不同类型植烟土壤有机质含量的空间变异特征

江苏农业科学２０１２年第４０卷第４期　一３２１一　贺　凡，常　栋，刘国顺，等．不同类型植烟土壤有机质含量的空间变异特征［Ｊ］．江苏农业科学，２０１２，４０（４）：３２１—３２３　不同类型植烟土壤有机质含量的空间变异特征　贺　凡　，常栋　，刘国顺　，叶协锋　，张双双　，张轩槐　，屈建康。　（１．河南农业大学国家烟草栽培生理生化研究基地，河南郑州４５０００２；２．四川省烟草公司普格县分公司，四川普格６１５３００；　３．四川省烟草公司凉山州公司，四川凉山６１５０００）　摘要：基于地统计方法和ＧＩＳ技术，研究了凉山烟区紫色土和沙壤土有机质含量的空间变异性，并绘制了空间分　布图。结果表明：紫色土和沙壤土有机质含量的变异系数分别为４５．２４％和３２．９８％，均为中等程度变异。Ｍｏｒａｎ’ｓ　Ｉ　指数和半方差函数分析显示，２种类型土壤有机质含量均具有中等强度的空间相关性，紫色土和沙壤土Ｃ。／（Ｃ。＋Ｃ）　分别为３０．９％和３０．６％，变程分别为６１．８　ｍ和３５．７　ｍ，紫色土的空间自相关范围略大于沙壤土，空间异质性较强。　Ｋｒｉｇｉｎｇ插值结果显示２种类型土壤有机质含量均呈现明显的渐变性分布规律。　关键词：烟草；紫色土；沙壤土；有机质含量；空间变异；地统计学　中图分类号：Ｓ１５８．３　文献标志码：Ａ　文章编号：１００２—１３０２（２０１２）０４—０３２１—０３　现代烟草农业的发展与对植烟土壤的研究是分不开的。　壤土样品８１个。取样点的经纬度坐标在ＡｒｃＧＩＳ中利用高　土壤具有高度的空间变异特性，如果缺乏对土壤养分背景值　斯一克吕格变化处理转换为大地坐标，方便采样点土壤有机　及空间变异情况的了解，长期使用单一的施肥量和施肥模式，　质空间变异的分析。　会造成植烟土壤部分区域的肥料浪费，并且降低烟田土壤的　采集的土样带回实验室内自然风干，磨碎、过筛后备用，　质量，因此近些年植烟土壤的空间变异性成为了研究热点。　采用重铬酸钾一外加热法测定土壤有机质含量　］。　土壤有机质是评价土壤肥力和土壤质量的重要指标，一直也　１．３数据处理　是土壤领域研究的热点…。国内外众多学者对土壤有机质　本研究采用ＳＰＳＳ　１７．０进行描述统计分析和Ｋ—Ｓ正态　的空间差异性进行了大量研究。王淑英等　］、朱红霞等　］、　分布检验。若数据不成正态分布则进行转换，使之符合正态　赵军等　、杨奇勇等　就不同尺度下有机质的空间变异性进　分布。采用Ｇｓ＋ｆｏｒ　Ｗｉｎｄｏｗｓ　３．０地统计学软件进行空间自　行了研究；白雪等　、张如龙等　研究了地区性有机质的空　相关分析、半方差函数计算、理论模型拟合和Ｋｒｉｇｉｎｇ插值分　间变异；但是对不同土壤类型有机质的空间变异分析的报道　析，图层的编辑和输出在ＡｒｃＧＩＳ　９．３中完成。　很少。笔者借助地统计方法和ＧＩＳ技术对四川省凉山州２种　不同植烟土壤有机质含量的空间变异特征进行了研究。　２结果与分析　１材料与方法　２．１　土壤有机质含量的描述性统计和正态分布性检验　通过ＳＰＳＳ　１７．０对２地土壤有机质含量实测数据进行描　１．１研究区域概况　述性统计分析，结果（表１）表明，会理县研究区域紫色土有机　本研究设置了四川省凉山州会理县紫色土和普格县沙壤　质含量平均值为８．８９　ｇ／ｋｇ，普格县研究区域沙壤土有机质含　土２种代表性植烟土壤。全州光热资源丰富，年日照２　１４９～　量平均值为５１．７Ｏ　ｇ／ｋｇ，２种土壤类型有机质含量差异较大；　２　６８８　ｈ，气温年较差小，日较差大，年平均气温１５．３　ｏＣ，　紫色土较为贫瘠，有机质含量很低，而沙壤土保肥能力强，有　≥１０℃年有效积温５　１４６～６　０００℃，无霜期２７６　ｄ；雨量充沛，　机质含量丰富。变异系数（ＣＶ）可以表示土壤指标观测值变　年降水量９１０—１　２５０　ｍｍ；冬春干旱，夏秋多雨，雨热同季，昼晴　异性的大小，一般认为ｃ　≤１０％属于弱变异性，１０％＜ＣＶ＜　夜雨，十分有利于优质烟叶的生长发育及干物质积累。　１００％属于中等变异性，Ｇ　≥１００％属于强变异性　］。会理县　１．２样品采集与分析　和普格县２地土壤有机质含量的变异系数分别为４５．