基于GIS和地统计学的土壤养分时空变异分析
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Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｇｅｏｓｔａｔｉｓｔｉｅｓ；ＡｒｃＧｌＳ；ｓｏｉｌ ｎｕ捉童ｅｎｔｓ；ｔｅｍｐｏｒａｌ—ｓｐａｔｉａｌ ｖａｒ主ａｂｉｌｉｔｙ；Ｋｒｉｇｉｎｇ
土壤是～个时空连续的变异体，具有高度的空间异质性。不论在大尺度上还是在小尺度上观察，土 壤的空间异质性均存在…。２０世纪７０年代地统计学引入到土壤学科中，被证明是分析土壤特性空间
收稿日期：２００６一０６一１９
修圆日期：２００６一１２—２８
基金项目：江西省自然科学基套项目（０３３００６５、０６３００５０）和江西省科技攻关项目（［２００４］２１１号）
作者简介：麓敏（１９７ｌ一），女，讲师。博士研究生，崴要从事土地评价和土地信息系统研究；＋通讯作者：赵小敏，教
授，博士生导烬。
万方数据
Ｔ曲．１
表ｌ 土壤募分瑾瓷模鳖鞍掬痉参数
耽ｅ ｔｈｅｏｒｙ ｍｏｄｅｌｓ ｏｆ￥ｏｎ ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ翮ｄ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｐ矗腿ｍｅｔｅｒｓ
研究表明，Ｋｒｉｇｉｎｇ插值结果受变异函数模型的模拟精度、样点的分布和邻近样点的选取数等多种 因素的影响…。本次研究采样点数比第２次土壤普查少，在位置上靠近第２次土壤普查剖面点，但由 于均为规则采样方法，Ｋｒｉｇｉｎｇ掇值的标准均方根预测误差均在Ｏ．９８一１．０ｌ之间，两者并笼较大差别， 这也说嗳棱魄传统懿攉值方法，Ｋｒｉｇｉｎｇ擂值并不要求大的数据量。
表明所有数据均服从正态分布或对数正态分布。同时在ＡｒｃＧＩＳ中进行各养分组成在不同方向上的变
化趋势预测，结果表明各养分分别存在着零阶或二阶的趋势。ＡｒｃＧＩＳ对趋势效应的处理方法是先在变
异函数建模时去掉它，而后在克里格预测时把它追加回来。
在此基础上，利用ＡｒｃＧＩＳ提供的Ｏｒｄｉｎａｒｙ Ｋｒｉ舀ｎｇ方法，首先绘制实际半变异函数曲线，然后选择
第２期
夏敏等：基于ＧＩＳ和地统计学的土壤养分时空变异分析
·３１３·
分布特征及其变异规律最为有效的方法之一［２】。利用地统计学进行土壤养分空间变异的研究较为多 见，但基于不同时间的对比研究还不多见¨１。此外，土壤研究涉及大量的空间和属性数据，而ＧＩＳ可以 将这些数据存贮管理起来并实时处理，这对地统计学的空间分析无疑是一种极大的帮助。目前，一些 ＧＩｓ软件平台如ＡｒｃＧＩｓ、ｓｕｐｅｒＭａｐ等都提供了地统计学模块，可以用于土壤养分时空变异研究中。
用均匀网格法，按２ ｋｍ×２ ｋｍ的密度设置网格，并尽量靠近第２次土壤普查剖面点，采用差分式ＧＰＳ
定位，采集了１３４个土壤样点（采样深度为０～１５ ｃｍ）。经过风干、研磨和过筛处理，分析了土壤有机 质、全氮、碱解氮、速效磷和速效钾等养分指标。其中有机质采用重铬酸钾氧化一外加热法、全氮采用半
微量开氏法、速
封丘县位于河南省北部，地处北纬３４。５３’一３５。１４ ７，东经１１４。１４’一１１４０４５’。全县区域面积ｌ ２２０．５
ｋｍ２，其中除黄河河道之外的土地面积为１ ０９９．１ ｋｍ２。属于北暖温带半干旱性季风气候区，年平均气
温１３．９℃，平均降水量６２６ ｍｍ，全年无霜期２１４ ｄ。农作物生长季节的积温较高，能满足作物一年两
第２９卷第２期 ２００７年４月
江西农业大学学报 Ａｃｔａ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔａｔｉｓ Ｊｉａｎｇｘｉｅｎｓｉｓ
