曹 雨，房 莉，余 健，水恒濤，黃振華

（安徽師范大學(xué) 地理與旅游學(xué)院，江淮流域地表過(guò)程與區(qū)域響應(yīng)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 蕪湖 241003）

土壤養(yǎng)分是土地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的基礎(chǔ)，良好的土壤養(yǎng)分狀況是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展的先決條件［1］。目前，我國(guó)許多地區(qū)出現(xiàn)不同程度的土地退化現(xiàn)象，土壤養(yǎng)分下降已經(jīng)影響到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)［2］。土壤養(yǎng)分在生態(tài)系統(tǒng)中受多種時(shí)空尺度因素的共同影響，具有復(fù)雜的空間變異性和非平穩(wěn)性［3］。研究區(qū)域土壤養(yǎng)分空間分布特征，開(kāi)展土壤養(yǎng)分綜合評(píng)價(jià)，并弄清土壤養(yǎng)分空間分布和質(zhì)量變化的影響因素，對(duì)于區(qū)域種植制度調(diào)整、農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)施肥、防控土地退化、實(shí)現(xiàn)土地農(nóng)業(yè)可持續(xù)利用具有重要意義。

土壤養(yǎng)分空間分異在大尺度上主要受氣候、地形、土壤類型等因素影響，耕作方式、種植制度、施肥量等被認(rèn)為是影響中小尺度土壤養(yǎng)分的主要因素［4］。不同地區(qū)土壤養(yǎng)分及其空間分布的影響因子存在差異。寧?kù)o等［5］利用傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)學(xué)和地統(tǒng)計(jì)學(xué)模型并結(jié)合“3S”技術(shù)研究東北典型黑土區(qū)土壤養(yǎng)分空間分布情況，表明海拔、坡度、坡度變率和侵蝕密度與各土壤養(yǎng)分含量呈不同程度的正相關(guān)，磷肥和鉀肥的空間分布主要取決于人為施用量。陳興等［6］對(duì)貴州省懷仁市土壤養(yǎng)分的影響因素研究發(fā)現(xiàn)，土壤養(yǎng)分的含量及分布受地質(zhì)背景、土壤類型、海拔高度、酸堿度、土壤深度、土地利用方式等自然人文因素共同影響。前人研究涵蓋了耕地、菜地、植煙區(qū)等土壤養(yǎng)分空間分異規(guī)律［5-9］，在我國(guó)華北、西北、西南等地區(qū)研究較多［10-13］。長(zhǎng)江下游區(qū)是我國(guó)重要的糧食產(chǎn)區(qū)，也是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)，土地開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度大。學(xué)者們對(duì)其耕地土壤也開(kāi)展了較多研究，但空間分布方面的較少。長(zhǎng)江下游沿江地區(qū)水系發(fā)達(dá)，安徽省蕪湖市及周邊沿江地區(qū)呈明顯的丘崗圩復(fù)合地形，即低山丘陵、崗地和低平圩田組合，相較江蘇段地形更趨復(fù)雜，在自然和人為因素影響下，土壤質(zhì)量更趨于不同。因此開(kāi)展丘崗圩復(fù)合地形下的土壤養(yǎng)分及其質(zhì)量空間分布研究，并弄清其影響因素和規(guī)律，對(duì)于指導(dǎo)該地形區(qū)土地利用具有重要意義。

本文以長(zhǎng)江下游典型的丘崗圩復(fù)合地形區(qū)——安徽省蕪湖市灣沚區(qū)為研究區(qū)，運(yùn)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法TOPSIS模型、熱點(diǎn)分析、地理探測(cè)器，開(kāi)展土壤氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分含量及質(zhì)量的空間分布特征及影響因素研究，揭示沿江丘崗圩復(fù)合地形區(qū)土壤養(yǎng)分及質(zhì)量的空間分布規(guī)律，弄清該類型區(qū)土壤養(yǎng)分質(zhì)量的主要限制因子，以期為該類型區(qū)土地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)利用提供一定理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