２４％和　２０１０年３月中旬，分别在会理县弹冠烟点试验区和普格　３２．９８％，说明２种土壤类型的有机质含量均为中等变异性。　县文平烟点试验区进行土壤样品的采集工作。利用ＧＰＳ定　本试验依据Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ—Ｓｍｉｒｏｎｏｖ（Ｋ—Ｓ）正态分布检验　位技术，采用２５　ｍ间隔的网格法取土壤样品。采样时以网格　概率（Ｐ　一　）进行正态分布检验，Ｐ　一　＞０．０５时，数据呈正态　点为圆心、在５　ｍ半径的范围内采集１Ｏ钻０—２０　ｃｍ的耕层　分布。２种土壤类型有机质ＰＫ—ｓ值分别为０．４９和０．６１，符　土壤，组成代表该点的混合样本，共采集紫色土样品８８个、沙　合正态分布，可以进行地统计分析。　２．２　土壤有机质含量Ｍｏｒａｎ’Ｓ　Ｉ指数分析　收稿日期：２０１２一Ｏ１一Ｏ８　通过对土壤指标Ｍｏｒａｎ’Ｓ　Ｉ系数的分析可以定量研究土　基金项目：“金攀西”优质烟叶开发项目（编号：３０２００１１７）。　壤指标在空间上的自相关性。其取值在一１～１之间，Ｍｏｒａｎ’ｓ　作者简介：贺凡（１９８７一），男，河南新乡人，硕士研究生，主要从事　Ｉ值大于１时表示变量在空间上呈现正相关，小于１时表示变　烟草栽培生理生化研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｈｅｆａｎ．８７＠１６３．ｃｏｒｎ。　量在空间上呈现负相关，等于０则表示变量的空间自相关性　通信作者：刘国顺，教授，博士生导师。Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｉｕｇｓｈ１８５１＠１６３．ｃｏｒｎ。　小或空间随机变异大　。通过对Ｍｏｒａｎ’ｓＩ系数与步长结合　一３２２一　江苏农业科学２０１２年第４０卷第４期　注：ＰＫ—ｓ＞０．０５表示服从正态分布。　研究，可以看出不同类型土壤有机质含量的空间自相关性变　Ｏ．０８　化”　，便可得到２种植烟土壤类型有机质含量的空间相关变　化情况。研究结果显示：会理县紫色土有机质含量的正相关　距离约为５２　ｍ，大于５２　ｍ时呈负相关性，且空间自相关性较　０．Ｏ６　◆　◆　名０ｇ　．０４　－　０．０２　‘　◆　Ｉ　１大；普格县沙壤土有机质含量的正相关距离约为４０　ｍ，在４０　～９４　ｍ之间呈负相关，大于９４　ｍ时又表现为正相关。普格　．Ｏ　０　０．Ｏ２　．　●　Ｉ　Ｉ　。　２０　４０　６Ｏ．　８Ｏ　◆　，一、　１００　Ｉ　县沙壤土有机质含量的Ｍｏｒａｎ’ｓ　Ｉ值在步长大于３０　ｍ后都较　接近于０，说明普格县沙壤土有机质含量在步长大于３０　ｍ时　空间自相关性很小。综合上述分析可知，２种土壤类型有机　．０．０４　Ａ．普格县沙壤土　０３　．◆　。２．＿　◆　质含量均具有一定的空间自相关性，会理县紫色土的空间自　相关性较强，随距离变化也较大；普格县沙壤土的空间自相关　Ｈ　－　性较小，随距离变化较小。由此可知会理县紫色土的结构性　较好，普格县沙壤土的结构性较差。　２．３　土壤有机质含量半方差分析　．－◆　　．．　０Ｉ　．５０￣　◆ｌｏｏ，　】　。２．地统计学是一种以区域变化变量理论为基础，以半方差　函数为主要工具，研究在空间分布上既有随机性又有结构性　Ｂ．会理县紫色土　图１　土壤有机质含量的Ｍｏｒａｎ’ｓ　Ｉ指数　或空间相关和依赖性的自然现象的分析方法　。地统计学　被应用到土壤研究中后，逐渐成为了描述土壤特性空间变异　量均符合指数模型，其决定系数分别为０．９５４和０．９８９，残差　分别为０．６３９和７．２０２，表明拟合效果较好；由图２可看出，它　们的变异函数曲线变化比较平稳，表明在整个尺度上各种生　态过程同等重要　“　。　的重要手段之一¨ｌ　。运用Ｇｓ＋地统计学软件对２种类型　土壤有机质含量进行了半方差函数分析（表２），并绘制半方　差函数图（图２）。从表２可以看出，２￣ｐ１１土壤类型有机质含　表２土壤有机质含量的半方差函数参数及检验　块金值Ｇｎ表示随机部分的空间异质性，是由试验误差和　小于试验取样尺度引起的变异，较大的块金方差值表明较小　尺度上的某种过程不容忽视；基台值（ｃ０＋ｃ）表示系统内的　总变异，包括结构性变异和随机性变异，基台值越高，表示系　统总的空间异质性越高。