文章绩号：ｌ∞ｏ一２２弱（２∞７）既一Ｇ３１２一０６
Ｖ０１．２９，Ｎｏ．２ Ａｐｒ．，２００７
基于ＧＩＳ和地统计学的土壤养分 时空变异分析
夏敏１，赵小敏¨，张佳宝３，朱安宁３，刘友兆１
关键词：地统计学；ＡｒｃＧＩＳ；土壤养分；时空变化；Ｋｒｉｇｉｎｇ 中整分类号：Ｓ１５９。２ 文数榕谖码：矗
ｍｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｅｍｐｏｒａｌ—ｓｐａｔｉａｌ Ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｏｎ Ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ ｉｎ Ｆｅｎｇｑｉｕ Ｃｏｕｎｔｙ
ＸＩＡ麓ｉｎｌ，ＺＨＡ０ Ｘｉａｏ—ｍｉｎ孙，
ｐ氧溯ｓ鑫矗蠢鑫ｖ鑫ｉｌａ§ｌｅ ｐ。耋ａｓｓｉｎｍ主藏ｓｏ鑫ｓ疆芏蠡ｅｅ蠢Ｆｅ秘ｇ《ｉｕ Ｃｏｕｎ嗲ｆ醅ｏｖｅｆ ２０ ｙｅａ鹅。霉湛ｅ您ｓ珏ｌ￡ｓ ｓ纛ｏｗｅｄ ｔ囊采凌ｅ
ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｓｏｉｌ ｏ鹅ａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ，ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ，ａｖａｉｌａｂｌｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ，ａｖａｉｌａｂｌｅ ｐｈｏｓｐｈｏＩ．ｕｓ ｈａＶｅ ｇｏｎｅ ｌｌｐ，ｂｕｔ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｈａｓ ｃｏｍｅ ｄｏｗｎ ｒａｐｉｄｌｙ． Ｔｈｅｓｅ ｃｈａｎｇｅｓ ａｒｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ａｎｄ ｌａｎｄ． Ｉｔ ｉｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒ ａｎｄ ｔｅｍｐｏｒａｌ—ｓｐａｔｉａｌ ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｏｉｌ ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ ｃａｎ ｂｅ ｄｉｓｅｏｖｅｒｅｄ ｅｆ耗ｃｌｉｖｅｌｙ ｂｙ ａｐｐｌｙｉ毪ｇ ｇｅｏｇｒａｐｈｉｅ ｉ鞋岛ｒｌｎ８ｌｉｏｎ ｓｙｓ把ｌ魏８ｎｄ ｇｅｏｓｔａｔｉｓｔｉｅｓ￥ｎｅｔｈｏｄｓ。
以封丘县土壤图为基础，首先在ＡｒｃＭａｐ中通过对第２次土壤普查土壤养分图数字化，获得１９８３
年各样点定位数据及属性数据；再把本次采样点差分ＧＰＳ定位数据和养分测定值（存储于ＡＣＣＥＳＳ中）
导人ＡｒｃＭａｐ中，获得２００３年样点数据，共同存储于样点数据库中，作为Ｋｒｉｇｉｎｇ插值的基础数据。
本文所采用的地统计学方法为Ｋｒｉｇｉｎｇ插值法，它是建立在变异函数理论及结构分析基础上，在有
几个模型分别进行拟合，通过交叉验证，从中选择最优的理论模型，最后生成各养分含量的表面预测图，
万方数据
·３１４·
江西农业大学学报
第２９卷
其半方差函数理论模型及相关参数见表１。一般认为块金值代表随机变异的量，而基台值代表变量空
闻变异的结构性方差，块金系数是块金值与基台值的毙僮，按照区域化变爨空阕摆关性程度的分级标
效磷采用碳酸氢
钠浸提一钼锑抗 比色法、速效钾
采用乙酸铵浸提
一火焰光度法测
定。第２次土壤
普查和本次研究
样点如图１所 示。 １．３ 数据处理