灣沚區(qū)（30°54′-31°25′N，118°19′-118°44′E）位于安徽省蕪湖市域東部，長(zhǎng)江下游南岸，東南與宣城市宣州區(qū)接壤，西與蕪湖市南陵縣、蕪湖市鏡湖區(qū)交界，北與蕪湖市鳩江區(qū)、馬鞍山市當(dāng)涂縣毗連，區(qū)境南北長(zhǎng)約45 km、東西寬約40 km，國(guó)土總面積667 km2（圖1）。氣候?yàn)閬啛釒駶?rùn)性季風(fēng)氣候，年平均氣溫16 ℃，年平均降水量為1305 mm，全年無(wú)霜期243天。地形表現(xiàn)為“八分陸地二分水，三分崗丘七分圩”。東部及東南部紅楊鎮(zhèn)為丘陵，珩瑯山最高海拔280m；東部花橋鎮(zhèn)主要為崗地地形，起伏較明顯；中部城區(qū)和西部六郎鎮(zhèn)、陶辛鎮(zhèn)為水網(wǎng)發(fā)達(dá)的低平圩田地形，海拔約6-10 m（圖2）。區(qū)內(nèi)耕地面積307.52 km2，林地面積32.82 km2，園地面積有8.67km2，牧草地面積為12.93 km2，城鄉(xiāng)建設(shè)用地面積114.30 km2。區(qū)內(nèi)土壤共有7大土綱、10大土類、17個(gè)亞類、43個(gè)土屬、79個(gè)土種。

圖1 蕪湖市灣沚區(qū)區(qū)位及土地利用類型圖Fig.1 Location and land use type map of Wanzhi District,Wuhu City

圖2 蕪湖市灣沚區(qū)DEMFig.2 DEM of the Wanzhi District,Wuhu City

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

數(shù)據(jù)來(lái)源于作者參與的《安徽省蕪湖市灣沚區(qū)土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評(píng)價(jià)項(xiàng)目》。土壤樣品采集時(shí)間選擇在上茬農(nóng)作物收獲后及下茬農(nóng)作物尚未施用底肥和種植之間，同時(shí)注意避開(kāi)雨季以防土壤養(yǎng)分被淋洗。此項(xiàng)目遵循全面性原則，借助ArcGIS均勻布設(shè)采樣點(diǎn)，采用“X”形在0-20cm土層各子樣點(diǎn)采集土樣，用竹片去除與鐵锨等金屬工具接觸的土壤，并將土壤掰碎，挑出根系、秸稈、石塊、蟲(chóng)體等雜物按照5點(diǎn)混合取樣法取得土樣4401個(gè)。各采樣點(diǎn)土壤理化性質(zhì)由華東冶金地質(zhì)勘查局中心實(shí)驗(yàn)室（CMA）測(cè)得，地形因子（高程、坡度、坡向、曲率）通過(guò)地理空間數(shù)據(jù)云下載30m數(shù)字高程模型并借助ArcGIS10.5軟件獲得，土壤重金屬采用污染負(fù)荷指數(shù)（PLI）表示，公式如下：

式中：Ci為元素i含量實(shí)測(cè)值（mg/kg），Cn為元素i含量背景值（mg/kg）；PLI≤1表示無(wú)污染，1＜PLI≤2表示輕度污染，2＜PLI≤3表示中度污染，PLI＞3表示重度污染。

本研究選用Cd、Cu、Ni、Pb、Co、Zn、Cr、V、Mn、As、Hg等11種元素實(shí)測(cè)值，并使用蕪湖市A層土壤背景值進(jìn)行計(jì)算，得出PLI∈［0.01，1.83］。

1.3 分析方法

1.3.1 TOPSIS模型 TOPSIS模型又稱為“逼近理想解排序法”，是一種用于多目標(biāo)決策的分析方法［14-16］。此方法在指標(biāo)個(gè)數(shù)、樣本數(shù)量、數(shù)據(jù)分布等方面沒(méi)有嚴(yán)格要求，應(yīng)用廣泛。內(nèi)在原理是計(jì)算各評(píng)價(jià)對(duì)象與正理想解和負(fù)理想解的歐氏距離，分析其與最優(yōu)方案的接近程度，按接近程度對(duì)各評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行排序，得出土壤養(yǎng)分綜合評(píng)價(jià)指數(shù)。

