植烟土壤肥力变异特征研究

论文摘要

土壤肥力状况是影响烟叶产量与质量的重要因素。因此,通过对植烟土壤肥力变异特征研究,并针对不同土壤肥力分布状况制定切实可行的烟草精准施肥技术措施,对确保烟草产业稳步发展,烟叶质量不断提高,烟农增产增收都具有重要的意义。随着地理信息系统(GIS)的广泛应用和地理学学科的发展,利用地统计学,结合GIS技术来研究土壤理化性状空间变异已成为目前的土壤学的研究热点之一。地理信息系统(GIS)具有较强的空间数据管理功能,地统计学则具有较强的空间分析功能,二者的结合可以取长补短,充分发挥各自的优势,揭示土壤肥力的空间变异特征。本研究以平顶山市郏县植烟区土壤为研究对象,通过对植烟土壤进行取样调查,对采集的49个土壤样品分析测定了pH、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾、有效铜、有效锌、有效铁、有效锰。在GIS的支持下,运用地统计学,揭示了研究区域土壤肥力指标的空间分布特征和变异规律。结果表明:1研究区植烟土壤肥力要素存在着一定程度的空间依存性,即具有空间变异结构特征。土壤肥力要素的空间变异随间距增大而增大,亦即半方差随空间距离增加而增加,且有基台值,这说明在变程a的采样间距内,采样点的测定值是空间相关的。土壤养分的变异系数范围在1.12%～37.4%之间,速效磷的变异系数最高,为37.4%,pH值的变异系数最低,为1.12%,其它大多数养分的变异系数属中等强度变异。全量养分的变异系数变化范围不大,说明全量养分在土壤中比较稳定,但速效养分变异程度较大。土壤中养分分布类型涉及到对土壤养分的正确评价。变异函数的计算一般要求数据符合正态分布,否则可能会使变异函数产生比例效应。在分布类型上,全为正态分布。2 11种(除全氮)土壤养分在一定的范围内观测值之间存在着空间相关性,其变异函数可用球状模型、指数模型拟合。全氮的空间变异与间距无关,存在纯块金效应,对于全氮,采样间距应小于100m。研究区植烟土壤呈碱性,土壤酸碱度空间变异较小。块金值与基台值的比值为22.3%,小于25%。由此可见,研究区植烟土壤酸碱度空间变异属于空间强相关,说明其结构性因素引起的空间变异性程度起主要作用。土壤有机质含量的块金值与基台值的比值为28.7%,具有中等空间相关性。研究区植烟土壤大量元素空间变异规律为:块金值与基台值的比值为速效氮＞全磷＞全钾＞速效磷＞速效钾。说明土壤中速效氮的空间分布变异性较差,而速效钾的空间变异性较强。速效氮、速效磷、全钾、速效钾、全磷的块金值与基台值的比值均在25%～50%,属于中等程度的空间相关,其异质性由结构性因素和随机性因素共同作用的结果。全氮的空间变异与间距无关,存在纯块金效应,对于全氮,采样间距应小于100m。微量元素空间变异规律为:块金值与基台值的比值为有效锰＞有效铜＞有效锌＞有效铁。其比值在5.5%～38.9%,速效铜、速效铁、速效锌的比值＜25%,属于强的空间相关性。变程在0.16～0.85km范围内。3针对今后研究土壤养分空间变异结构时,采样点的设置问题,研究了各土壤养分的合理取样数和土壤养分各向异性结构。结果表明:在一定精确度下各元素取样数量与其变异系数成正比,精确度的确定应根据土壤养分的实际平均浓度和临界水平来确定。11种土壤养分在不同方向上具有明显的各向异性结构特征,不同方向上其基台值、变程都存在一定差异,所以在不同的方向上采样密度也应有所不同。在小尺度距离上相对要多一点,在大尺度距离上相对少一点,这样才能保证在变程a范围内的变异函数值能准确反映区域化变量的空间变异性。为今后采样点的设置提供了一定的依据。4根据地统计学分析后所得到的变异函数理论模型,采用普通克立格法进行最优内插,绘制了各种土壤养分含量的空间分布格局图,可得到不同土壤养分含量的分布图、各级面积及比例,能对土壤养分的丰缺状况有整体性了解。Kriging插值的结果受变异函数模拟精度、样点的分布、邻近样点的选取数的影响。Kriging插值的结果表明:pH值处于偏碱水平,大部分地区的pH含量为7.9～8.1,有机质空间变异特征比较明显,表现为从东部向西部逐渐降低。碱解氮主要分布在中部以东和西南角地区,速效磷在研究区内的大部分地区处于偏低水平,中央地区稍好,速效钾则在研究地区含量处于较丰富的水平,在北部和中部及中部以东地区含量较高。研究区内速效铁处于严重偏低水平,有效锰含量呈现由东北向西南逐渐减少的趋势,含量处于中等偏高水平,有效铜含量处于中等偏高水平,东北偏高,西北偏低。有效锌含量分布较为复杂,空间结构性比较差,呈零星块状分布。含量处于偏低水平。Kriging插值结果进一步表明土壤表层养分含量具有高度的空间异质性,决定了空间格局的存在,养分含量的斑块的大小、形状及空间分布等具有显著的差异。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• 1 文献综述
• 1.1 土壤空间变异研究方法
• 1.1.1 传统统计分析方法
• 1.1.2 地统计学分析方法
• 1.2 地统计学的原理与方法
• 1.2.1 理论基础
• 1.2.2 研究方法
• 1.3 土壤肥力特性的空间变异
• 1.3.1 土壤物理性质
• 1.3.2 土壤化学性质
• 1.3.3 重金属元素及微量元素
• 1.3.4 土壤肥力特性空间变异的影响因素
• 1.4 存在的问题与展望
• 2 引言
• 3 材料与方法
• 3.1 研究区概况
• 3.2 样点布置与采样分析
• 3.3 研究方法和数据处理
• 3.3.1 研究方法
• 3.3.2 相关统计分析方法
• 4 结果与分析
• 4.1 土壤养分数据的统计分析
• 4.2 土壤养分的空间变异结构
• 4.2.1 在各向同性条件下的变异
• 4.2.2 在各向异性条件下的变异
• 4.3 土壤养分含量的空间分布格局及分析
• 4.3.1 pH值的空间分布及分析
• 4.3.2 有机质的空间分布及分析
• 4.3.3 全氮的空间分布及分析
• 4.3.4 碱解氮的空间分布及分析
• 4.3.5 全磷的空间分布及分析
• 4.3.6 速效磷的空间分布及分析
• 4.3.7 全钾的空间分布及分析
• 4.3.8 速效钾的空间分布及分析
• 4.3.9 有效铁的空间分布及分析
• 4.3.10 有效锰的空间分布及分析
• 4.3.11 有效铜的空间分布及分析
• 4.3.12 有效锌的空间分布及分析
• 4.4 土壤养分的合理取样数
• 5 结论与讨论
• 5.1 土壤养分的空间变异特征
• 5.2 土壤养分的空间分布
• 5.3 土壤采样点的设置
• 参考文献
• 英文摘要