湘南紫色丘陵耕作區(qū)土壤肥力質(zhì)量空間變異研究

廖超林，劉杰，張楊珠，黃運(yùn)湘，周衛(wèi)軍

土壤肥力質(zhì)量與作物生產(chǎn)能力、糧食安全、生態(tài)環(huán)境及人類(lèi)健康密切相關(guān)[1]。土壤肥力質(zhì)量的動(dòng)態(tài)變化能反映土壤管理的變化[2]，與其分布地區(qū)的自然環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件有關(guān)[3]。同時(shí)具有時(shí)空分異特征[4]。鑒于土壤肥力質(zhì)量在土地資源開(kāi)發(fā)利用和農(nóng)業(yè)發(fā)展中的特殊作用，開(kāi)展對(duì)土壤肥力質(zhì)量的空間變異研究，對(duì)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的合理種植，簡(jiǎn)約施肥及耕地可持續(xù)利用管理具有現(xiàn)實(shí)意義。

地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法是研究空間變異性的一種重要方法，已被廣泛地應(yīng)用于土壤主要肥力指標(biāo)的空間變異研究中。據(jù)已有研究結(jié)果表明，土壤有效磷的空間變異系數(shù)比其他指標(biāo)大，屬于中等或強(qiáng)變異程度[5]，有機(jī)質(zhì)、全氮、有效鉀的變異屬于中等強(qiáng)度，pH值則具有弱的空間變異程度[6]。土壤肥力質(zhì)量仍然是我國(guó)土壤質(zhì)量研究的核心內(nèi)容之一。目前對(duì)土壤肥力質(zhì)量的研究主要集中在土壤養(yǎng)分平衡、時(shí)空變化特征、趨勢(shì)分析與預(yù)測(cè)、肥力(養(yǎng)分)質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)等方面[7-9]，其特點(diǎn)表現(xiàn)為理論研究較多，應(yīng)用研究較少。關(guān)于土壤肥力質(zhì)量空間變異研究，蔡崇法等采用GIS技術(shù)研究了鄉(xiāng)鎮(zhèn)域土壤肥力評(píng)價(jià)的方法和過(guò)程，分析了土壤肥力變化原因[3]；崔瀟瀟采用地統(tǒng)計(jì)技術(shù)評(píng)價(jià)了北京郊區(qū)大興土壤肥力質(zhì)量演變[10]。不同土地利用方式必然對(duì)土壤養(yǎng)分的變化產(chǎn)生重要影響[11]，因而土壤肥力質(zhì)量也會(huì)發(fā)生很大變化。研究耕作區(qū)尤其是南方紫色丘陵區(qū)不同土地利用方式土壤肥力質(zhì)量變化規(guī)律，探討土地利用方式對(duì)土壤質(zhì)量的影響，分析農(nóng)用地利用方式變化引發(fā)的土壤質(zhì)量變化，對(duì)指導(dǎo)該區(qū)耕地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整和可持續(xù)利用具有實(shí)踐價(jià)值。

紫色土是中國(guó)南方，特別是湖南、四川等省的重要耕地土壤[12]。紫色土肥力高，土層發(fā)育淺薄，土質(zhì)風(fēng)化度低，受土地利用方式影響較大。不同土地利用方式改變土壤微生態(tài)環(huán)境，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)庫(kù)和土壤肥力水平變化[13]。土壤養(yǎng)分是土壤質(zhì)量變化最基本的表征和核心研究?jī)?nèi)容[14]。本文選擇湘南典型紫色丘陵區(qū)，采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)、GIS和GPS相結(jié)合的方法，在分析土壤主要單項(xiàng)肥力要素的空間變異基礎(chǔ)上，結(jié)合Fuzzy綜合評(píng)價(jià)法和普通Kriging插值法研究了紫色丘陵耕作區(qū)不同土地利用土壤肥力質(zhì)量空間變異規(guī)律，為該區(qū)合理規(guī)劃、開(kāi)發(fā)土壤資源、進(jìn)行科學(xué)施肥、合理種植以及提高水土資源利用效率提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

