黄河下游地区农业土壤养分评价和空间变异性研究

摘要

黄河中下游典型农区平原作为全国重要的粮食生产区，对我国粮食生产安全起着至关重要的作用。本研究以封丘县的研究区为例，在GS+、ArcGIS、SPSS等软件和地统计学等方法的支持下，对农田土壤进肥力特征和空间变异性进行分析和评价，主要结论如下：
　　（1）统计结果表明：土壤养分含量和肥力水平状态良好。本研究共测定16种土壤理化性质及养分元素指标：物理性质有含水量、容重、pH值、粉粒、粘粒、砂粒；土壤养分元素包括有机质、全氮、全磷、全钾、铵态氮、硝态氮、速效磷、全硫、全钙、全镁、全钠以及微量元素：全锰与全铁。
　　pH值处在7.15-9.02之间，呈碱性；土壤有机质含量范围在2.55-30.36 g/kg之间，有机质含量中等以上的样点数占69.32％；容重范围是1.01-1.56；含水量为0.86-36.77%；总氮的含量处在40.94-1698.74 mg/kg。总磷的含量为300.83-1283.66 mg/kg；全钾的含量为20.27-34.79 g/kg；速效磷为3.88-52.06 mg/kg；全铁的含量范围是12.48-36.99 g/kg；全硫的含量为33.22-1645.28 mg/kg；全钙的含量范围是28.38-72.88 g/kg；全镁的含量为5.38-18.96 g/kg；全锰的含量为283.56-793.46 mg/kg；铵态氮和硝态氮的含量范围分别是2.6~13.50 mg/kg和11.49~141.87 mg/kg；粘粒的含量范围是1.75-30.69%；粉粒的含量范围是6.29-66.24%；砂粒的含量范围是12.52-91.96%。
　　（2）应用土壤养分肥力综合指数（Integrated fertility index, IFI）法对土壤肥力进行评价。结果显示：在农田养分的指标之间，存在显著或极显著的相关性。土壤有机质值与土壤养分肥力综合指数之间呈现极显著的正相关性；除此之外，有机质还与其他测得养分元素之间存在极显著的相关性，例如铵态氮、全锰、全钠、全镁全钙、全硫全铁等；除总氮、总磷和硝态氮之外，土壤含水量与全钾、全铁、全硫、全钙、全镁、全钠、全锰、铵态氮、pH和容重等元素之间均存在极显著的相关性；速效磷和全钙、全镁、全钠、全锰、铵态氮、全铁总磷和容重之间也呈现极显著的相关性。
　　研究结果中，土壤养分肥力综合指数（Integrated fertility index, IFI）分布范围在0.26~0.8，平均值为0.448，标准差为0.139，变异系数为31.03%。而在整个封丘县主要粮食产区，IFI指数处于中等水平(0.362~0.629)的区域面积占了研究区总面积的2/3以上，IFI处于偏低水平的斑块，需要进行增加或者改变施肥及耕作习惯。土壤肥力综合指数的整体趋势和最高值出现在试验区南端，从南向北为降低的趋势，IFI最低值位于试验区中部，高低趋势的空间分布与有机质的高值和低值点重合。
　　（3）在ArcGIS地统计分析模块的支持下，对土壤理化性质和养分元素进行空间模拟可得：研究区有机质总体分布趋势为南部偏高，从南向北方向含量逐渐降低，最高值出现在试验区南段的水田，最低值出现在试验区的中部和最北侧的旱地。
　　铵态氮和硝态氮在研究区的最南端和最北端分别有一个最高值区和最低值区，而且研究区中部的含量值得过渡趋势也十分明显，从南向北依次为先减少后增加，剖面上表层含量值最高，在20 cm以下深度的含量值都趋于稳定，而且数值大小相同；土壤全氮在整个实验区的数值变化幅度不大，土壤全氮含量整体偏低。土壤磷素含量偏高，全磷和速效磷的空间分布差异很大，速效磷分布为从南向北逐渐降低，而全磷则先增加后降低。在剖面上全磷和速效磷的剖面分布趋势大致相同，表层含量最高，20 cm深处含量达到稳定值；全钾的含量十分丰富，全钾的含量处于较高的含量水平，空间趋势为北高南低。研究中发现，钾元素的含量分布区域和人类生活区接近。
　　（4）分析发现，土壤养分元素的空间分布主要受人类生活和耕作方式的影响，受土壤母质本身的影响因素较小。
　　由于封丘土壤整体呈现碱性或者弱碱性，可适当施用酸性肥料或者农家有机肥，改善土壤的酸碱性；在农田耕种过程中，为了防止养分流失，应该增加耕种层深度，减少翻耕次数。土壤中的有机质含量中等，部分养分如氮素组分，含量较低，应当结合所在区域和种植作物类型，适当的增加氮肥的施用，合理管理规划田间灌溉用水量，特别是北半部分实验区，应该着重增加浇水量，促进肥力发挥效用。
　　在我国农田生产压力加剧，粮食生产安全形势日益严峻的大背景下，通过研究不同土地利用类型、种植类型、人类耕作方式和施肥方式，对封丘农业土地的养分空间分布及肥力特征进行评价，并探讨肥力空间变异特征。为当地的农田保护和精准农业的推进提供理论支撑；为封丘及周边平原的粮食生产安全、土地资源的高效利用、小尺度范围内的可持续发展与生态环境保护提供一定的理论参考和实践指导。

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1 绪论

1.1 研究意义

1.1.1 研究目的

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1土壤肥力综合评价研究

1.2.2 土壤养分空间变异研究

1.2.3 土壤肥力研究

2 研究区概况

2.1 自然地理概况

2.3 社会经济概况

3研究方法和技术路线

3.1 研究内容

3.2 研究方法

3.2.1 样品采集与处理

3.2.2 室内实验

3.2.3 数据处理

3.3模型选择

3.3.1 评价指标的选择

3.3.2 评价指标权重的确定

3.3.3 隶属度的计算

3.3.4 土壤肥力综合指数值计算

3.4 技术路线图

4研究结果

4.1 土壤养分的特征分析

4.1.1 土壤养分数理统计分析

4.1.2 土壤养分剖面分布特征

4.1.3 土壤养分含量的正态分布性检验

4.1.4 土壤养分含量变异的半方差函数分析

4.2土壤养分要素的空间分布特征

4.2.1 有机质、土壤活性碳、土壤非活性碳的空间分布

4.2.2 氮素空间分布特征

4.2.3 磷素空间分布特征

4.2.4 钾素空间分布特征

4.2.5 土壤中量元素

4.2.6 土壤微量元素

4.3 土壤肥力综合特征评价

4.3.1 评价指标的选择

4.3.2 评价指标权重的确定

4.3.3 评价指标隶属度的计算

4.3.4 土壤肥力综合指数计算

4.3.5 肥力等级划分

4.3.6 肥力等级空间分布

4.4 土壤养分的影响因素分析

4.4.1 土壤性质对土壤养分空间分布的影响

4.4.2 不同的农耕措施对土壤理化性质和养分空间分布的影响

5 结果与讨论

5.1 结果

5.2 讨论

参考文献

致谢