1、基于地統(tǒng)計(jì)學(xué)的耕層土壤有效態(tài)微量元素空間變異特征研究基于地統(tǒng)計(jì)學(xué)的耕層土壤有效態(tài)微量元素空間變異特征研究微量元素是土壤的重要組成成分，是表征土壤質(zhì)量的重要因子1，雖然在土壤中含量比較低，但對(duì)作物正常生長(zhǎng)影響廣泛，有重要探究意義。近年來(lái)，許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)土壤微量元素進(jìn)展了多方面探究，基于地統(tǒng)計(jì)學(xué)的內(nèi)插方法可以更好地反映微量元素的空間分布特征，推動(dòng)對(duì)微量元素空間異質(zhì)性研究討論，比方徐尚平等2用克里格法分析了內(nèi)蒙地區(qū)土壤微量元素的空間構(gòu)造，發(fā)現(xiàn)母質(zhì)和以土類為代表的表生地球化學(xué)作用是影響分布形式的主要因素。張慶利等3對(duì)城郊蔬菜基地、趙彥峰等4對(duì)城鄉(xiāng)交織區(qū)分析耕層土壤有效微量元素空間分布的影響因素認(rèn)為，

2、有效鋅和有效銅的含量主要受人類活動(dòng)影響。農(nóng)業(yè)消費(fèi)中施用的氮、磷肥等將導(dǎo)致土本文由論文聯(lián)盟搜集整理壤-植物系統(tǒng)中微量營(yíng)養(yǎng)元素的失衡，從而引起微量元素的缺乏5。本文在前人對(duì)文登區(qū)研究的根底上，結(jié)合文登區(qū)土地類型、地形、利用現(xiàn)狀等因素分析了土壤有效態(tài)微量元素的空間分布規(guī)律，有效彌補(bǔ)了文登區(qū)土壤養(yǎng)分分析的缺乏，以更全面直觀地理解文登區(qū)微量元素分布現(xiàn)狀，有助于精準(zhǔn)施肥，因地制宜，對(duì)農(nóng)業(yè)消費(fèi)有重要指導(dǎo)意義。1材料與方法1.1研究區(qū)概況文登位于山東半島東部，在北緯36523723、東經(jīng)1214312219之間。西阻于昆崳山，與煙臺(tái)市牟平區(qū)和乳山市相接，北連威海市環(huán)翠區(qū)，東鄰榮成市，南瀕黃海。總面積1645k

3、2，海岸線155.88k。全市土地總面積161461.77h2，農(nóng)用地占土地總面積的74.90%。文登位于新華夏系第二隆起的東部，總的地質(zhì)特點(diǎn)是：地質(zhì)簡(jiǎn)單，巖漿巖分布廣泛，構(gòu)造不太發(fā)育。全境兩側(cè)高，中間低，北部高，南部低，像一個(gè)簸箕，口向南，伸向黃海。境內(nèi)地形復(fù)雜，丘陵起伏，溝壑縱橫，平原沿河谷兩岸及濱海地區(qū)呈帶狀展布。山地占總面積19%，丘陵占58.4%，平原占22.6%。文登地處北溫帶，屬大陸性季風(fēng)氣候，四季清楚。降水分布不均，夏季較為集中，春秋季降水偏少，常發(fā)生干旱。根據(jù)全區(qū)第二次土壤普查資料，全區(qū)土壤有6個(gè)土類，10個(gè)亞類，14個(gè)土屬，97個(gè)土種，179個(gè)變種。棕壤是全區(qū)主要土壤類型，

4、分布于各地，可利用土地面積13.15104h2，占可利用總面積的83.59%。1.2研究方法1.2.1樣品采集與分析2022年9月作物收割后進(jìn)展耕層土壤020的取樣，以威海市文登區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖為根底圖件，結(jié)合研究區(qū)實(shí)地情況，根據(jù)均勻布點(diǎn)原那么并進(jìn)展實(shí)地采樣，采取多點(diǎn)混合和四分法采集020耕作層土壤，用手持GPS定位采樣點(diǎn)，共布設(shè)2387個(gè)土壤采樣點(diǎn)，經(jīng)挑選選取1086個(gè)采樣點(diǎn)圖1。土壤有效鐵的測(cè)定采用鄰二氮菲分光光度法6；有效鋅、錳的測(cè)定采用DTPA浸提-原子吸收分光光度法7；土壤有效硼通常是指以沸水提取的硼，用甲亞胺比色法測(cè)定；有效銅采用火焰原子吸收分光光度法測(cè)定。1.2.2數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)