實(shí)驗(yàn)所在的永州市屬中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，平均氣溫17.2℃，年平均無(wú)霜期為275d，積溫為5457℃，年平均日照數(shù)為1677 h，熱量條件比較優(yōu)越；年降水量為1390 mm，集中在春夏兩季，降水年際變化較大。實(shí)驗(yàn)地位于祁陽(yáng)縣文富市鎮(zhèn)坪陽(yáng)甸村（東經(jīng) 111°50′16.4''-111°50′31.8''，北緯 26°45'33.2''-26°45'20.9''）約13.49 hm2的連片紫色丘陵耕作小區(qū)，區(qū)內(nèi)土壤均為紫色砂頁(yè)巖發(fā)育而成的石灰性紫色土。

1.2 土壤樣品的采集與分析

本研究采樣在考慮樣點(diǎn)等距分布的前提下，土樣采集結(jié)合土地利用類(lèi)型、地貌單元及植被，按旱地、荒地和水田進(jìn)行表土（0cm-20 cm）隨機(jī)采樣。每個(gè)土樣以取土點(diǎn)為中心，在10 m半徑內(nèi)取5點(diǎn)混合而成，同時(shí)用GPS(GARMIN 72)記錄中心點(diǎn)位置，記錄其經(jīng)緯度坐標(biāo)及高程，并詳細(xì)記錄采樣點(diǎn)周?chē)木坝^(guān)信息。在地形相對(duì)復(fù)雜處加大采樣密度，共采集土壤樣品29個(gè)，其中包括旱耕地土壤7個(gè)，主要種植花生、果樹(shù)及蔬菜；拋荒地土壤6個(gè)，主要為低矮灌叢、雜草及裸露地，水田為沖於田或梯田，土樣16個(gè)，主要種植水稻。樣點(diǎn)分布如圖1。

所有樣品經(jīng)風(fēng)干、剔除雜質(zhì)和研磨后，分別過(guò)10目和100目篩，用于土壤理化性質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定，分析方法均采用常規(guī)分析方法[15]。

1.3 土壤肥力質(zhì)量綜合指數(shù)的計(jì)算

1.3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)篩選 因土壤肥力形成機(jī)制較復(fù)雜，不同學(xué)者對(duì)土壤肥力內(nèi)涵和外延的理解不同，其評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)也不盡一致。作為土壤肥力評(píng)價(jià)，應(yīng)以土壤的養(yǎng)分含量為主[16]。本研究針對(duì)南方土壤特性，基于選擇的通用性、實(shí)用性、有效性和敏感性原則，按照因子對(duì)土壤生產(chǎn)力的影響，選取有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀等8個(gè)土壤肥力評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立南方紫色丘陵區(qū)土壤肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

1.3.2 土壤肥力質(zhì)量Fuzzy綜合評(píng)判法 本研究肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)根據(jù)模糊數(shù)學(xué)（Fuzzy）和多元統(tǒng)計(jì)分析原理分別計(jì)算各肥力指標(biāo)的隸屬度和權(quán)重系數(shù)，再利用加乘法原則得出綜合肥力指標(biāo)值 (Integrated Fertility Index，IFI)[17]。IFI取值范圍為0-1，其值越高，表明土壤肥力質(zhì)量越好。

隸屬度函數(shù)實(shí)際是所要評(píng)價(jià)的肥力指標(biāo)與作物生長(zhǎng)效應(yīng)曲線(xiàn)(S型曲線(xiàn)或直線(xiàn))之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式，它可以將肥力評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化，轉(zhuǎn)變成范圍為0-1的無(wú)量綱值 (即隸屬度)。隸屬度函數(shù)通常有兩類(lèi)，分別是S型隸屬度函數(shù)和拋物線(xiàn)型隸屬度函數(shù)，其函數(shù)表達(dá)式為：

S型隸屬度函數(shù)：

通過(guò)建立各個(gè)參評(píng)指標(biāo)的隸屬函數(shù)模型，計(jì)算其隸屬度值。本研究除了pH值采用拋物線(xiàn)型隸屬度函數(shù)外，其他肥力指標(biāo)可采用S型隸屬度函數(shù)。根據(jù)湘南地區(qū)土壤肥力特性、作物品種特點(diǎn)以及相關(guān)研究的結(jié)果[18]，確定隸屬函數(shù)曲線(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)的取值（表1），其中pH值在拋物線(xiàn)型隸屬度函數(shù)曲線(xiàn)中轉(zhuǎn)折點(diǎn)的相應(yīng)取值為：x1=4.0，x2=5.5，X3=7.5，x4=8.5。