1.3.2 空間自相關(guān)分析 空間自相關(guān)分析是分析數(shù)據(jù)相關(guān)性和顯著性的方法。將其應(yīng)用到土壤養(yǎng)分評(píng)價(jià)，可以更好地揭示研究區(qū)土壤養(yǎng)分高低的空間集聚特征和內(nèi)在變化規(guī)律?？臻g自相關(guān)分為全局空間自相關(guān)和局部空間自相關(guān)［17］。全局空間自相關(guān)是使用單一值描述研究區(qū)空間相鄰單元屬性值的總體相似程度，局部空間自相關(guān)則是說(shuō)明研究區(qū)內(nèi)各單元間的相似性和相關(guān)性［18］。本文采用全局Moran’s I衡量全局空間自相關(guān)，局部空間自相關(guān)采用局部Moran’s I進(jìn)行描述。

1.3.3 地理探測(cè)器 地理探測(cè)器是探測(cè)空間分異性，以及揭示其背后驅(qū)動(dòng)力的一組統(tǒng)計(jì)學(xué)方法［19］。較之與傳統(tǒng)意義上的相關(guān)關(guān)系模型，地理探測(cè)器不僅可以對(duì)定量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，也可以處理定性數(shù)據(jù)，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)不同影響因子間交互影響分析。地理探測(cè)器由四個(gè)部分組成，分別是因子探測(cè)器、交互探測(cè)器、生態(tài)探測(cè)器、風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)器。探測(cè)結(jié)果用q值度量，其計(jì)算公式見(jiàn)文獻(xiàn)［19］。q∈［0，1］，q值越大說(shuō)明該影響因子解釋力越強(qiáng)，即該影響因子對(duì)研究對(duì)象的影響越大。各探測(cè)器作用見(jiàn)表1。

表1 地理探測(cè)器類型及作用Table 1 Types and functions of geographic detectors

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分含量一般性統(tǒng)計(jì)描述

對(duì)蕪湖市灣沚區(qū)土壤養(yǎng)分7項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見(jiàn)表2。根據(jù)全國(guó)第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［20］，將每個(gè)養(yǎng)分指標(biāo)分為五個(gè)等級(jí)，分別為一級(jí)（豐富）、二級(jí)（較豐富）、三級(jí)（中等）、四級(jí)（較缺乏）、五級(jí)（缺乏）。從蕪湖市灣沚區(qū)土壤養(yǎng)分各指標(biāo)含量均值和豐缺情況來(lái)看，全磷、全鉀、全氮、速效鉀、有機(jī)質(zhì)處于中等豐富水平，均值分別為0.63 g·kg-1、19.08 g·kg-1、1.39 g·kg-1、137.73 mg·kg-1、24.11 g·kg-1。堿解氮、有效磷的均值分別是121.84 mg·kg-1、24.18 mg·kg-1，達(dá)較豐富水平。

表2 土壤各養(yǎng)分指標(biāo)描述性統(tǒng)計(jì)特征Table 2 Descriptive statistical characteristics of soil nutrient indicators

根據(jù)變異系數(shù)（Cv）大小劃分標(biāo)準(zhǔn)，Cv≤10%為弱變異，10%＜Cv＜100%表示中等變異，Cv≥100%為強(qiáng)變異。土壤有效磷變異系數(shù)最大，達(dá)149.34%，表明蕪湖市灣沚區(qū)境內(nèi)土壤具有強(qiáng)烈的空間異質(zhì)性；其次是土壤有機(jī)質(zhì)，變異系數(shù)為46.65%；全鉀的變異系數(shù)最小，為27.26%，說(shuō)明蕪湖市灣沚區(qū)各地塊土壤全鉀差異較小。全磷、全氮、堿解氮、速效鉀的變異系數(shù)分別為38.63%、35.55%、44.80%、35.45%。分析結(jié)果表明，全磷、全鉀、全氮、堿解氮、速效鉀、有機(jī)質(zhì)具有中等變異性，有效磷為強(qiáng)變異程度。

