玉蘇甫·買(mǎi)買(mǎi)提　蘇熱艷·玉蘇甫江　買(mǎi)合皮熱提·吾拉木

摘要 [目的] 為了實(shí)現(xiàn)提高施肥的精度，減少浪費(fèi)和保護(hù)農(nóng)業(yè)資源和環(huán)境質(zhì)量。[方法] 在野外取樣、GPS定位、樣品分析的基礎(chǔ)上，獲取土壤樣品的理化性質(zhì)等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。在SPSS和GS+的支持下，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析、相關(guān)分析等方法， 以渭-庫(kù)河綠洲植棉土研究對(duì)象，分析耕層土壤有機(jī)質(zhì)現(xiàn)狀及其與鹽分之間的相關(guān)特性。[結(jié)果]渭-庫(kù)河綠洲植棉土有機(jī)質(zhì)平均含量為15.81～17.65 g/kg，鹽分為3.17～3.42 g/kg；有機(jī)質(zhì)的變異系數(shù)介于13.87%～16.19%，鹽分的變異系數(shù)介于57.10%～61.99%；有機(jī)質(zhì)與鹽分離子在各個(gè)土層中相關(guān)特征不一，其在中層土壤中與Mg2+具有顯著性負(fù)相關(guān)；空間自相關(guān)分析表明，有機(jī)質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)優(yōu)于全鹽，且二者不論在哪個(gè)土層，各自的空間相關(guān)性差異不大。[結(jié)論]研究區(qū)植棉土壤不同土層有機(jī)質(zhì)含量在表層、中層、底層其變異系數(shù)依次為16.19%、13.87%、14.28%，表層有機(jī)質(zhì)變異強(qiáng)度最大，底層次之，中層有機(jī)質(zhì)變異最小。鹽離子在各個(gè)土層變異系數(shù)有差異，沒(méi)有明顯特征規(guī)律。有機(jī)質(zhì)與HCO3-、Cl-、SO2-4、Ca2+、K++Na+等鹽離子在表層、中層均具有不同程度的相關(guān)特征，但相關(guān)性不明顯。在表層、中層、底層土壤中有機(jī)質(zhì)含量依次為8.58%、6.29%、6.09%，具有遞減趨勢(shì)特征；鹽分在土壤表層、中層、底層的含量依次為3.32、3.42、3.21 g/k，各土層鹽分的含量相差甚小，與土壤層次的相關(guān)性不明顯。有機(jī)質(zhì)的分維數(shù)大小排列為中層>底層>表層。不同土壤層級(jí)中全鹽的空間分維數(shù)依次是底層>表層>中層。

關(guān)鍵詞 植棉土壤；有機(jī)質(zhì)；鹽分；相關(guān)分析；渭-庫(kù)河綠洲

中圖分類號(hào) S136 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2015）20-103-04

Abstract [Objective] The research aimed to improve the accuracy of fertilization， reduce waste and protect agricultural resources and environmental quality. [Method] Based on the field sampling， GPS positioning and sample analysis， the data of physical and chemical properties of soil samples was obtained. By the support of SPSS and GS+， the methods of statistical analysis and correlation analysis were used. UganKuqa river delta oasis cotton soil was study objects，and the correlation analysis was made between soil organic matter and salinity，spatial correlation.[Result] The average content of soil organic matter in the study area was 15.81-17.65g/kg， and salt was 3.17-3.42g/kg. The coefficient of variation of organic matter was 13.87% -16.19%， and the coefficient of variation of salt was 57.10% -61.99%. Relevant characteristics of organic matter and soil salt ions in each soil lay was different， and in the middle of its soil and Mg2+ had a significant negative correlation. Spatial auto correlation analysis showed that the spatial structure of organic matter was better than the whole salt. And they in any soil layer had little differences. [Conclusion] The organic matter variation coefficient of different soil layers in surface layer of research area was 16.19%， middle layer was 13.87% and bottom layer was14.28%. The variation of surface organic matter was the biggest， followed by bottom layer， and middle layer was the smallest. the variation coefficient of salt ions in different soil layers had the difference， and characteristic rule weren′t obvious. Organic matter and HCO3-， Cl-， SO2-4， Ca2+ and K++Na+ salt ions had different degrees of correlation in the surface and middle layer， but it wasnt obvious . The contents of organic matter in the surface， middle and bottom soil were 8.58%， 6.29% and 6.09%，showing the decreasing trend.The content of salt in the soil surface， middle， and bottom was 3.32， 3.42 and 3.21 g/kg.The content was very little. The order of fractal dimension of organic matter was middle layer>bottom layer>surface layer.The order of spatial fractal dimension of total salt in different soil levels was bottom layer>surface layer>middle layer.

