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基于地统计学的江苏省环太湖地区土壤肥力质量演变特征研究

徐茂  
【摘要】: 江苏省环太湖地区是我国工农业生产发达的地区之一。长期的人类活动导致区域土壤物质循环方式和强度发生剧烈变化,生态环境问题日趋严重。研究现行条件下区域土壤肥力空间变化及时间演变,对人为调控和定向培育土壤肥力,改善土壤生态环境,促进区域农业和社会的可持续发展具有重要的现实意义。本研究以江苏省环太湖地区的苏州市、无锡市和常州市所辖范围的12个县市为研究对象,以研究区内八十年代初第二次全国土壤普查的2737个土壤样点数据和2004年相同地点的土壤调查数据为基础,运用数学统计分析方法,以GIS技术为支撑,分析了研究区域土壤肥力质量的单因子及综合肥力质量指数特性的时空变异特征,并进一步探讨了不同土壤类型和不同类型成土母质对土壤肥力质量特性时空演变的主要影响。研究结果表明: (1)2004年,研究区土壤pH平均值为6.6,其中环太湖地区东北部土壤pH值相对较高,南部pH值则相对较低;全区土壤有机质和全氮的平均含量分别为24.84g/kg和1.58g/kg,土壤有机质和全氮含量具有不同程度的空间自相关性。有机质、全氮含量的小尺度(随机)变异性较强,分别占其系统总变异的30.31%、29.39%,表现出中等强度的空间自相关性;研究区土壤速效磷和速效钾含量平均值分别为11.10mg/kg、96.82mg/kg,其中全区94.14%面积的土壤速效磷含量在3mg/kg以上,而土壤速效钾含量多在80~100mg/kg之间。土壤速效磷和速效钾含量均表现为中等强度的空间自相关性,速效磷空间变异的自相关强度和空间自相关距离均明显小于速效钾,而速效钾空间变异的各向同性范围要明显大于速效磷;对土壤肥力质量综合评价结果表明,研究区域土壤肥力质量指数在0.83~2.21之间,整体肥力状况较好,处于Ⅱ级和Ⅲ级水平,土壤肥力质量的空间分布具有一定的差异性,具体表现为中西部地区高于东部地区。 (2)不同土壤亚类的pH、有机质、全氮、速效钾和速效磷的空间变化在0.01水平上均有显著差异(p<0.01),土壤类型对土壤肥力质量因子空间变化的影响程度排序为:pH>>有机质>全氮>速效钾>速效磷;不同母质的pH、有机质、全氮、速效钾和速效磷的空间变化在0.01水平上均有显著差异(p<0.01),土壤母质对土壤肥力质量因子空间变化的影响程度排序为:pH>>有机质>速效钾>速效磷>全氮。 (3)与八十年代初全国第二次土壤普查时相比,研究区土壤pH值下降明显,平均降幅为0.33,速效钾含量呈持平和局部下降趋势,有机质、全氮、速效磷含量多数区域都有所增高,平均增幅分别为2.49g/kg、0.19g/kg、4.54mg/kg。土壤pH值下降区域面积占总面积的79.12%,降幅较大(>1.0)的地区主要集中在武进、吴县和昆山三市,其中武进市降幅最大;有机质含量在金坛、昆山和溧阳三市上升幅度较大;吴江、太仓、武进和宜兴等地土壤有机质含量呈下降趋势,其中在吴江市降幅最大;土壤全氮含量在中西部地区升幅较高,该区除吴江市、吴县市和太仓市少部分地区维持原来的等级以外,其余地区都有不同程度的上升;研究区土壤速效磷含量升幅最大的区域主要分布于宜兴市的南部和无锡市西北部,而在武进市东部地区土壤速效磷含量有少量减少;太仓和张家港的土壤速效钾含量下降最为明显,降幅分别为12.41mg/kg和10.38mg/kg。研究区土壤肥力质量总体上以上升为主,土壤肥力综合指数升幅主要集中在0~0.5之间,其中宜兴市南部、武进市西北部和东南部、常熟市东部和西部以及锡山市西部土壤肥力上升幅度较大;土壤肥力质量下降较大的区域主要分布在吴江市南部,其面积为17.8km~2,仅占研究区域总面积的0.13%。 (4)不同土壤类型的土壤肥力质量因子时间演变分析表明,黄红壤各肥力因子变化最为强烈,pH平均降幅最大,有机质、全氮、速效磷和速效钾含量的平均升幅也最大;灰潮土除速效磷和速效钾含量的平均变化幅度较大外,pH、有机质含量和全氮含量的平均变幅都较小;普通黄棕壤和粘盘黄棕壤的有机质、全氮、速效磷和速效钾含量均呈上升趋势。在水稻土各亚类中,有机质、全氮、速效磷和速效钾含量总体上均呈上升趋势,而除侧渗型水稻土pH值平均变幅上升外,其它各亚类pH均呈不同程度的下降趋势;不同母质类型的土壤肥力质量因子时间演变分析表明,第四纪红色粘土和人工堆积物上发育的土壤各肥力因子变化最为强烈。石英砂岩发育土壤的各肥力因子变化趋势均以上升为主。黄土发育的土壤的各肥力因子除pH呈小幅下降外,其它肥力因子均以上升为主要趋势;河湖相沉积物发育的土壤pH下降幅度较大,速效养分升幅也较大,有机质和全氮含量变化较小;河流冲积物和湖积物上发育的土壤的各肥力因子与其它类型的母质发育的土壤相比变化幅度为中等。 以上研究结果表明在类似太湖地区大小的中等尺度范围内,完全可以应用地统计学方法系统分析区域土壤肥力质量的空间变化和时间演变特征,探讨土壤肥力质量空间变化和时间演变的主要影响因素,为区域土壤质量管理和决策提供理论依据。研究结果也表明在过去的20多年中,该地区采取的农业措施从总体上来说是有助于改善土壤肥力和促进农业生产持续发展的。


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