Ｆｉｇ．１
图１ １９８３、２００３年土壤调查样点分布
Ｄｉｓｔｒｉｂｕ“ｏｎ ｏｆ ｓｏｉｌ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｐｏｉｎｔｓ ｉｎ １９８３ ａｎｄ ２００３
与统计分析
１０００００
９００００ ８０ ００Ｉｏ
表２土壤养分质量评徐措檬等级划分 Ｔａｂ．２ Ｃｌ鞋ｓｓｅｓ ｏｆ ｓｏｉＩ ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ ｑｕａｌｉｔｙ
为了量化土壤养分高低的变化，按照本次研究项目制定土壤养分质量评价标准（表２），将Ｋｒ讲ｎｇ 插值图转化为分级别等值线网，运用ＡｒｃＧＩＳ的空闻分析模块，通过叠加分析并提取等级变化区域，获得 ２０年来主壤莽分的级裂变纯豳。
限区域内对区域化变量的取值进行无偏最优估计的一种方法。该方法一般要求数据符合正态分布， ＡｒｃＧＩｓ的Ｇｅｏｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｔ模块虽然提供了多种分析工具，但在数据量较大时没有专业统计分析软
件使用方便，因此本文采用ｓＰＳＳ软件的Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ—Ｓｍｉｍｏｖ法对各养分数据进行正态分布检验，结果
２ 结果分析
２．１±壤有机质时空变化趋势分析 １９ｓ３年封丘县主壤有枕爨含量整体壤低，处于三级稳邂级水平，以霆级为主，占总嚣积的９７。８８％。
２００３年土壤有机质含量有髓鼹上升，特别是中部，有机质含鬣主要为二级翻三级承平，分剐占总面积的 １５．４６％和８１．３３％，其余为四级水平。由图２可知，原来的四级土壤有机质含量有较大幅度的变化，由 四级上升为三级的土壤面积占总面积的８０．３６％，由四级上升为二级的则占１４．３１％；原来的三级土壤
熟的要求，主要粮食作物包括小麦、玉米、水稻、大豆等。土壤类型以潮土为主。
１．２土样采集与测定
研究收集了封丘县第２次全国土壤普查和区域土壤研究的资料，包括土壤志、土壤类型图、土壤养
分图、土壤分析数据集以及剖面的分布地点等；在可能地区还收集了一些历史土壤样品，同时收集了被 调查县ｌ：５０ ０００（或１：１００ ０００）的地形图、土地利用现状图等作为参考。在此基础上，于２００３年底，采
万方数据
第２期
疑敏等：基于ＧＩＳ朔地统计学的土壤养分时空变异分析
·３１５·
有机质含量变化不大，由三级上升为二级的土壤面积占总面积的１．１５％；其余约４．１８％土壤有机质含 量未发生变化，在巨２中反浚势叁色区域。封丘昙±壤有褫凄增加的原因主要是近年来有橇惩麓用数 量和质量蹴过去有所增加，龙其是作物秸秆还露面积增大，作物秸秆由过去主要尾作燃料转变为主要用 作肥料、饲料，从而使秸秆还田的比例大大增加，促进了土壤有机质品质的改善和数量的提高。
ＺＨＡＮＧ Ｊｉａ—ｂａ０３，ＺＨＵ Ａｎ—ｎｉｎ９３，ＬＩＵ Ｙｏｕ—ｚｈａ０１
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｌａｎｄ Ａ耋ａｎａｇｅｌｎｅｎｔ，ＮＡＵ，Ｎ８ｎｊｉｎｇ ２ｌ００９５，Ｃｈｉｎａ；２。Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｌａ珏ｄ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎ。 ｖｉｌ珏珏ｍｅｎｔ，ｊＡ籽，Ｎ＆ｎｅ囊８ｎｇ ３３≤泠４５，￡董薹ｉｎａ；３．１魅ｓｌｉ￡珏ｔｅ ｏｆ Ｓｏ越Ｓｃｉｅ珏ｅｅ，Ｃ量｜ｉｎｅｓｅ轰ｅ８蠢ｅｍｙ《Ｓｅｉｅ投ｅｅｓ，疆髓＋ ｊｉｎｇ ２ｌＯ００８，Ｃｈｉｎａ）