2.2 土壤各養(yǎng)分指標(biāo)空間分布特征

通過(guò)ArcGIS 10.2地統(tǒng)計(jì)分析模塊中克里金插值法，并參照各元素的最值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)等指標(biāo)，得出較為精確的預(yù)測(cè)插值圖（圖3）。從各養(yǎng)分元素分布圖中可清晰直觀地了解其分布狀態(tài)。

圖3 土壤養(yǎng)分指標(biāo)含量空間分布圖Fig.3 Spatial distribution map of soil nutrient index content

結(jié)果顯示，土壤全氮空間分布呈現(xiàn)明顯差異，蕪湖市灣沚區(qū)西部及西北部含量豐富，中西部為低值區(qū)，三級(jí)及以下含量占研究區(qū)面積的57.33%。全磷含量高值區(qū)在蕪湖市灣沚區(qū)中部零星分布，僅占研究區(qū)面積的1.46%；二級(jí)呈小片面狀分布在西部和東北部，面積總占11.55%；低值區(qū)集中于蕪湖市灣沚區(qū)東部和南部，面積較大。全鉀空間分布東西差異明顯，蕪湖市灣沚區(qū)西部多一級(jí)、二級(jí)分布，總體含量較高，東部為三級(jí)、四級(jí)分布，全區(qū)無(wú)極度缺乏區(qū)。堿解氮含量空間分布不均勻，蕪湖市灣沚區(qū)西部明顯高于其他地區(qū)，低值區(qū)集中于蕪湖市灣沚區(qū)中部，主要集中在30.18-83.67 mg·kg-1。有效磷各等級(jí)分布較為集中，一級(jí)二級(jí)分布于研究區(qū)中部，呈條帶狀，三級(jí)四級(jí)五級(jí)分布于縣的西北部、北部、東北部以及南部。速效鉀含量富集程度較好，集中分布在108.53-169.03 mg·kg-1，三級(jí)及以上高達(dá)95.64%，高值區(qū)主要位于蕪湖市灣沚區(qū)東部及東南部，無(wú)五級(jí)分布。有機(jī)質(zhì)含量集中于四級(jí)及以上，占研究區(qū)面積的99.25%，蕪湖市灣沚區(qū)東部含量偏低，西部含量明顯高于其它地區(qū)。

2.3 土壤養(yǎng)分綜合評(píng)價(jià)

2.3.1 土壤養(yǎng)分綜合等級(jí)評(píng)價(jià) 各土壤養(yǎng)分元素的空間分布圖能很好地反映其分布特征，但不能反映土壤養(yǎng)分的綜合情況。因此，基于組合賦權(quán)TOPSIS模型，計(jì)算土壤養(yǎng)分等級(jí)綜合指數(shù)Qj，并對(duì)其進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析，見(jiàn)表3。研究區(qū)土壤養(yǎng)分等級(jí)綜合指數(shù)處于0.07-0.52之間，平均值為0.28，標(biāo)準(zhǔn)差為0.07，偏度系數(shù)和峰度系數(shù)分別是-0.07、-0.43。變異系數(shù)為24.82%，屬于中等變異。

表3 土壤養(yǎng)分等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果分析Table 3 Analysis of evaluation results of soil nutrient levels

利用地統(tǒng)計(jì)分析模塊中克里金插值法對(duì)區(qū)內(nèi)土壤養(yǎng)分等級(jí)評(píng)價(jià)指數(shù)（Qj）進(jìn)行空間插值，經(jīng)重分類分析后，運(yùn)用自然間斷分級(jí)法將Qj分為5個(gè)等級(jí)，分別為一級(jí)（0.33-0.40）、二級(jí)（0.29-0.32）、三級(jí)（0.26-0.28）、四級(jí)（0.21-0.25）、五級(jí)（0.13-0.20），得到土壤養(yǎng)分等級(jí)分布圖，見(jiàn)圖3（h）。