表1 S型隸屬度函數(shù)曲線(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)取值

1.3.3 單項(xiàng)肥力指標(biāo)權(quán)重的確定 首先將所有樣點(diǎn)各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的測(cè)定值錄入SPSS軟件，求單項(xiàng)肥力質(zhì)量指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)（R2），建立各肥力質(zhì)量指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)矩陣；然后計(jì)算各因子與其他因子相關(guān)系數(shù)的平均值；求出該平均值占所有肥力質(zhì)量指標(biāo)相關(guān)系數(shù)平均值之和的百分率即為該單項(xiàng)肥力質(zhì)量指標(biāo)在表征土壤肥力質(zhì)量中的貢獻(xiàn)率，由此可以得出各項(xiàng)肥力指標(biāo)的權(quán)重[19]。所得權(quán)重值見(jiàn)表2。

表2 土壤肥力評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

1.3.4 土壤養(yǎng)分質(zhì)量綜合指標(biāo)值的確定 以模糊數(shù)學(xué)中的加乘法原則為原理，利用各項(xiàng)肥力指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)和隸屬度值，計(jì)算土壤綜合肥力指數(shù)（integrated fertility index,IFI），具體計(jì)算公式如下：

式中：Ni—第i項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度值；Wi——第i項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。

參考湘南土壤肥力質(zhì)量的實(shí)際狀況，以土壤綜合肥力指數(shù)IFI作為依據(jù)，按照等距法[20]，將土壤肥力劃分為5個(gè)等級(jí)（表3）。

1.4 地統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)處理方法

本研究主要采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)中的半方差函數(shù)及其模型，半方差函數(shù)的塊金系數(shù)、基臺(tái)值和變程等重要參數(shù)可以用來(lái)表征區(qū)域化變量在一定尺度上的空間變異和相關(guān)程度，它是研究土壤特性空間變異的關(guān)鍵，同時(shí)也是進(jìn)行Kriging插值的基礎(chǔ)[21]。半方差函數(shù)表達(dá)式如下：

表3 土壤綜合肥力指數(shù)（IFI）分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

其中γ(h)為半變異函數(shù)值；h是空間向量；N(h)是間距等于h的點(diǎn)對(duì)數(shù)；Z(x)是區(qū)域化變量Z在位置xi的實(shí)測(cè)值；Z(xi+h)是與xi距離為h處樣點(diǎn)的值；以h為橫坐標(biāo)，γ(h)為縱坐標(biāo)作圖，即為半方差圖[22]。

運(yùn)用MapInfo7.0軟件將采樣區(qū)的邊界進(jìn)行矢量化，且將各采樣點(diǎn)的位置及其數(shù)據(jù)導(dǎo)入ArcGIS中，以獲得樣點(diǎn)分布的空間數(shù)據(jù)庫(kù)和樣點(diǎn)分布圖(圖1)，通過(guò)關(guān)鍵字段與分析數(shù)據(jù)之間實(shí)現(xiàn)連接，作為普通Kriging插值的源屬性數(shù)據(jù)。最后運(yùn)用Cross-Validation交叉驗(yàn)證選擇合適的Kriging插值模型，并進(jìn)行驗(yàn)證和對(duì)各參數(shù)進(jìn)行修正，以得到最合理的土壤肥力指標(biāo)及土壤肥力質(zhì)量分布等值區(qū)圖。

