉｔｆｕｌ ｏｆ ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ， ｎｉｔｒｏｇｅｎ，ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ａｎｄ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｆｉｔ ｔｈｅ ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ ｍｏｄｅｌ．Ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ，ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ，ａｖａｉｌａｂｌｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ，ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ａｎｄ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｐｒｅｓｅｎｔ ａ ｍｏｄｅｒａｔｅ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｓｐａｔｉａｌ ａｕｔｏｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｄｕｅ ｔｏ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓｏｉｌ ｔｙｐｅ，ｓｏｉｌ ｔｅｘｔｕｒｅ ａｎｄ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ．Ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｐａｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ，ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ，ａｖａｉｌａｂｌｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｎｄ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｓｈｏｗｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｆｌａｋｙ ａｎｄ ｐａｔｃｈｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｕｔｈｅａｓｔ，ｄｅｃｒｅｍｅｎｔｅｄ ｆｒｏｍ ｓｏｕｔｈｅａｓｔ ｔｏ ｔｈｅ ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ，ｗｈｉｌｅ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｍａｉｎｌｙ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｐｌａｑｕｅｓ ｍａｓｓｉｖｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｎｏｒｔｈｅａｓｔ ｔｏ ｔｈｅ ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ．Ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｒｅａ，ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｓｐａｔｉａｌ Ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｔｏｐｓｏｉｌ Ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ ｉｎ Ｋｕｑａ Ｃｏｕｎｔｙ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＧＩＳ
ＹＡＮＧ Ｍｅｉｌｉｎｇ１，ＷＡＮＧ Ｘｕｅｍｅｉ １，２，ＬＵＯ Ｍｅｎｇｙｕａｎ１
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｇｅｏｇｒａｐｈｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｏｕｒｉｓｍ ，Ｘｉｎｊｉａｎｇ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｕｒｕｍｑｉ ８３００５４，Ｃｈｉｎａ；２．Ｘｉｎｊｉａｎｇ Ｕｙｇｕｒ Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｒｅｇｉｏｎ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｘｉｎｊｉａｎｇ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｌａｋｅ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｉｎ Ａｒｉｄ Ｚｏｎｅ，Ｕｒｕｍｑｉ ８３００５４，Ｃｈｉｎａ）
第 ２２ 卷 第 １ 期 ２０１５ 年 ２ 月
水土保持研究 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｓｏｉｌ ａｎｄ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ
Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．，２０１５
基于 ＧＩＳ的库车县耕层土壤养分空间变异研究
杨 美 玲１，王 雪 梅１，２，罗 梦 媛１
（１．新疆师范大学 地理科学与旅游学院，乌鲁木齐 ８３００５４； ２．新疆维吾尔自治区重点实验室 新疆干旱区湖泊环境与资源实验室，乌鲁木齐 ８３００５４）
摘 要：基于 ＧＩＳ和地统计学分析方法，对库车县 耕 层 土 壤 （０—２０ｃｍ）养 分 元 素 的 空 间 变 异 特 征 进 行 了 研 究 。 结 果 表明：有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾均为中等程度的空间变异性，变 异 系 数 为 １９．１１％ ～６５．３４％。 有 机 质 和 全氮的理论模型符合球状模型，碱解氮、有效磷和速效钾的理 论 模 型 符 合 指 数 模 型 。 有 机 质、全 氮、碱 解 氮、有 效 磷 和 速 效 钾 具 有 中 等 程 度 的 空 间 自 相 关 性 ，其 空 间 变 异 主 要 受 土 壤 类 型 、土 壤 质 地 以 及 施 肥 影 响 。 从 空 间 分 布 格 局 来 看 ，有 机 质 、全 氮 、碱 解 氮 和 速 效 钾 的 含 量 在 东 南 方 向 上 呈 现 明 显 的 片 状 和 斑 块 状 分 布 ，并 由 东 南 向 西 北 发 生 递 减 ，而 有 效 磷 主 要 呈 斑 块 状 分 布 ，其 含 量 在 西 南 方 向 高 于 东 北 方 向 ，研 究 区 耕 层 土 壤 养 分 总 体 呈 现 出 东 南 方 向 含 量 高 于 西 北 方 向 。 关 键 词 ：空 间 变 异 ；土 壤 养 分 ；耕 层 土 壤 ；库 车 县 中 图 分 类 号 ：Ｓ１５８．２；Ｓ１５８．５ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００５－３４０９（２０１５）０１－００６１－０５ DOI:10.13869/j.cnki.rswc.2015.01.012