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洞庭湖区耕地土壤养分评价与空间变异性研究

刘伟  
【摘要】:伴随着粮食安全保障和精准农业的兴起,土壤性质的空间变异研究越来越受到重视。土壤空间变异性的研究,能够使人们更好地理解土壤肥力形成过程以及土壤—作物相互关系的重要性,进行土壤空间变异研究对推动精确农业的实施、控制农业面源污染具有重要意义。作者以洞庭湖区典型县市-沅江市为研究对象,在地理信息系统(GIS)和地统计学理论的支持下,对县域范围的水田耕作层土壤采集2948个样点,分析其养分状况,评价土壤肥力水平,并对其空间变异特征进行研究,力图为指导配方施肥、实施精确农业和控制农业面源污染提供科学依据。主要结论如下: (1)研究区水田土壤肥力状况整体良好。土壤pH在4.23-8.57之间,其中77.04%的样点呈现碱性;土壤有机质含量在5.23~70.32g/kg之间,其中59.90%的样点有机质含量丰富;土壤碱解氮含量在44.21~277.00mg/kg之间,其中76.22%的样点碱解氮含量丰富;土壤速效钾含量在37.44~1282.OOmg/kg之间,其中26.25%的样点速效钾含量丰富,45.18%的样点速效钾含量处在中等水平以下;土壤缓效钾含量在22.51~2439.69mg/kg之间,其中27.44%的样点缓效钾含量丰富,51.19%的样点缓效钾含量处在中等水平以下;土壤有效磷含量在0.33~576.84mg/kg之间,其中51.19%的样点有效磷含量丰富。 6种养分指标(pH、有机质、碱解氮、速效钾、缓效钾、有效磷)的变异系数均在10%-100%之间,处于中等变异水平。土壤pH与有机质、碱解氮之间存在极显著的相关性,与缓效钾、有效磷之间存在不显著的相关性,与速效钾之间存在极显著的负相关性,土壤有机质、碱解氮、速效钾、缓效钾、有效磷之间均存在极显著的正或负相关性。 (2)利用主成分分析方法,研究了水田土壤肥力形成过程,并应用综合主成分值对各样点进行了分级评价。主成分分析表明,洞庭湖区水田土壤肥力形成过程中最重要的是土壤有机质和氮素肥力的形成,土壤有机质和氮含量越高,则等级越高,土壤越肥沃。分级结果表明,土壤肥力较高的一等地和二等地比例为34.3%,中等偏上的三等地比例为50.3%,土壤肥力较差的四等地和五等地比例为15.4%,总体来讲,洞庭湖区水田土壤肥力水平整体状况良好,土壤肥力较好的土地占总体的84.6%,适宜发展优势作物。研究结果为区域化管理和精确农业的实施提供了科学依据。 (3)研究区水田土壤B、Cu、Zn、Fe和Mn5种微量元素含量均服从正态分布,但变程差异较大,在1.13~25.58km之间;Mn与Fe的含量分布符合指数模型,Zn、Cu和B的含量分布符合球状模型;Mn的空间相关性受人为因素影响较小,B、Cu和Zn的空间相关性受人为因素影响较大;Cu与Fe的含量在研究区中间部分最高,总体分布趋势由东北部向西南部逐渐降低,Zn的含量分布总体趋势由西部向东部逐渐降低,B的含量分布总体趋势由西南部向东北部逐渐降低;沅江市土壤微量元素富集、质量良好,无重大污染区,适宜发展优势农产品产业。 (4)研究区土壤有机质和碱解氮含量服从正态分布,速效钾、缓效钾、有效磷、pH经过对数(Log)转换后服从正态分布。土壤pH的块金效应小于25%,空间相关性强,有机质、碱解氮、缓效钾的空间相关性中等,速效钾、有效磷的空间相关性弱。根据决定系数得出,pH符合球状模型,速效钾符合高斯模型,有机质、碱解氮、缓效磷、有效磷符合指数模型。 土壤pH分布特征为由东北向西南逐渐降低,土壤有机质、碱解氮由西北部向东南部逐渐降低,速效钾含量分布特征与土壤pH呈相反趋势,由东北部向西南部逐渐升高;土壤缓效钾含量西北部含量较低;土壤有效磷含量整体稳定,个别斑块含量较低。 (5)研究区水田土壤养分存在明显的空间分异。洞庭湖南部土壤为第四纪红土母质发育,土壤pH较低,主要呈现酸性;西北部为洞庭湖腹地,土壤由长江和沅水冲积和沉积物母质发育而成,土壤有机质、碱解氮含量丰富,土壤肥沃。因此,农业生产中应充分注意空间分异特点,在优势农作物选取,农业生产管理、面源污染控制等方面采取措施,促进土壤肥力形成,控制对农业发展产生不利影响,从而为精准农业发展提供良好的基础,使农业向着高产、高效的可持续道路发展。


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