5、分析利用SPSS19.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)展K-S檢驗(yàn)和一般描繪性統(tǒng)計(jì)，剔除原始數(shù)據(jù)中的異常值后，如不符合正態(tài)分布，需進(jìn)展對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換。利用GS+7.0和ArGIS10.0軟件互相輔助對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)展半方差分析和擬合，根據(jù)變異函數(shù)理論模型參數(shù)，選取最優(yōu)擬合方法，在地統(tǒng)計(jì)模塊中進(jìn)展普通Kriging插值，生成微量元素空間變異分布圖。半變異函數(shù)的理論模型可用來(lái)分析土壤理化性質(zhì)空間變異的隨機(jī)性和構(gòu)造性，它是地統(tǒng)計(jì)學(xué)特有的工具和分析的根底8。變異函數(shù)是研究空間變異的關(guān)鍵函數(shù)9，該函數(shù)為：rh=122Zx+h-Zx。式中：h樣本間距；Zx在位置x處的數(shù)值；Zx+h在間隔 x+h處的數(shù)值10。實(shí)際工作中區(qū)域化變量的變異性往往

6、很復(fù)雜，它可能在不同的方向上呈現(xiàn)不同的變異性，或者在同一方向上包含著不同尺度的多層次的變異性。2結(jié)果與分析2.1土壤有效態(tài)微量元素的統(tǒng)計(jì)分析特征土壤有效態(tài)微量元素指標(biāo)的描繪統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。按照全國(guó)第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，文登區(qū)土壤有效態(tài)微量元素含量差異較大，有效Fe、n、u、Zn、B含量的變化范圍分別為2.029.32、1.638.52、0.030.94、0.010.72、0.100.26g/kg，其平均含量分別為4.26、4.35、0.31、0.22、0.24g/kg，其中有效n的平均含量最高，有效Zn的平均含量最低。按照山東省土壤有效態(tài)微量元素分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，從平均含量來(lái)看，有效態(tài)Fe處于低

7、等程度2.54.5g/kg，有效n處于低等程度15g/kg，有效u處于中等程度0.21.0g/kg，有效Zn處于低等程度0.5g/kg，有效B處于低等程度0.25g/kg。由土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)11可知，有效u、Zn、n均未超過(guò)國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。按照反映離散程度的變異系數(shù)大小的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，有效Fe、n、Zn、u均屬中等變異程度10%100%，而有效B屬低等變異程度10%。正態(tài)分布檢驗(yàn)說(shuō)明，各微量元素原始數(shù)據(jù)均表現(xiàn)為尖峰、正偏性，經(jīng)對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換后，符合正態(tài)分布，滿足地統(tǒng)計(jì)學(xué)分析的要求。2.2土壤有效態(tài)微量元素空間異質(zhì)性特征分析塊金值也叫塊金方差，反映的是最小抽樣尺度以下變量的變異性及測(cè)量誤差，表示隨機(jī)局部的

8、空間異質(zhì)性。塊金值與基臺(tái)值的比值為空間相關(guān)度，表示可度量空間自相關(guān)的變異所占的比例，說(shuō)明系統(tǒng)變量的空間相關(guān)性的程度。假設(shè)比值25%，說(shuō)明具有強(qiáng)烈的空間相關(guān)性；假設(shè)比值在25%75%之間，說(shuō)明具有中等的空間相關(guān)性；假設(shè)75%說(shuō)明空間相關(guān)性很弱。如表2所示，各個(gè)微量元素塊金值/基臺(tái)值均小于25%，說(shuō)明具有強(qiáng)烈的空間相關(guān)性，說(shuō)明在該研究區(qū)內(nèi)，受人為因素耕作、施肥、種植制度等的影響較校由表2可知，土壤微量元素的半方差函數(shù)擬合效果最優(yōu)，有效Fe、n、u、Zn用指數(shù)模型擬合效果最優(yōu)，有效B用球狀模型擬合效果最優(yōu)。2.3土壤有效態(tài)微量元素含量的空間局部插值分析空間插值分布圖可以更直觀地表達(dá)土壤微量元素含量的

