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土壤养分空间变异与分区管理技术研究

黄绍文  
【摘要】: 管理好土壤养分,用好肥料,尤其是化肥,是关系到我国农业可持续发展的重大技 术问题。然而,目前我国土壤养分管理研究工作尚不深入,应用有关信息技术(GPS和 GIS)与更能反映田间实际状况的地统计学方法研究较大区域范围内土壤养分空间变异 与管理技术仍处于起步阶段,尤其是把土壤养分空间变异与推荐施肥结合起来的研究罕 见报道,以致于我国测土推荐平衡施肥技术仍未真正实现。本研究应用现代先进技术与 方法,在黄淮海平原选择河北省玉田县和山东省陵县两个试区(玉田县试区包括全县和 虹桥镇两个研究区域,陵县试区指国家“九五”攻关的陵县改碱实验区区域),研究土 壤养分的空间变异特征,探讨土壤养分分区管理的可行性,为发展适合我国小规模分散 经营体制下的作物高产优质分区平衡施肥技术提供理论基础。主要研究结果如下: 1.土壤养分状况初步评价 应用土壤养分综合系统评价法测定了取自玉田县和陵县试区耕层土壤样品的速效养 分含量,采用传统统计方法讨论了玉田县试区不同种植方式对土壤养分速效含量的影 响,评价了玉田县和陵县两试区粮田土壤养分状况。结果表明,不同种植方式对土壤养 分速效含量具有明显的影响,果、菜地土壤主要养分N、P、K、Mn、Fe等尤其是P、 K和Mn的速效含量明显高于粮地,因而种植方式和土壤肥料有关的管理历史是对土壤 养分进行宏观分区管理的一个重要依据。 不同试区粮田土壤主要养分限制因子明显不同,玉田县试区是N、P、K、Mn和Zn, 而陵县试区是N、K和Zn。两试区尤其是玉田县试区粮田土壤主要养分速效含量的分布 有一定的规律性,玉田县试区土壤OM(有机质)、N、P、K、Mn和Zn的测试结果集 中分布在相邻2~3个养分含量等级范围内,陵县试区土壤OM、N、P和Zn的测试结果 主要分布在1个或相邻2个养分含量等级范围内,而土壤K的测试结果分布范围比较分 散,因此,对玉田县试区粮田土壤N、P、K、Mn和Zn与陵县试区粮田土壤N、P和Zn 进行分区管理存在着可能性。 2.土壤养分的空间变异性 应用地统计学的半方差分析方法对玉田县和陵县两试区土壤养分速效含量的空间变 异结构进行了分析和探讨。结果表明,玉田县试区两研究区域土壤主要养分N、P、K、 Mn和Zn速效含量的空间变异性存在着良好的半方差结构,其含量的最大相关距离均较 大,其中玉田县全县粮田区域在25.3~105.1km之间,虹桥镇区域在4.3~5.7km之间,因 而两研究区域土壤主要养分速效含量均在较大范围内存在着空间相关性,具有较强的渐 变性分布规律,这一基本趋势对土壤养分分区管理是有利的。两研究区域的这5种土壤 主要养分速效含量的空间变异性程度有基本相同的趋势,土壤N由随机因素(施肥、作 物、管理水平等人为因素)引起的空间变异性占较大比重,其空间相关程度具有中等的 空间相关性;而土壤P、K、Mn和Zn的空间变异主要来自区域因素(土壤母质、地形、 气候等非人为因素),其空间相关程度具有强烈的空间相关性。 陵县试区土壤OM、N、Mn和Zn速效含量的空间变异性存在着半方差结构,其含 量均在一定范围内存在着空间相关性,具有较强或一定的渐变性分布规律。而本研究条 件(取样尺度)下各点之间土壤P和K含量均不存在空间相关性。显示对该试区进行土 壤养分分区管理相对要难一些。 3.土壤养分的空间格局 应用地统计学的Kropng插值法和土壤养分综合系统评价法的养分含量分级标准, 对土壤养分速效含量的空间分布特征进行了研究。结果表明,玉田县试区两个研究区域 的粮田上壤OM、P、K、Mn和 Zn含量均呈现较明显的空间分布格局,对其虹桥镇粮 田可分别分成2、3、2、2和2个养分分区,玉田县全县粮田可依次分成2、3、3、3和 2个养分分区,因而对土壤主要养分N(一般在推荐氮肥用量时,主要考虑OM的含量)、 P、K。Mn和 Zn进行乡(镇)级和县级分区管理均可行。在GIS支持下,玉田县全县 粮田土壤OM含量为较低和中等级别的面积分别占粮田总面积的 38.3%和 61.4%,土壤 卜含量属极缺和一般缺乏级别的分别占 ZI刀%和 42二%,土壤 K含量为较低和一般缺乏 级别的分别占 37刀%和 59.8%,土壤Mn含量属极缺和一般缺乏级别的分别占 20.8%和 60.8%,土壤 Zn含量为极缺和一般缺乏级别的分别占 26.9%和 65.6%。 陵县试区土壤 OM、P和 Zn等含量呈现较明显的空间分布格局,对其可分别分成 3、 3和1个养分分区,而土壤K的空间分布较分散,与目前农户小地块钾肥用量差异大等 有关,对其进行养分分区要复杂一些。上壤K空间分布规律性差的原因有待于进一步探 讨。 4.土壤养分空间变异的影响因素 对种植方式、肥料使用、士壤类型、土壤颗粒组成与土壤养分之间关系进行了初步 分析。结果显示,土壤养分尤其是P、K等的空间变异与不同种植方式下的肥料使用情 况密切相关,果、菜地肥料N、PZO。和 K。O用量明显高于粮地,其中巳O。和 K。O用量 与上壤P和K速效含量之间的关系能很好地用曲线或直线方程拟合:在小麦-玉


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