1.5 合理采樣數(shù)量計(jì)算

合理采樣數(shù)量取決于養(yǎng)分要素自身空間變異程度和對(duì)數(shù)據(jù)精度的要求[23]。本研究采用針對(duì)區(qū)域隨機(jī)取樣而構(gòu)造的最佳取樣數(shù)量計(jì)算公式計(jì)算各土壤樣本容量[24]，公式為：N=t2a/2(df)×(CV/K)2，其中，N為需要的取樣數(shù)量；ta/2(df)為 t分布特征值，CV為變異系數(shù)；K是與測(cè)定值和期望值之差有關(guān)的系數(shù)，由CV決定，當(dāng)CV＜10%，CV=10%～20%，CV=20%～30%，CV＞30%時(shí)，K值分別取5%，10%，20%和30%。本研究在95%置信水平允許誤差為10%的要求下，需采集的樣本數(shù)有一定的區(qū)別。有機(jī)質(zhì)和全磷較高，分別為18和13，最低的速效鉀為 2，pH、堿解氮、速效磷分別為 5、11、8；全氮及全鉀為9，均小于本研究采集樣本數(shù)29個(gè)，表明本研究采樣點(diǎn)數(shù)量已滿(mǎn)足置信度95%，相對(duì)誤差10%的要求。

2 結(jié)果與討論

2.1 紫色丘陵區(qū)土壤肥力指標(biāo)統(tǒng)計(jì)特征分析

如表4所示，紫色丘陵區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀的含量變化范圍分別為 3.0 g/kg-39.9 g/kg、0.3 g/kg-2.7 g/kg、0.5 g/kg-0.8 g/kg、14.6 g/kg-25.9 g/kg；而堿解氮、有效磷、速效鉀含量和pH值分別在22.48 mg/kg-201.98 mg/kg、2.40 mg/kg-12.61 mg/kg、54.25 mg/kg-178.86 mg/kg 和6.1-8.5之間；研究區(qū)所有養(yǎng)分偏度檢驗(yàn)值接近于0，而峰度檢驗(yàn)值在1.93-2.71，pH值則最大，為9.06，表明土壤養(yǎng)分的分布變化范圍較廣，測(cè)定數(shù)據(jù)中全鉀和有效鉀服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，其他養(yǎng)分均服從正態(tài)分布；pH和全磷變異系數(shù)分別為5.7%和9.2%，據(jù)變異系數(shù)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)[25]，屬于弱變異；其他養(yǎng)分變異系數(shù)在15.1%和65.5%之間，屬于中等變異。

表4 土壤養(yǎng)分描述性統(tǒng)計(jì)

2.2 土壤肥力指標(biāo)空間變異特征分析

在ArcGIS地統(tǒng)計(jì)模塊中，對(duì)各肥力指標(biāo)選取各種半方差模型進(jìn)行擬合，并對(duì)預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行了顯著性檢驗(yàn)和比較，比較標(biāo)準(zhǔn)是：標(biāo)準(zhǔn)平均值（MSE）最接近于0；標(biāo)準(zhǔn)均方根預(yù)測(cè)誤差（RMSSE）最接近于1[26]。由表5可知，pH值、有機(jī)質(zhì)和速效鉀符合球狀模型；堿解氮、有效磷、全氮、全磷和全鉀符合高斯模型。就預(yù)測(cè)誤差而言，8種肥力指標(biāo)與半方差函數(shù)擬合較好，說(shuō)明理論模型較好地反映了8種指標(biāo)的空間結(jié)構(gòu)特征。從塊金值與基臺(tái)值的比值可以看出，有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀值的C0/(C+C0)分別為100.0%、100.0%、87.9%和99.9%，屬于空間弱相關(guān)，說(shuō)明在養(yǎng)分要素中，隨機(jī)因素對(duì)其空間變異的影響較大，這與研究區(qū)域內(nèi)不同土地利用類(lèi)型下不同施肥措施有關(guān)。pH、堿解氮、全磷、全鉀值的C0/(C+C0)分別為33.8%、63.3%、66.1%和73.7%，說(shuō)明它們具有中等的空間相關(guān)性，其空間變異受結(jié)構(gòu)性因素和隨機(jī)性因素共同影響；這與研究區(qū)成土作用、土地利用及施肥等結(jié)構(gòu)性因素密切相關(guān)。

表5 土壤肥力指標(biāo)半方差模型及其參數(shù)