本文应用２００３年封丘县土壤养分状况调查资料，结合１９８３年第２次土壤普查资料，运用ＧＩＳ软件 ＡｒｃＧＩＳ的Ｇｅｏｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｔ模块与Ｓｐａｔｉａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ模块，分析近２０年来封丘县土壤养分含量水平、 分布以及演变趋势。
１ 研究区概况与研究方法
１．１研究区自然概况
（１。鸯寒农鼗大学公荚管毽攀陵，江苏鸯寒２ｌ００９５；２。汪嚣农馥大学藿±资源与繇境学浣，注嚣露基３３涮５；
３．中国科学院离东土壤研究所，没苏南京２ｌＯ００８）
摘要：运用ＡｒｃＧＩｓ的地统计学和空间分析模块，研究了封丘县２０年前后土壤表层有机质、全氮、碱解氮、速效 磷和速效钾５种养分的含量水平、分布以及演交趋势。研究结果淡鳃，封丘县土壤莉机质含量明显上升，氮素 舂簧积累；磷豢毒秀寿终，泼势为主；瞧速效铎会豢怠副下降，这登变讫与努丘县长漤泼来懿麓料施餍舞主缝枣ｊ 用有关。遨糟鲍理信息系统和地统计学方法能够很好地模拟±壤莽分的空间分布特征，便于研究者窟观翘发 现土壤养分时空变化趋势。
图２ １９８３、２００３年土壤有机质分级图及级别变化
Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｃｌａｓｓ ｍ８ｐ ｏｆ ｔｈｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ ｉｎ ｌ ９８３ ａｎｄ ２００３ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｍａｐ ｏｆ ｃｌａ８ｓｅｓ
２．２±壤垒氮毂碱解氮爵塑变讫趋势分挢
Βιβλιοθήκη Baidu
１９８３年封丘县土壤全氮含量主 要为五级和六级水平，其中溉级土壤 面积占总面积的６４．４２％。２００３年有 所提高，主要药西级季曩五级水平，其中 西级承平±壤占７２。０９％。潮图４可 知，四级和越级土壤全氮含撼均有一 定的提高，其中六级上升为四级占 ２４。０５％，六级上升为五级占１１．５３％， 五级上舞秀蹰级占４８。甜％，其余寒 变化。全氮含量的增加与大量增施优 质有机肥有关，因为土壤全氮与有机 质之间有极显著的相关性，二者含量 均呈上升趋势是合理的。豳３反映了
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｇｅｏｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｓｐａｔｉａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ＡｒｃＧＩＳ ｗｅｒｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｉｎＶｅｓ￡ｉ＿ ｇａｔｅ ｔｌｌｅ ｔｅｍｐｏｒａｌ—ｓｐａｔｉａｌ ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｏ聘ａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ，ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ，ａＶａｉｌａｂｌｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ，ａＶａｉｌａｂｌｅ ｐｈｏｓ。
准，块金系数小予２５％说舞系统具有强烈的空间摆关性，在２５％一５％之闻裘瞬系统具有中等酶空闻相
关性，大于７５％时则说明系统空间相关性较弱阳】。由表ｌ可见，大部分养分含量具有中等程度的空间