块金值／基台值也称块金效应，反映　土壤性质的空间依赖性，可表明系统变量空间相关性的程　度　。块金效应小于０．２５时，空间相关性强；在０．２５—０．７５　步长（ｍ）　Ａ．会理县紫色土　之问，空间相关性中等；大于０．７５时，空间相关性弱。由表２　可知，沙壤土的块金值和基台值均大于紫色土，说明沙壤土由　试验误差和小于试验取样尺度引起的变异和系统内的总变异　均较紫色土大。紫色土和沙壤土的块金系数（块金效应）分　别为０．３０９和０．３０６，说明２种土壤均具有中等程度的空间相　关性。变程反映变量空间自相关范围的大小，它与取样尺度　上影响土壤有机质含量的各种生态过程相联系　。会理县　紫色土的变程为６１．８　ｍ，普格县沙壤土的变程为３５．７　ｍ，超　出这个距离，土壤有机质含量就不再表现出空间自相关性，这　个结论与Ｍｏｒａｎ’Ｓ　Ｉ指数的研究结论相符。紫色土的变程大　Ｂ．普格县沙壤土　图２土壤有机质含量的半方差函数　于沙壤土，说明紫色土的空间相关范围较沙壤土大，其空间异　质．陛较强。　贺凡等：不同类型植烟土壤有机质含量的空间变异特征　－．——３２３－－——　２．４　土壤有机质含量Ｋｒｉｇｉｎｇ插值分析　０．３０６；紫色土有机质含量的空间相关范围较沙壤土大，变程　分别为６１．８　ｍ和３５．７　ｍ。会理县紫色土研究区东北部和西　南部有机质含量较高，东南部和中东部则较低；普格县沙壤土　有机质含量在研究区东北部和中部出现高值，在西北部及东　南部少部分地区较低。　通过对２种类型植烟土壤有机质含量的空间变异特征的　研究，可以看出不同土壤类型有机质含量的空间变异特征有　较大的差异，针对不同土壤类型的有机质空间变异特征的研　究可以为精准施肥提供理论依据。　经典统计分析不能直观地表现出土壤有机质含量的空间　分布和空问变异结构，利用地统计学理论，根据半方差函数模　型，采用普通克里格法进行空间插值分析，生成土壤有机质含　量的空间分布图，可以进一步了解２种植烟土壤类型有机质　含量的空间特征。结果（图３）表明，２种土壤有机质含量均　呈现较明显的渐变性分布规律。其中，会理县紫色土有机质　含量以研究区东北部和西南部较高，在９．９２～１４．４８　ｇ／ｋｇ之　间，东南部和中东部较低，在２．９１—７．９５　ｇ／ｋｇ之间，西北部　及中部有机质含量中等；普格县沙壤土有机质含量以研究区　东北部和中部较高，在５５．３８～８５．ｏ４昏／ｋｇ之间，西北部及东　南部少部分地区较低，在８．５１～４５．２２　ｇ／ｋｇ之间，中部地区　含量中等。对比２种土壤的有机质含量分布图，可以发现会　理县紫色土的有机质含量较低，当地应多施绿肥以提高土壤　的有机质水平；而普格县沙壤土的有机质含量较高，这与当地　烟农长期翻压绿肥改善了土壤质地有关。　＿３０　３２～４５．２２　－４５　２２～５５　３８　５５　３８～６７　３１　６７．６１～８５　０４　Ａ．会理县紫色上　Ｂ．普格县沙壤土　图３　２种土壤有机质含量的空间分布　３结论　本试验应用ＧＩＳ和地统计学相结合的方法，对会理县紫　色土和普格县沙壤土２种土壤类型有机质含量的空问变异规　律进行了研究，结论如下：（１）会理县紫色土有机质含量平均　为８．８９　ｇ／ｋｇ，普格县沙壤土有机质含量平均为５１．７Ｏ　ｇ／ｋ只。　２种类型土壤有机质含量差异较大。会理县紫色土有机质含　量的变异系数为４５．２４％，普格县沙壤土的变异系数为３２．　９８％，均为中等程度变异。（２）Ｍｏｒａｎ’Ｓ　Ｉ指数分析显示，会理　县紫色土的正相关距离为５２　ｉｎ，普格县沙壤土的正相关距离　为４２　ｍ，普格县沙壤土有机质含量在步长大于３０　ｍ时空间　自相关性很小。（３）半方差函数分析和Ｋｒｉｇｉｎｇ插值显示，２　种类型土壤有机质含量均具有中等的空间相关性，会理县紫　色土和普格县沙壤土有机质含量的块金系数分别为０．３０９和　参考文献：　［１］黄昌勇．土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