2.3 土壤單項(xiàng)肥力指標(biāo)的空間分布特征分析

土壤肥力指標(biāo)的正態(tài)或?qū)?shù)正態(tài)分布保證了Kriging插值的有效性[27]。空間插值結(jié)果如圖2。

圖2 單項(xiàng)土壤肥力指標(biāo)空間分布圖

2.3.1 pH 土壤pH值大致在6.1-8.4之間，土地利用類(lèi)型由水田演變?yōu)楹档氐交牡氐淖兓?，土壤由弱酸性演變?yōu)橹行院蛪A性。由于該區(qū)為紫色巖性土，同時(shí)耕作利用強(qiáng)度大，因此這種分布狀況與整個(gè)研究區(qū)域內(nèi)的土壤母質(zhì)和土地利用類(lèi)型有著密切的關(guān)系。西部區(qū)域主要以水田為主，土壤常處于氧化還原反應(yīng)中，pH值要低于以旱地為主的東部區(qū)域，加之當(dāng)?shù)剞r(nóng)民以糧食生產(chǎn)為主，在追求產(chǎn)量效益的時(shí)候，大量施用化肥，有機(jī)肥施用不足，造成土壤結(jié)構(gòu)變差，加速酸化過(guò)程。2.3.2有機(jī)質(zhì)與速效養(yǎng)分 土壤有機(jī)質(zhì)幾乎呈帶狀從東到西呈梯度增加的變化趨勢(shì)。西部水田土壤有機(jī)質(zhì)含量在18.7 g/kg-39.9 g/kg；東部旱地及荒地有機(jī)質(zhì)含量在3.03 g/kg-12.3 g/kg之間，這種現(xiàn)象可能仍與東部旱地與荒地和西部水田為主的土地利用方式有關(guān)，由于水田土壤熟化程度更強(qiáng)烈，加之水熱條件充足，土壤有機(jī)物質(zhì)積累較旱地更多。全區(qū)土壤堿解氮含量與有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)為0.98），其空間分布格局與有機(jī)質(zhì)一致，這與前人的研究一致[28]。速效磷的空間變異結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，大體上該區(qū)有效磷含量呈現(xiàn)從東到西遞增的趨勢(shì)。西部水田有效磷含量稍高，為6.1 mg/kg-12.6 mg/kg，東部旱地與荒地有效磷含量稍低，含量在2.4mg/kg-5.8 mg/kg之間，可能是由于土地利用類(lèi)型和施肥等隨機(jī)因素造成的。速效鉀隨著土地利用類(lèi)型由水田向荒地演變呈現(xiàn)帶狀分布且從東南向西北部遞減。西部為水田，耕地利用強(qiáng)度大，在鉀肥施用的同時(shí)有效性鉀容易隨水分流失。東南部旱地為主，有效性鉀流失現(xiàn)象不明顯，含量較西部高。

2.3.3 全量養(yǎng)分 全氮含量從南向北呈現(xiàn)凹狀，其中凹陷的部分全氮含量較高，含量為1.39 g/kg-2.70 g/kg，其余部分大部分全N含量偏低，含量大約在0.3 g/kg-1.2 g/kg，可能由于南部低海拔地區(qū)土層相對(duì)較厚，土壤細(xì)顆粒豐富，水分充足，有機(jī)態(tài)氮分解慢等原因。此外，全氮含量小于1.2 g/kg的土壤占據(jù)整個(gè)區(qū)域的3/5之多，說(shuō)明此區(qū)域的土壤全氮含量處于較低水平，應(yīng)該增加氮肥的施用量以維持當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展。全磷的空間變異分布為中部、西部和東部向南北兩方向遞減，中部、西部和東部全磷含量大體在0.7g/kg-0.8 g/kg之間，南部及北部全磷含量大致在0.5 g/kg左右，因母質(zhì)以紫色砂頁(yè)巖為主，整個(gè)區(qū)域土壤全磷處于弱變異性，且其含量處于較低水平。全鉀呈現(xiàn)帶狀分布從東南到西北部遞增變化，西北部全K含量在20.5g/kg-25.9 g/kg之間，東南部全鉀含量＜16.3 g/kg。土壤全K含量主要是由土壤母質(zhì)以及K肥的施用量所決定的，紫色砂頁(yè)巖母質(zhì)發(fā)育的土壤鉀素較高，雖水田鉀素較旱地易流失，但當(dāng)?shù)剞r(nóng)民以糧食生產(chǎn)為主，水田施鉀水平較旱地高，土壤全鉀含量西部略高于東部。