Key words Correlation analysis； Organic matter； Salinity； Ugan-Kuqa River Delta Oasis

土壤是由不同的礦物質(zhì)成分所構(gòu)成的具有一定肥力且能夠生長(zhǎng)植物的歷史自然體，是人類生存發(fā)展的不可或缺的自然資源。它具有固體、液體和氣體三類形態(tài)，富含礦物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)和微生物等[1]。土壤在形成與發(fā)育過(guò)程中往往與周圍環(huán)境因素有一定的聯(lián)系。自然因素如成土母質(zhì)、地質(zhì)地形、氣候、生物、水文等往往形成土壤主體特性[2]，而人為活動(dòng)如耕種、輪作、培肥、開(kāi)荒等具有隨機(jī)性和不確定性，則會(huì)加速土壤性質(zhì)的異化發(fā)生[3]。土壤養(yǎng)分的相關(guān)特性研究是揭示土壤養(yǎng)分空間結(jié)構(gòu)特征，闡釋土壤形成機(jī)制的重要基礎(chǔ)[4]。將復(fù)雜的土壤養(yǎng)分信息進(jìn)行定量化的表達(dá)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)提高施肥的精度，減少浪費(fèi)和保護(hù)農(nóng)業(yè)資源和環(huán)境質(zhì)量，從而促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展極為必要。同時(shí)，基于土壤性質(zhì)相關(guān)特性和空間變異性的研究可以為建立土壤數(shù)據(jù)庫(kù)以及以后的研究、實(shí)踐提供寶貴的數(shù)據(jù)，特別是對(duì)提高干旱荒漠區(qū)的土地利用效率和改善種植制度等具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義[5]。自20世紀(jì)60年代以來(lái)，隨著地統(tǒng)計(jì)學(xué)的不斷深入發(fā)展且成功應(yīng)用于土壤養(yǎng)分性質(zhì)研究，人們對(duì)土壤養(yǎng)分的結(jié)構(gòu)特性和空間特性有深刻的認(rèn)識(shí)，不過(guò)大部分研究主要停留在對(duì)土壤空間特性的描述上[6-7]。Pbell首先采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，分析了兩個(gè)土壤制圖單元砂礫土的pH分布特征及其空間變異；Bunamoco運(yùn)用多變量地統(tǒng)計(jì)學(xué)探討了土壤水分與土壤空氣之間轉(zhuǎn)換聯(lián)系；Matthew等[8]探索了濕地土壤養(yǎng)分的相關(guān)特性在不同強(qiáng)度的人為活動(dòng)干擾下變化趨勢(shì)。通過(guò)該類的實(shí)證研究，發(fā)現(xiàn)中小尺度范圍內(nèi)土壤結(jié)構(gòu)各養(yǎng)分具有空間關(guān)聯(lián)的特征。國(guó)外的研究注重系統(tǒng)性的理論結(jié)構(gòu)，疊加自然科學(xué)與人文科學(xué)的學(xué)科特性，從地球化學(xué)、地球物理學(xué)、生物學(xué)等角度深入研究土壤養(yǎng)分相關(guān)性與變異性的本質(zhì)來(lái)源，闡釋土壤各類養(yǎng)分與自然要素之間的反饋?zhàn)饔?，并且取得一定的成果。?guó)內(nèi)研究起步稍晚，目前集中于土壤水分、機(jī)械組成、容重等方面，對(duì)土壤養(yǎng)分相關(guān)性的原理研究較少，日趨向應(yīng)用方向轉(zhuǎn)移[9]，更加側(cè)重于以人—地關(guān)系為主線，基于養(yǎng)分的相關(guān)特性與變異結(jié)構(gòu)探討優(yōu)化土壤養(yǎng)分分布，合理規(guī)劃農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。這些研究有助于加深對(duì)土壤發(fā)生于生態(tài)過(guò)程之間的關(guān)系認(rèn)識(shí)，明確環(huán)境因素對(duì)土壤的反饋機(jī)理，也為精耕細(xì)作技術(shù)提供新思路[10]。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