9、變化，為便于全面、直觀地提醒土壤微量元素的空間分布規(guī)律，在ArGIS10.0中，對(duì)各個(gè)微量元素采用普通Kriging插值圖2。中部低山丘陵區(qū)有效Fe含量較高，在6.0g/kg以上，中南部邊界地帶有效Fe含量最低，且有區(qū)域性特征，根本在小觀鎮(zhèn)范圍內(nèi)，土地利用類型是菜地和果園。有效n的分布特征與有效Fe有一定的相似性，環(huán)繞在鐵元素密集區(qū)周圍。有效u在北部山區(qū)、中北部圣經(jīng)山以及中南部低山丘陵一帶較為集中。有效Zn和有效B地域差異不明顯，分布較為細(xì)碎化，說(shuō)明受人類活動(dòng)、地形和土地利用類型影響比較少。張忠啟等12研究了江蘇省沛縣土壤全氮空間變異性，土壤類型對(duì)土壤全氮含量有著重要影響，成土母質(zhì)是影響空間分

10、布的重要因素。微量元素空間分布較為復(fù)雜，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要與研究區(qū)的成土母質(zhì)有關(guān)，成土母質(zhì)是影響微量元素含量和空間分布的首要因素13，文登區(qū)成土母質(zhì)大局部為酸性巖風(fēng)化物，土壤代換量平均在6.5l/kg土，保肥才能弱。3討論通過(guò)對(duì)文登區(qū)土壤有效態(tài)微量元素的分析，應(yīng)從以下兩個(gè)方面加強(qiáng)研究：1全面統(tǒng)計(jì)微量元素的空間信息，利用ArGIS空間分析功能，結(jié)合土地利用現(xiàn)狀、類型、地形、氣候等相關(guān)數(shù)據(jù)，整合土壤有機(jī)質(zhì)與氮磷鉀大量元素信息，進(jìn)展土壤養(yǎng)分綜合分析，進(jìn)步插值精度，為進(jìn)一步開展文登區(qū)土壤監(jiān)察與改良提供理論根據(jù)。2文登區(qū)土壤有效態(tài)微量元素含量均在正常范圍之內(nèi)，總體偏低，施肥是土壤養(yǎng)分補(bǔ)給的重要來(lái)源，

11、在施肥過(guò)程中土壤微量元素也會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)變化，應(yīng)根據(jù)不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)開展階段和科學(xué)施肥程度，因地制宜加快配方肥推廣，綠色防控，逐步淘汰高毒、高殘留化學(xué)農(nóng)藥應(yīng)用，標(biāo)準(zhǔn)化、標(biāo)準(zhǔn)化使用化學(xué)投入品，不斷改良土壤，使土壤養(yǎng)分到達(dá)生態(tài)平衡，改善缺乏現(xiàn)狀，助力農(nóng)業(yè)消費(fèi)。4結(jié)論本研究運(yùn)用經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)和地統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，借助GS+軟件輔助調(diào)參，運(yùn)用克里格內(nèi)插的方法分析了威海市文登區(qū)耕層土壤微量元素空間變異特征，主要結(jié)論如下：1統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果說(shuō)明，有效B、Fe、n、u和Zn符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布，土壤中有效態(tài)微量元素含量均在正常范圍之內(nèi)，總體偏低，有效u處于中等程度，其他元素均處在低等程度，處于普遍缺乏狀態(tài)。土壤微量元素的變異系數(shù)差異較大，分配不平衡，有效Fe、n、Zn、u均屬中等變異程度10%100%，而有效B屬低等變異程度10%。2利用普通Kriging插值方法，在半變異函數(shù)擬合模型根底上，分析了土壤有效態(tài)微量元素的地統(tǒng)計(jì)特征，文登區(qū)土壤微量元素含量空間變異具有各向異性，塊金值/基臺(tái)值均小于25%，具有強(qiáng)烈的空間相關(guān)性，說(shuō)明在該研究區(qū)內(nèi)，受人為因素的影響較校有