2.4 土壤肥力質(zhì)量的空間分布特征

2.4.1 土壤綜合肥力指數(shù)（IFI）的描述性統(tǒng)計(jì)分析 對(duì)坪陽(yáng)甸村29個(gè)樣點(diǎn)的IFI值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（表6）可知，坪陽(yáng)甸村土壤的IFI值在0.36-0.72之間，均值為0.57。就變異系數(shù)而言，IFI值的變異系數(shù)為71.2%，屬于中等強(qiáng)度變異。單一樣本K-S檢驗(yàn)結(jié)果表明，IFI值服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布。

表6 土壤肥力綜合指標(biāo)值（IFI）描述性統(tǒng)計(jì)分析

2.4.2 土壤綜合肥力指數(shù)（IFI）空間變異特征分析 由表7可以看出，坪陽(yáng)甸村土壤綜合肥力指數(shù)IFI符合球狀模型，預(yù)測(cè)誤差則表明該理論模型較好地反映了IFI值的空間結(jié)構(gòu)特征。塊金值與基臺(tái)值的比值為57.1%，由于影響速效磷變異的因素中，隨機(jī)性因素占主導(dǎo)，影響有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀等肥力指標(biāo)和pH值變異的因素既有結(jié)構(gòu)性因素又有隨機(jī)性因素。因此，從整個(gè)區(qū)域看，土壤綜合肥力指數(shù)IFI表現(xiàn)出中等空間相關(guān)性，其空間變異受結(jié)構(gòu)性和隨機(jī)性因素共同影響。

表7 土壤綜合肥力指數(shù)（IFI）半方差模型及其參數(shù)

2.4.3 土壤肥力質(zhì)量空間分布

由圖3和表3可知，文富市坪陽(yáng)甸村土壤肥力質(zhì)量總體上呈現(xiàn)出從西到東的梯度遞減的變化趨勢(shì)。整個(gè)區(qū)域土壤肥力質(zhì)量均為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等，其中Ⅱ等占整個(gè)區(qū)域面積的46.2%；Ⅲ等面積為19.6%；Ⅳ等面積為34.2%。西部水田土壤肥力質(zhì)量較優(yōu)，為Ⅱ等，丘陵下部梯田土壤肥力質(zhì)量為Ⅲ等，可能與該區(qū)為農(nóng)田的土地利用類(lèi)型有關(guān)，由于多年的耕作和人為培肥作用，土壤肥力質(zhì)量相對(duì)較好；中部地勢(shì)較低的坡耕地土壤肥力質(zhì)量為Ⅲ等，相對(duì)地勢(shì)較高的為Ⅳ等，可能與旱耕作用和水土流失相關(guān)，丘陵中上部由于侵蝕作用，土壤養(yǎng)分流失作用強(qiáng)，土壤肥力質(zhì)量較差，中下部侵蝕作用較弱，土壤肥力質(zhì)量相對(duì)較好。東部荒地土壤肥力質(zhì)量均為Ⅳ等，該區(qū)為丘陵頂部，成土作用較弱，同時(shí)沒(méi)有耕作與施肥作用，土壤肥力質(zhì)量相對(duì)較低。總體上，坪陽(yáng)甸村紫色土肥力質(zhì)量偏低，這可能與紫色土是巖性土，成土作用快，土壤質(zhì)地偏砂，土壤退化相關(guān)，由于該區(qū)母質(zhì)單一，土壤綜合肥力分布格局與土地利用類(lèi)型、地形和施肥有著密切的關(guān)系。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

（1）湘南文富市鎮(zhèn)坪陽(yáng)甸村8種土壤養(yǎng)分的分布變化范圍較廣，測(cè)定數(shù)據(jù)中全鉀和有效鉀接近正態(tài)分布，其他養(yǎng)分均服從正態(tài)分布；pH和全磷變異系數(shù)分別為5.7%和9.2%，據(jù)變異系數(shù)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，屬于弱變異。其他養(yǎng)分變異系數(shù)在15.1%和65.5%之間，屬于中等變異。