相关性，只有速效磷含量在２年份的块金系数都较大，这说明一些随机因素如施肥、耕作措施、种植制度
等人为活动对其分布影响较大¨，。
土壤是～个时空连续的变异体，具有高度的空间异质性。不论在大尺度上还是在小尺度上观察，土 壤的空间异质性均存在…。２０世纪７０年代地统计学引入到土壤学科中，被证明是分析土壤特性空间
收稿日期：２００６一０６一１９
修圆日期：２００６一１２—２８
基金项目：江西省自然科学基套项目（０３３００６５、０６３００５０）和江西省科技攻关项目（［２００４］２１１号）
作者简介：麓敏（１９７ｌ一），女，讲师。博士研究生，崴要从事土地评价和土地信息系统研究；＋通讯作者：赵小敏，教
授，博士生导烬。
万方数据
Ｔ曲．１
表ｌ 土壤募分瑾瓷模鳖鞍掬痉参数
耽ｅ ｔｈｅｏｒｙ ｍｏｄｅｌｓ ｏｆ￥ｏｎ ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ翮ｄ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｐ矗腿ｍｅｔｅｒｓ
研究表明，Ｋｒｉｇｉｎｇ插值结果受变异函数模型的模拟精度、样点的分布和邻近样点的选取数等多种 因素的影响…。本次研究采样点数比第２次土壤普查少，在位置上靠近第２次土壤普查剖面点，但由 于均为规则采样方法，Ｋｒｉｇｉｎｇ掇值的标准均方根预测误差均在Ｏ．９８一１．０ｌ之间，两者并笼较大差别， 这也说嗳棱魄传统懿攉值方法，Ｋｒｉｇｉｎｇ擂值并不要求大的数据量。
表明所有数据均服从正态分布或对数正态分布。同时在ＡｒｃＧＩＳ中进行各养分组成在不同方向上的变
化趋势预测，结果表明各养分分别存在着零阶或二阶的趋势。ＡｒｃＧＩＳ对趋势效应的处理方法是先在变
异函数建模时去掉它，而后在克里格预测时把它追加回来。
在此基础上，利用ＡｒｃＧＩＳ提供的Ｏｒｄｉｎａｒｙ Ｋｒｉ舀ｎｇ方法，首先绘制实际半变异函数曲线，然后选择
第２期
夏敏等：基于ＧＩＳ和地统计学的土壤养分时空变异分析
·３１３·
分布特征及其变异规律最为有效的方法之一［２】。利用地统计学进行土壤养分空间变异的研究较为多 见，但基于不同时间的对比研究还不多见¨１。此外，土壤研究涉及大量的空间和属性数据，而ＧＩＳ可以 将这些数据存贮管理起来并实时处理，这对地统计学的空间分析无疑是一种极大的帮助。目前，一些 ＧＩｓ软件平台如ＡｒｃＧＩｓ、ｓｕｐｅｒＭａｐ等都提供了地统计学模块，可以用于土壤养分时空变异研究中。
用均匀网格法，按２ ｋｍ×２ ｋｍ的密度设置网格，并尽量靠近第２次土壤普查剖面点，采用差分式ＧＰＳ
定位，采集了１３４个土壤样点（采样深度为０～１５ ｃｍ）。经过风干、研磨和过筛处理，分析了土壤有机 质、全氮、碱解氮、速效磷和速效钾等养分指标。其中有机质采用重铬酸钾氧化一外加热法、全氮采用半
微量开氏法、速
封丘县位于河南省北部，地处北纬３４。５３’一３５。１４ ７，东经１１４。１４’一１１４０４５’。全县区域面积ｌ ２２０．５
ｋｍ２，其中除黄河河道之外的土地面积为１ ０９９．１ ｋｍ２。属于北暖温带半干旱性季风气候区，年平均气
温１３．９℃，平均降水量６２６ ｍｍ，全年无霜期２１４ ｄ。农作物生长季节的积温较高，能满足作物一年两
第２９卷第２期 ２００７年４月
江西农业大学学报 Ａｃｔａ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔａｔｉｓ Ｊｉａｎｇｘｉｅｎｓｉｓ
文章绩号：ｌ∞ｏ一２２弱（２∞７）既一Ｇ３１２一０６
Ｖ０１．２９，Ｎｏ．２ Ａｐｒ．，２００７
基于ＧＩＳ和地统计学的土壤养分 时空变异分析
夏敏１，赵小敏¨，张佳宝３，朱安宁３，刘友兆１