從圖3（h）可以看出，灣沚區(qū)土壤養(yǎng)分綜合等級(jí)空間分布特征差異顯著。一級(jí)主要分布在區(qū)內(nèi)西部地區(qū)，呈大塊面狀，占全區(qū)總面積的16.34%。二級(jí)分布范圍最廣，占總面積的28.06%，主要沿青弋江呈面狀分布在區(qū)內(nèi)西北和西南地區(qū)。三級(jí)地區(qū)主要分布于區(qū)內(nèi)西北和東南部地區(qū)，約占總面積的21.34%。四級(jí)、五級(jí)在灣沚區(qū)內(nèi)西部，呈帶狀分布。

2.3.2 土壤養(yǎng)分綜合評(píng)價(jià)指數(shù)空間聚集特征 為進(jìn)一步探究土壤養(yǎng)分綜合評(píng)價(jià)指數(shù)Qj在研究區(qū)內(nèi)的空間集聚狀態(tài)和相關(guān)程度，采用全局Moran’s I指數(shù)對(duì)Qj進(jìn)行全局自相關(guān)分析。結(jié)果顯示，Moran’s I指數(shù)值為0.588，P為0.0001＜0.05，Zscore為13.1904＞1.96，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表明蕪湖市灣沚區(qū)土壤養(yǎng)分綜合評(píng)價(jià)指數(shù)具有顯著的空間集聚特征。

全局空間自相關(guān)僅使用單一值反映研究區(qū)的自相關(guān)情況，不能很好地描述區(qū)域內(nèi)部各單元之間的空間聯(lián)系模式，尤其是區(qū)域內(nèi)在空間上出現(xiàn)非平穩(wěn)狀態(tài)時(shí)，進(jìn)行局部空間自相關(guān)分析十分必要。本文利用熱點(diǎn)分析（Getis-Ord Gi*）進(jìn)行局部空間自相關(guān)可視化分析（圖4）。熱點(diǎn)分析結(jié)果若有顯著意義，則需該要素為高值（低值），且被其他同樣高值（低值）要素包圍，即形成熱點(diǎn)區(qū)域或冷點(diǎn)區(qū)域。本研究表明，蕪湖市灣沚區(qū)表層土壤養(yǎng)分綜合評(píng)價(jià)指數(shù)存在顯著的空間集聚特征，這與全局空間自相關(guān)結(jié)果一致。熱點(diǎn)區(qū)主要分布在灣沚區(qū)中西部，冷點(diǎn)區(qū)主要分布于灣沚區(qū)東部。土壤養(yǎng)分綜合指數(shù)LISA圖（圖5）顯示，灣沚區(qū)土壤養(yǎng)分綜合指數(shù)“高-高”（HH）聚集區(qū)域主要分布在研究區(qū)中西部，該地地勢(shì)平坦、水系發(fā)達(dá)、土地利用類型以耕地為主，多水稻土分布。灣沚區(qū)東部地勢(shì)相對(duì)較高，以林地、園地為主，呈現(xiàn)出“低-低”（LL）聚集。

圖4 蕪湖市灣沚區(qū)土壤養(yǎng)分綜合指數(shù)熱點(diǎn)分析Fig.4 Hot spot analysis of soil nutrient comprehensive index of Wanzhi District,Wuhu City

圖5 蕪湖市灣沚區(qū)土壤養(yǎng)分綜合指數(shù)LISA圖Fig.5 Soil nutrient comprehensive index LISA diagram of Wanzhi District,Wuhu City