渭干河-庫(kù)車河三角洲綠洲（渭-庫(kù)綠洲，圖1）位于我國(guó)西北新疆，地處天山南麓向塔里木盆地平原的北部，地理坐標(biāo)為 81°28′30″～84°5′6″ E，39°29′51″～42°38′1″N，海拔1 500～2 000 m，渭–庫(kù)綠洲自西北山地向東南盆地傾斜，東西延伸194 km，南北跨距322 km，總面積達(dá)53 500 km2，其中平原、山地各占 52.5%、47.5%[11]。該區(qū)地貌形態(tài)特性明顯，綠州平原、沖擊平原與山地呈南北分列，平原高度在940～980 m之間，山地地區(qū)高差差距較大。該平原由庫(kù)車河水系沉積形成，綠洲面積狹小且呈零星分布，大部分地區(qū)是荒漠鹽堿灘。該綠洲位于中緯度地區(qū)，遠(yuǎn)離海洋，大陸性暖溫帶干旱氣候顯著，具有冬冷夏熱、氣溫變化大、降水稀少、蒸發(fā)量大、氣候干燥、風(fēng)沙頻繁等特征[12]。全區(qū)大陸性暖溫干旱氣候特征明顯，年均溫蒸發(fā)強(qiáng)烈，山地與平原區(qū)氣溫、降水差距明顯，整體而言氣候干燥，降水偏少，冬季綿長(zhǎng)寒冷，夏季暖溫差異大，且多大風(fēng)與沙塵天氣。該區(qū)屬于典型的綠洲灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)。豐富的光照資源與較大的日溫差有利于作物養(yǎng)分積累。研究區(qū)以潮土、灌淤土、灌耕棕漠土等為主，約占耕地面積96%，主要作物有小麥、棉花、早熟玉米、晚熟玉米等。區(qū)域植被以由農(nóng)田作物和山地自然生長(zhǎng)的植被構(gòu)成。綜合來(lái)說(shuō)，植物以鹽生植被為主，類型少，結(jié)構(gòu)單一，夾雜分布于綠洲內(nèi)部或耕地邊緣。

1.2 采集土樣方法

在研究區(qū)植棉土地利用類型的耕地按“S”型采樣線路進(jìn)行均勻取樣，便于統(tǒng)計(jì)分析和數(shù)據(jù)處理。每個(gè)取樣點(diǎn)分別采集0～10、10～30、30～50 cm的土層樣品，共計(jì)79個(gè)點(diǎn)（圖2）。將土壤樣品經(jīng)過(guò)風(fēng)干、搗碎后，經(jīng)過(guò)篩選以剔除生物腐體。采集樣品分析的土壤養(yǎng)分包括有機(jī)質(zhì)、全鹽。樣品分析方法分別為重鉻酸鉀-外加熱法、電位法和醋酸鈉-火焰光度計(jì)法。

1.3 研究方法

通過(guò)分析和處理，剔除異常值或?qū)惓Ｖ狄跃荡?；隨后，在分析—描述性統(tǒng)計(jì)分析中，獲取各個(gè)變量的統(tǒng)計(jì)值如最大值、最小值、平均值、峰度、偏度、方差，并且通過(guò)均值與方差的大小計(jì)算出各養(yǎng)分的變異系數(shù)；在對(duì)元數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，獲得各養(yǎng)分之間的相關(guān)性判定矩陣，并且對(duì)養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析；最后，在—非參數(shù)檢驗(yàn)—單樣本（KS）檢驗(yàn)的模塊下進(jìn)行正態(tài)分布檢測(cè)，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入GS+9.0，對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行空間維數(shù)分析、半方差模型分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤有機(jī)質(zhì)統(tǒng)計(jì)分析 對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)特征進(jìn)行分析，得出土壤有機(jī)質(zhì)的統(tǒng)計(jì)特征值。由表1可知，表層有機(jī)質(zhì)含量介于4.20～22.4 g/kg，均值為15.81 g/kg，含量為一般水平。在SPSS 20.0的數(shù)據(jù)分析中顯示，其峰度值為2.552，偏度為-9.378，方差為2.56。土壤中層有機(jī)質(zhì)含量最大值為23.8 g/kg，最小值為12.7，均值為17.38 g/kg，高于表層土壤，偏度和峰度值分別為0.47和0.49；底層土壤有機(jī)質(zhì)含量介于13.7～22.6 g/kg之間，均值為17.65 g/kg，方差為2.52，峰度值為0.576，偏度為-0.704。該區(qū)表層（0～10 cm）、中層（10～30 cm）、下層（30～50 cm）土壤有機(jī)質(zhì)平均值分別為15.81、17.38、17.65 g/kg；土壤有機(jī)質(zhì)含量大小依次為0～10 cm土層<10～30 cm土層<30～5 cm土層。變異系數(shù)能反映隨機(jī)變量的離散程度。一般，CV ≤10%為弱變異性；10%