关键词：地统计学；ＡｒｃＧＩＳ；土壤养分；时空变化；Ｋｒｉｇｉｎｇ 中整分类号：Ｓ１５９。２ 文数榕谖码：矗
ｍｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｅｍｐｏｒａｌ—ｓｐａｔｉａｌ Ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｏｎ Ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ ｉｎ Ｆｅｎｇｑｉｕ Ｃｏｕｎｔｙ
ＸＩＡ麓ｉｎｌ，ＺＨＡ０ Ｘｉａｏ—ｍｉｎ孙，
ｐ氧溯ｓ鑫矗蠢鑫ｖ鑫ｉｌａ§ｌｅ ｐ。耋ａｓｓｉｎｍ主藏ｓｏ鑫ｓ疆芏蠡ｅｅ蠢Ｆｅ秘ｇ《ｉｕ Ｃｏｕｎ嗲ｆ醅ｏｖｅｆ ２０ ｙｅａ鹅。霉湛ｅ您ｓ珏ｌ￡ｓ ｓ纛ｏｗｅｄ ｔ囊采凌ｅ
ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｓｏｉｌ ｏ鹅ａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ，ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ，ａｖａｉｌａｂｌｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ，ａｖａｉｌａｂｌｅ ｐｈｏｓｐｈｏＩ．ｕｓ ｈａＶｅ ｇｏｎｅ ｌｌｐ，ｂｕｔ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｈａｓ ｃｏｍｅ ｄｏｗｎ ｒａｐｉｄｌｙ． Ｔｈｅｓｅ ｃｈａｎｇｅｓ ａｒｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ａｎｄ ｌａｎｄ． Ｉｔ ｉｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒ ａｎｄ ｔｅｍｐｏｒａｌ—ｓｐａｔｉａｌ ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｏｉｌ ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ ｃａｎ ｂｅ ｄｉｓｅｏｖｅｒｅｄ ｅｆ耗ｃｌｉｖｅｌｙ ｂｙ ａｐｐｌｙｉ毪ｇ ｇｅｏｇｒａｐｈｉｅ ｉ鞋岛ｒｌｎ８ｌｉｏｎ ｓｙｓ把ｌ魏８ｎｄ ｇｅｏｓｔａｔｉｓｔｉｅｓ￥ｎｅｔｈｏｄｓ。
以封丘县土壤图为基础，首先在ＡｒｃＭａｐ中通过对第２次土壤普查土壤养分图数字化，获得１９８３
年各样点定位数据及属性数据；再把本次采样点差分ＧＰＳ定位数据和养分测定值（存储于ＡＣＣＥＳＳ中）
导人ＡｒｃＭａｐ中，获得２００３年样点数据，共同存储于样点数据库中，作为Ｋｒｉｇｉｎｇ插值的基础数据。
本文所采用的地统计学方法为Ｋｒｉｇｉｎｇ插值法，它是建立在变异函数理论及结构分析基础上，在有
几个模型分别进行拟合，通过交叉验证，从中选择最优的理论模型，最后生成各养分含量的表面预测图，
万方数据
·３１４·
江西农业大学学报
第２９卷
其半方差函数理论模型及相关参数见表１。一般认为块金值代表随机变异的量，而基台值代表变量空
闻变异的结构性方差，块金系数是块金值与基台值的毙僮，按照区域化变爨空阕摆关性程度的分级标
效磷采用碳酸氢
钠浸提一钼锑抗 比色法、速效钾
采用乙酸铵浸提
一火焰光度法测
定。第２次土壤
普查和本次研究
样点如图１所 示。 １．３ 数据处理
Ｆｉｇ．１
图１ １９８３、２００３年土壤调查样点分布
Ｄｉｓｔｒｉｂｕ“ｏｎ ｏｆ ｓｏｉｌ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｐｏｉｎｔｓ ｉｎ １９８３ ａｎｄ ２００３