2.4 基于地理探測(cè)器的影響因素分析

結(jié)合前人研究及先驗(yàn)知識(shí)［21-23］，選取地形因子（DEM、坡向、坡度、曲率）、土壤類型、成土母質(zhì)、土地利用類型、PLI等因素在地理探測(cè)器軟件中進(jìn)行因子探測(cè)和交互探測(cè)分析，明晰土壤養(yǎng)分綜合等級(jí)的內(nèi)在聯(lián)系。地理探測(cè)器要求輸入的自變量X為類型量，若X為連續(xù)型變量，則需進(jìn)行離散化處理。坡向、土壤類型、成土母質(zhì)、土地利用類型為類型量。根據(jù)已有研究，將PLI劃分為無(wú)污染、輕度污染、中度污染、重度污染四種類型。其它連續(xù)型變量通過(guò)自然斷點(diǎn)法均劃分為5類。

2.4.1 因子探測(cè)器 因子探測(cè)可以解釋各指標(biāo)對(duì)土壤養(yǎng)分綜合指數(shù)空間分布的影響力［24］，探測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。土地利用類型（q=0.2943）、DEM（q=0.2691）、PLI（q=0.2112）、土壤類型（q=0.2046）的q值均大于0.2，對(duì)土壤養(yǎng)分質(zhì)量影響的解釋力較強(qiáng)，為主導(dǎo)影響因子。成土母質(zhì)、坡度、曲率、坡向的q值較小，對(duì)土壤養(yǎng)分質(zhì)量影響的解釋力較弱，為次要影響因子。

表4 因子探測(cè)器結(jié)果Table 4 Results of factor detector

2.4.2 交互探測(cè)器 交互探測(cè)用于識(shí)別兩指標(biāo)共同作用對(duì)土壤養(yǎng)分綜合指數(shù)的影響是增強(qiáng)還是減弱，或各指標(biāo)對(duì)土壤養(yǎng)分綜合指數(shù)影響是否獨(dú)立［25］?？紤]到該區(qū)土壤成土母質(zhì)較為復(fù)雜，因此將其加入因子交互探測(cè)中。對(duì)四個(gè)主導(dǎo)因子和成土母質(zhì)共5個(gè)因子進(jìn)行交互探測(cè)。結(jié)果表明（表5），10對(duì)交互因子均為雙因子增強(qiáng)，不存在獨(dú)立或減弱的情況。雙因子增強(qiáng)表示灣沚區(qū)土壤養(yǎng)分綜合評(píng)價(jià)指數(shù)是由不同影響因子共同作用的結(jié)果。其中，土地利用類型∩DEM 對(duì)土壤養(yǎng)分綜合指數(shù)空間分布格局的解釋力最強(qiáng)（q（Xi）+q（Xj）=0.4502），土壤類型∩成土母質(zhì)解釋力最弱（q（Xi）+q（Xj）=0.2281）。任一因子與另外4項(xiàng)因子交互綜合作用用H值表示，H=q（Xi）+q（Xj）+q（Xm）+q（Xt）+q（Xz），H值排序如下：土地利用類型（1.5494）＞DEM（1.4295）＞PLI（1.2825）＞土壤類型（1.2715）＞成土母質(zhì)（1.0663）。根據(jù)各因子交互作用結(jié)果及其交互綜合作用結(jié)果來(lái)看，對(duì)灣沚區(qū)土壤養(yǎng)分綜合指數(shù)空間分布格局影響較大的依舊是土地利用類型、DEM、PLI，說(shuō)明以上因素差異較大的區(qū)域往往土壤養(yǎng)分綜合指數(shù)也存在較大差異，其他因素的干預(yù)會(huì)增強(qiáng)土壤養(yǎng)分綜合指數(shù)空間分布差異。