2.2 土壤鹽分統(tǒng)計(jì)分析

由表2可知，土壤中HCO-3、Cl-、SO2-4、Ca2+、Mg2+、K++Na+等含量在土壤表層、中層、底層含量各有不同，且變異系數(shù)各有差異。HCO-3的變異程度隨著土層深度的不同，數(shù)值介于35.59%～67.71%；Cl-在各層土壤變異系數(shù)分別為16.75%、39.09%、67.82%；SO2-4在各層土壤變異系數(shù)分別為55.49%、13.51%、12.82%；Ca2+的變異系數(shù)在各層土壤中分別為15.79%、91.44%、100.06%；Mg2+的變異系數(shù)在各層土壤中分別為49.75%、57.4%、77.1%；K++Na+的變異系數(shù)在各層土壤中分別為56.23%、14.81%、0.164%。

2.3 有機(jī)質(zhì)和鹽分之間的相關(guān)性

土壤有機(jī)質(zhì)、鹽分是土壤基本性質(zhì)。筆者對(duì)渭-庫(kù)河綠洲植棉土壤有機(jī)質(zhì)與鹽分之間的相關(guān)性進(jìn)行分析。

由表3可知，研究區(qū)植棉土有機(jī)質(zhì)與HCO-3、Cl-、SO2-4、Ca2+、Mg2+、K++Na+等鹽離子在不同的土壤深度的相關(guān)性特征不一樣。有機(jī)質(zhì)與HCO-3、Cl-、SO2-4、Ca2+、K++Na+等鹽離子在表層、中層均具有不同程度的相關(guān)特征，相關(guān)性不明顯；有機(jī)質(zhì)與Mg2+在底層土壤中具有明顯的負(fù)相關(guān)特征（P<0.05）。

2.4 不同土層與土壤有機(jī)質(zhì)和鹽分的相關(guān)性 有機(jī)質(zhì)含量是以其所占土壤養(yǎng)分含量的百分比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的，鹽分含量則以其所在土層的含量平均值為準(zhǔn)。由表4可知，在表層土壤（0～10 cm）、中層（10～30 cm）、底層（30～50 cm）中，有機(jī)質(zhì)含量分別為8.58%、6.29%、6.09%，可見(jiàn)表層土壤有機(jī)質(zhì)含量高于底層土壤。這主要是由于表層土壤與地表生物界面聯(lián)系密切。鹽分在土壤表層、中層、底層的含量依次為3.32、3.42、3.21 g/kg，各土層鹽分的含量相差甚小。

2.5 土壤養(yǎng)分空間相關(guān)性分析

2.5.1 正態(tài)分布檢驗(yàn)。

運(yùn)用SPSS20.0軟件下分析模塊的數(shù)據(jù)檢驗(yàn)分析功能，對(duì)土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行單樣本K-S正態(tài)分布檢驗(yàn)。由表5可知，底層土壤有機(jī)質(zhì)含量數(shù)據(jù)和表層土壤鹽分?jǐn)?shù)據(jù)未能通過(guò)0.05的檢驗(yàn)水平，在GS+9.0中可以通過(guò)對(duì)數(shù)變換、均值變換等變換方法將不符合正態(tài)分布形式的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)置。這是因?yàn)樽兞繉傩猿收龖B(tài)分布形式，才能在GS+9.0中的空間相關(guān)分析中具有良好的擬合效果。

2.5.2 有機(jī)質(zhì)與鹽分的維數(shù)分析。

土壤養(yǎng)分的空間維數(shù)為變異函數(shù)的二階導(dǎo)數(shù)，是變異函數(shù)值與滯后距雙對(duì)數(shù)關(guān)系。

分維數(shù)一般與土壤養(yǎng)分的空間相關(guān)度呈反比，從而指示土壤養(yǎng)分的空間結(jié)構(gòu)特征。

由表6可知，不同土層的有機(jī)質(zhì)和鹽分分維數(shù)大小不一，其中底層土壤中鹽分含量的分維數(shù)最大，達(dá)到1.973，說(shuō)明其間分布均一度較高，空間結(jié)構(gòu)中隨機(jī)變異因素比重較大，結(jié)構(gòu)性較弱，分布復(fù)雜；中層土壤中鹽分的分維數(shù)最小，為1.686，說(shuō)明其空間變異分布均一性較差，隨機(jī)因素影響小，結(jié)構(gòu)性好，分布相對(duì)簡(jiǎn)單。不同土層土壤有機(jī)質(zhì)的分維數(shù)大小依次為中層有機(jī)質(zhì)（1.769）>底層有機(jī)質(zhì)（1.782）>表層有機(jī)質(zhì)（1.769）。不同土壤層級(jí)中鹽分的空間分維數(shù)依次是底層（1.973）>表層（1.789）>中層（1.686）。雖然分維數(shù)大小介于1.686～1.973之間，數(shù)值相差甚小，但是仍指示出不同層級(jí)養(yǎng)分的空間相關(guān)性大小。各個(gè)空間分維模型的決定系數(shù)接近于0，擬合精度較高。