与统计分析
１０００００
９００００ ８０ ００Ｉｏ
表２土壤养分质量评徐措檬等级划分 Ｔａｂ．２ Ｃｌ鞋ｓｓｅｓ ｏｆ ｓｏｉＩ ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ ｑｕａｌｉｔｙ
为了量化土壤养分高低的变化，按照本次研究项目制定土壤养分质量评价标准（表２），将Ｋｒ讲ｎｇ 插值图转化为分级别等值线网，运用ＡｒｃＧＩＳ的空闻分析模块，通过叠加分析并提取等级变化区域，获得 ２０年来主壤莽分的级裂变纯豳。
限区域内对区域化变量的取值进行无偏最优估计的一种方法。该方法一般要求数据符合正态分布， ＡｒｃＧＩｓ的Ｇｅｏｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｔ模块虽然提供了多种分析工具，但在数据量较大时没有专业统计分析软
件使用方便，因此本文采用ｓＰＳＳ软件的Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ—Ｓｍｉｍｏｖ法对各养分数据进行正态分布检验，结果
２ 结果分析
２．１±壤有机质时空变化趋势分析 １９ｓ３年封丘县主壤有枕爨含量整体壤低，处于三级稳邂级水平，以霆级为主，占总嚣积的９７。８８％。
２００３年土壤有机质含量有髓鼹上升，特别是中部，有机质含鬣主要为二级翻三级承平，分剐占总面积的 １５．４６％和８１．３３％，其余为四级水平。由图２可知，原来的四级土壤有机质含量有较大幅度的变化，由 四级上升为三级的土壤面积占总面积的８０．３６％，由四级上升为二级的则占１４．３１％；原来的三级土壤
熟的要求，主要粮食作物包括小麦、玉米、水稻、大豆等。土壤类型以潮土为主。
１．２土样采集与测定
研究收集了封丘县第２次全国土壤普查和区域土壤研究的资料，包括土壤志、土壤类型图、土壤养
分图、土壤分析数据集以及剖面的分布地点等；在可能地区还收集了一些历史土壤样品，同时收集了被 调查县ｌ：５０ ０００（或１：１００ ０００）的地形图、土地利用现状图等作为参考。在此基础上，于２００３年底，采
万方数据
第２期
疑敏等：基于ＧＩＳ朔地统计学的土壤养分时空变异分析
·３１５·
有机质含量变化不大，由三级上升为二级的土壤面积占总面积的１．１５％；其余约４．１８％土壤有机质含 量未发生变化，在巨２中反浚势叁色区域。封丘昙±壤有褫凄增加的原因主要是近年来有橇惩麓用数 量和质量蹴过去有所增加，龙其是作物秸秆还露面积增大，作物秸秆由过去主要尾作燃料转变为主要用 作肥料、饲料，从而使秸秆还田的比例大大增加，促进了土壤有机质品质的改善和数量的提高。
ＺＨＡＮＧ Ｊｉａ—ｂａ０３，ＺＨＵ Ａｎ—ｎｉｎ９３，ＬＩＵ Ｙｏｕ—ｚｈａ０１
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｌａｎｄ Ａ耋ａｎａｇｅｌｎｅｎｔ，ＮＡＵ，Ｎ８ｎｊｉｎｇ ２ｌ００９５，Ｃｈｉｎａ；２。Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｌａ珏ｄ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎ。 ｖｉｌ珏珏ｍｅｎｔ，ｊＡ籽，Ｎ＆ｎｅ囊８ｎｇ ３３≤泠４５，￡董薹ｉｎａ；３．１魅ｓｌｉ￡珏ｔｅ ｏｆ Ｓｏ越Ｓｃｉｅ珏ｅｅ，Ｃ量｜ｉｎｅｓｅ轰ｅ８蠢ｅｍｙ《Ｓｅｉｅ投ｅｅｓ，疆髓＋ ｊｉｎｇ ２ｌＯ００８，Ｃｈｉｎａ）
本文应用２００３年封丘县土壤养分状况调查资料，结合１９８３年第２次土壤普查资料，运用ＧＩＳ软件 ＡｒｃＧＩＳ的Ｇｅｏｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｔ模块与Ｓｐａｔｉａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ模块，分析近２０年来封丘县土壤养分含量水平、 分布以及演变趋势。