表5 交互探測(cè)q值統(tǒng)計(jì)Table 5 Cross-probing q value statistics

3 討 論

3.1 土壤養(yǎng)分元素空間分布格局影響因素

氮元素在土壤中具有很強(qiáng)的轉(zhuǎn)化移動(dòng)性，蕪湖市灣沚區(qū)降水總體偏多，大部分氮元素隨降水移至地勢(shì)低洼處，故蕪湖市灣沚區(qū)西部為全氮、堿解氮的高值區(qū)。全磷低值區(qū)多為林地，受人為干擾較少，土壤磷素主要來(lái)源于母質(zhì)，該地土壤類型主要以紅壤、黃壤等貧瘠土居多，土壤類型與土地利用類型共同影響了全磷含量。研究區(qū)北部土壤多為酸性，酸性土壤中存在大量游離氧化鐵，氧化鐵膠膜作用于磷酸鹽，使其成為閉蓄態(tài)磷，土壤中磷的有效性大幅度降低［26］，故蕪湖市灣沚區(qū)北部有效磷分布總體偏低。全鉀高值區(qū)分布與青弋江水系具有較高一致性，這是由于鉀素在土壤中移動(dòng)性較強(qiáng)，易在徑流以及淋溶作用下聚積于河岸。研究區(qū)西部有較多濕地分布，土壤水分充塞了絕大部分土壤孔隙使通氣受阻，嫌氣狀態(tài)下，動(dòng)植物殘?bào)w等分解緩慢，礦化率低，利于有機(jī)質(zhì)積累［27］，形成有機(jī)質(zhì)分布高值區(qū)。據(jù)實(shí)地研究，有機(jī)質(zhì)低值區(qū)由開(kāi)墾除草等耕作活動(dòng)導(dǎo)致，使植被覆蓋和凋落物數(shù)量大幅度減少，翻種松土等過(guò)程改變土壤微生物環(huán)境，有機(jī)質(zhì)分解加速。

3.2 土壤養(yǎng)分綜合指數(shù)空間分布格局影響因素

3.2.1 土地利用類型 土地利用類型是自然條件和人類活動(dòng)的綜合結(jié)果，對(duì)土壤養(yǎng)分有密切影響［28］。不同土地利用類型決定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中養(yǎng)分保護(hù)意識(shí)不同，故有機(jī)物料的投入和種植方式均有所區(qū)別。研究區(qū)西部為土壤養(yǎng)分綜合指數(shù)熱點(diǎn)區(qū)域，呈現(xiàn)HH高值聚集。據(jù)實(shí)地調(diào)查，該處采用水稻、蓮藕交替種植，輪作時(shí)間為三年。輪作制度可以均衡利用土壤養(yǎng)分、水分，使得土壤肥力得以恢復(fù)。農(nóng)民有意識(shí)管理也對(duì)土壤養(yǎng)分狀況具有良好影響。研究區(qū)西部以林地、園地為主，人們長(zhǎng)期種植香樟樹(shù)、茶葉導(dǎo)致土壤中養(yǎng)分消耗較多，加之缺乏肥力保護(hù)意識(shí)，肥料施用不及時(shí)，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分偏低，形成LL低值聚集。

3.2.2 海拔 海拔與土壤水分和養(yǎng)分的運(yùn)移密切相關(guān)，對(duì)土壤養(yǎng)分空間分布具有重要影響［29］。研究發(fā)現(xiàn)，HH高值聚集區(qū)海拔較低，LL低值聚集區(qū)海拔較高。有研究表明，海拔與有機(jī)質(zhì)呈顯著負(fù)相關(guān)，是有效磷和速效鉀含量變異的重要因子。研究區(qū)西北部為沖積型平圩區(qū)，東南部為崗地，隨著海拔升高，氣溫降低，濕度增加，土壤磷、鉀的轉(zhuǎn)化率降低。土壤養(yǎng)分元素同時(shí)受降水影響，在動(dòng)力勢(shì)能作用下，隨地表徑流和地下徑流在西北平圩區(qū)沉積，加之研究區(qū)西部有濕地分布，養(yǎng)分元素積累速率大于分解速率，利于土壤養(yǎng)分留存。