2.5.3 有機(jī)質(zhì)與鹽分的半方差分析。

半方差函數(shù)為變量的空間相關(guān)特性的度量，即半方差值越小，說(shuō)明其分布具有強(qiáng)烈的空間結(jié)構(gòu)性。由表7可知，表層、中層、底層土壤有機(jī)質(zhì)的最佳擬合模型分別為直屬模型、高斯模型、高斯模型，其擬合精度分別達(dá)到0.983、0.929、0.965；塊金值與基臺(tái)值比分別為10.87%、31.78%、27.54%。不同層級(jí)的鹽分最佳擬合模型分別為高斯模型、球面模型、線性模型，擬合精度分別達(dá)到0.932、0.927、0.945，塊基比依次為24.86%、22.50%、21.05%。

3 結(jié)論

以采樣點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在SPSS20.0和GS+9.0的支持下研究渭干河-庫(kù)車河綠洲耕層土壤的有機(jī)質(zhì)與鹽分含量的相關(guān)特性。

（1）研究區(qū)耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量介于4.20～23.8 g/kg之間，在表層、中層、底層其變異系數(shù)依次為16.19%、13.87%、14.28%，表層有機(jī)質(zhì)變異強(qiáng)度最大，底層次之，中層有機(jī)質(zhì)變異最小。鹽離子在各個(gè)土層變異系數(shù)具有差異，沒(méi)有明顯特征規(guī)律。HCO-3的變異程度隨著土層深度不同，數(shù)值介于35.59%～67.71%；Cl-在各層土壤變異系數(shù)分別為16.75%，39.09%、67.82%；SO2-4在各層土壤變異系數(shù)分別為55.49%、13.51%、12.82%，Ca2+的變異系數(shù)在各層土壤中分別15.79%、91.44%、100.06%；Mg2+的變異系數(shù)在各層土壤中分別為49.75%、57.4%、77.1%；K++Na+的變異系數(shù)在各層土壤中分別為56.23%、14.81%、0.164%。

（2）研究區(qū)植棉土中土壤有機(jī)質(zhì)與HCO-3、Cl-、SO2-4、Ca2+、Mg2+、K++Na+等鹽離子在不同土壤深度的相關(guān)性特征不一樣。有機(jī)質(zhì)與HCO-3、Cl-、SO2-4、Ca2+、Mg2+、K++Na+等鹽離子在表層、中層均具有不同程度的相關(guān)特征，相關(guān)性不明顯；有機(jī)質(zhì)與Mg2+在底層土壤中具有明顯的負(fù)相關(guān)特征（P<0.05）。

（3）土壤層次結(jié)構(gòu)不同，有機(jī)質(zhì)含量與鹽分的含量各有差異。在表層、中層、底層土壤中，其有機(jī)質(zhì)含量分別為8.58%、6.29%、6.09%，具有明顯的土體結(jié)構(gòu)效應(yīng)，結(jié)構(gòu)比呈遞減趨勢(shì)特征。鹽分在土壤表層、中層、底層的含量分別為3.32、3.42、3.21 g/kg，各土層鹽分的含量相差甚小，與土壤層次的相關(guān)性不明顯。

（4）研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)和全鹽含量均發(fā)生一定程度的空間異化特征，其分維數(shù)大小各有差異，有機(jī)質(zhì)的分維數(shù)大小依次為中層（1.769）>底層（1.782）>表層（1.769）。不同土壤層級(jí)中全鹽的空間分維數(shù)依次為底層（1.973）>表層（1.789）>中層（1.686）。應(yīng)用半方差函數(shù)中的高斯模型、指數(shù)模型、線性模型和球面模型能很好地?cái)M合出研究區(qū)這兩類養(yǎng)分的空間相關(guān)特征；表層、中層、底層土壤有機(jī)質(zhì)的最佳擬合模型分別為直屬模型、高斯模型、高斯模型，塊金值與基臺(tái)值比分別為10.87%、31.78%、27.54%；不同層級(jí)的鹽分最佳擬合模型分別為高斯模型、球面模型、線性模型，塊基比分別為24.86%、22.50%、21.05%。

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