１ 研究区概况与研究方法
１．１研究区自然概况
（１。鸯寒农鼗大学公荚管毽攀陵，江苏鸯寒２ｌ００９５；２。汪嚣农馥大学藿±资源与繇境学浣，注嚣露基３３涮５；
３．中国科学院离东土壤研究所，没苏南京２ｌＯ００８）
摘要：运用ＡｒｃＧＩｓ的地统计学和空间分析模块，研究了封丘县２０年前后土壤表层有机质、全氮、碱解氮、速效 磷和速效钾５种养分的含量水平、分布以及演交趋势。研究结果淡鳃，封丘县土壤莉机质含量明显上升，氮素 舂簧积累；磷豢毒秀寿终，泼势为主；瞧速效铎会豢怠副下降，这登变讫与努丘县长漤泼来懿麓料施餍舞主缝枣ｊ 用有关。遨糟鲍理信息系统和地统计学方法能够很好地模拟±壤莽分的空间分布特征，便于研究者窟观翘发 现土壤养分时空变化趋势。
图２ １９８３、２００３年土壤有机质分级图及级别变化
Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｃｌａｓｓ ｍ８ｐ ｏｆ ｔｈｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ ｉｎ ｌ ９８３ ａｎｄ ２００３ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｍａｐ ｏｆ ｃｌａ８ｓｅｓ
２．２±壤垒氮毂碱解氮爵塑变讫趋势分挢
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１９８３年封丘县土壤全氮含量主 要为五级和六级水平，其中溉级土壤 面积占总面积的６４．４２％。２００３年有 所提高，主要药西级季曩五级水平，其中 西级承平±壤占７２。０９％。潮图４可 知，四级和越级土壤全氮含撼均有一 定的提高，其中六级上升为四级占 ２４。０５％，六级上升为五级占１１．５３％， 五级上舞秀蹰级占４８。甜％，其余寒 变化。全氮含量的增加与大量增施优 质有机肥有关，因为土壤全氮与有机 质之间有极显著的相关性，二者含量 均呈上升趋势是合理的。豳３反映了
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｇｅｏｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｓｐａｔｉａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ＡｒｃＧＩＳ ｗｅｒｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｉｎＶｅｓ￡ｉ＿ ｇａｔｅ ｔｌｌｅ ｔｅｍｐｏｒａｌ—ｓｐａｔｉａｌ ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｏ聘ａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ，ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ，ａＶａｉｌａｂｌｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ，ａＶａｉｌａｂｌｅ ｐｈｏｓ。
准，块金系数小予２５％说舞系统具有强烈的空间摆关性，在２５％一５％之闻裘瞬系统具有中等酶空闻相
关性，大于７５％时则说明系统空间相关性较弱阳】。由表ｌ可见，大部分养分含量具有中等程度的空间
相关性，只有速效磷含量在２年份的块金系数都较大，这说明一些随机因素如施肥、耕作措施、种植制度
等人为活动对其分布影响较大¨，。