3.2.3PLI重金屬在土壤中積累必然導(dǎo)致土壤性質(zhì)發(fā)生變化，從而影響土壤肥力特性和養(yǎng)分分布。蕪湖市灣沚區(qū)PLI結(jié)果顯示，PLI≤1面積占研究區(qū)面積的81%，PLI＞1面積占研究區(qū)面積的19%。前人研究表明，土壤中有機(jī)氮的有效性主要依賴于有機(jī)氮的礦化特征［30］，土壤重金屬含量過(guò)多，氮元素的礦化態(tài)勢(shì)明顯降低，土壤供氮能力也相應(yīng)下降。外源重金屬進(jìn)入土壤后，使土壤對(duì)磷吸附位點(diǎn)數(shù)量和能量有所增加，亦可能產(chǎn)生磷酸鹽沉淀，導(dǎo)致土壤對(duì)磷吸附固定作用增強(qiáng)，有效性減弱。此外，重金屬污染可改變土壤有機(jī)質(zhì)礦化速率，影響土壤有機(jī)質(zhì)的積累與分配。這與本文研究結(jié)果一致，PLI值較低地區(qū)的土壤養(yǎng)分高于PLI值較高的地區(qū)。

3.2.4 土壤類型 土壤類型作為土壤屬性特征，影響土壤保水、保肥、通氣，是造成土壤養(yǎng)分空間分異的主導(dǎo)因素［29］。蕪湖市灣沚區(qū)西部多水稻土分布，水稻土是在原始土壤或成土母質(zhì)的基礎(chǔ)上，由于長(zhǎng)期耕作種植，土壤處于淹水狀態(tài)，發(fā)生水耕熟化、氧化還原交替、物質(zhì)淋溶淀積而形成的土壤類型［31］，各養(yǎng)分元素積累豐富，土壤肥沃，故形成土壤養(yǎng)分綜合指數(shù)HH高值聚集區(qū)。蕪湖市灣沚區(qū)東部土壤類型以酸性的紅壤、棕紅壤為主，富鋁作用顯著，風(fēng)化程度深，土質(zhì)黏重，較為貧瘠，故為養(yǎng)分綜合指數(shù)LL低值聚集區(qū)。

3.2.5 成土母質(zhì) 不同地質(zhì)單元中成土母質(zhì)差別較大。成土母質(zhì)是土壤形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，直接影響土壤次生礦物和元素含量，最終影響土壤養(yǎng)分［22］。蕪湖市灣沚區(qū)土壤養(yǎng)分熱點(diǎn)區(qū)域主要分布古新統(tǒng)痘母組和全新統(tǒng)蕪湖組，土壤養(yǎng)分冷點(diǎn)區(qū)域主要分布白堊系上統(tǒng)宣南組。古新統(tǒng)痘母組屬河流-山麓相沉積，全新統(tǒng)蕪湖組主要分布于河谷兩側(cè)，地層分布區(qū)以砂巖、粉砂、粘土為主，養(yǎng)分含量高。白堊系上統(tǒng)宣南組是在大陸環(huán)境中形成的紅色沉積，紅色地層由高價(jià)氧化鐵所致，表明曾受淋濾，故土壤繼承了母巖特點(diǎn)，養(yǎng)分含量低。

4 結(jié) 論

（1）根據(jù)全國(guó)第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)，蕪湖市灣沚區(qū)土壤堿解氮、有效磷含量達(dá)較豐富水平，全磷、全鉀、全氮、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量處于中等豐富水平。各養(yǎng)分因子變異系數(shù)處于27.26%～149.34%，其中有效磷變異系數(shù)最大，為強(qiáng)變異程度，全磷、全鉀、全氮、堿解氮、速效鉀、有機(jī)質(zhì)屬于中等強(qiáng)度變異。

（2）蕪湖市灣沚區(qū)土壤養(yǎng)分總體較高，一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)總占比為65.74%?？臻g分布呈現(xiàn)明顯集聚特征，HH高值聚類主要分布在研究區(qū)中西部，LL低值聚類主要存在于研究區(qū)東部。

（3）因子探測(cè)結(jié)果表明，土地利用類型對(duì)蕪湖市灣沚區(qū)土壤養(yǎng)分空間分布影響最大，其次是高程，成土母質(zhì)影響最小。交互探測(cè)結(jié)果顯示，影響因子之間交互作用影響均表現(xiàn)雙因子增強(qiáng)的特征。其中，土地利用類型與高程交互作用的影響最大，土壤類型和成土母質(zhì)交互影響最小。