（2）8種肥力指標(biāo)具有一定的空間相關(guān)性。有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀值的C0/(C+C0)分別為100.0%、100.0%、87.9%和99.9%，屬于空間弱相關(guān)，說(shuō)明在養(yǎng)分要素中，隨機(jī)因素對(duì)其空間變異的影響較大，與研究區(qū)土地利用和施肥措施有關(guān)。pH、堿解氮、全磷、全鉀值的C0/(C+C0)分別為33.8%、63.3%、66.1%和73.7%，說(shuō)明它們具有中等的空間相關(guān)性，其空間變異受結(jié)構(gòu)性因素和隨機(jī)性因素共同影響；采樣尺度影響土壤肥力指標(biāo)的空間相關(guān)性，塊金值隨著采樣尺度的增大而增大[29]，因而隨著研究尺度的增大，小尺度上變異的相關(guān)性可被大尺度變異的相關(guān)性所掩蓋。本研究每個(gè)土樣以取土點(diǎn)為中心，在10 m半徑內(nèi)取5點(diǎn)混合而成，可能掩蓋了10 m內(nèi)土壤肥力指標(biāo)的空間相關(guān)性，導(dǎo)致研究區(qū)空間異質(zhì)比較大，影響了肥力指標(biāo)的空間相關(guān)性。

（3）各單一肥力指標(biāo)值表現(xiàn)出不同的空間變化趨勢(shì)。從西到東，土壤利用類(lèi)型由水田演變?yōu)楹档氐交牡氐淖兓?，土壤由弱酸性演變?yōu)橹行院蛪A性；有機(jī)質(zhì)、堿解氮分布趨勢(shì)則表現(xiàn)為從西南向東北呈減少趨勢(shì)，速效磷則相反。全氮從南向北呈現(xiàn)凹狀；全磷的空間變異分布為中部、西部和東部向南北兩方向遞減；全鉀呈現(xiàn)帶狀分布從東南到西北部呈增加的變化趨勢(shì)。

（4）研究區(qū)土壤肥力質(zhì)量呈現(xiàn)出從西到東的梯度遞減的變化趨勢(shì)，為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等，其中Ⅱ等占整個(gè)區(qū)域面積的46.2%；Ⅲ等面積為19.6%；Ⅳ等面積為34.2%。西部水田土壤肥力質(zhì)量較優(yōu)，主要為Ⅱ等；丘陵下部梯田土壤肥力質(zhì)量為Ⅲ等。中部地勢(shì)較低的坡耕地土壤肥力質(zhì)量為Ⅲ等，相對(duì)地勢(shì)較高的為Ⅳ等。東部荒地土壤肥力質(zhì)量均為Ⅳ等?？傮w上，坪陽(yáng)甸村紫色土肥力質(zhì)量偏低，這可能與紫色土是巖性土，成土作用快，土壤質(zhì)地偏砂，土壤退化相關(guān)。

3.2 討論

研究區(qū)為湘南紫色丘陵區(qū)，土壤雖均為紫色砂頁(yè)巖發(fā)育而成的石灰性紫色土，但土壤肥力的主要養(yǎng)分指標(biāo)受地貌地形、植被覆蓋、土壤耕作和施肥等多種因素的影響，其中由于地貌地形、土地利用及耕作管理的影響，導(dǎo)致研究區(qū)主要肥力指標(biāo)的空間變異受隨機(jī)因素如：土地利用和施肥措施影響，表現(xiàn)出不同的空間變化趨勢(shì)；綜合肥力指標(biāo)則表現(xiàn)出從西南向東增加的趨勢(shì)，主要與耕作和地形等因素相關(guān)。本研

究通過(guò)GIS的空間分布功能對(duì)土壤養(yǎng)分及肥力質(zhì)量的空間變異有了一定的了解，為土壤養(yǎng)分的監(jiān)測(cè)和管理提供了依據(jù)。但為了更好地對(duì)土壤中各養(yǎng)分分布進(jìn)行有效管理，還需將各類(lèi)影響因子與養(yǎng)分的理化特征結(jié)合起來(lái)進(jìn)行更深入的研究。

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