延河流域耕层土壤养分空间变异及与地形因子的相关性研究

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2021-0535

中国农学通报 ›› 2022, Vol. 38 ›› Issue (12): 79-87.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2021-0535

所属专题：生物技术

• 资源·环境·生态·土壤 • 上一篇下一篇

延河流域耕层土壤养分空间变异及与地形因子的相关性研究

罗丹¹(), 毛忠安², 张庭瑜²^,³^,⁴^,⁵, 常庆瑞⁶()

¹陕西地建土地勘测规划设计院有限责任公司,西安 710075
²陕西省土地工程建设集团有限责任公司,西安 710075
³陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司,西安 710075
⁴自然资源部退化及未利用土地整治重点实验室,西安 710075
⁵陕西省土地整治工程技术研究中心,西安 710075
⁶西北农林科技大学资源环境学院,陕西杨凌 712100

收稿日期:2021-05-18 修回日期:2021-08-11 出版日期:2022-04-25 发布日期:2022-05-18
通讯作者: 常庆瑞
作者简介:罗丹,女,1991年出生,山西运城人,工程师,硕士,研究方向：遥感与GIS应用。通信地址：710075 陕西省西安市雁塔区光泰路7号陕西省土地工程建设集团,E-mail： luodan6568@163.com。
基金资助:
中央高校基本科研业务费资助项目“基于深度学习的灾损土地语义空间分布规律研究及分析”(300102351502);陕西省耕地地力调查与质量评价项目;陕西省土地工程建设集团科研项目“基于DEM的陕北高原地貌形态空间格局研究”(DJNY2019-8);陕西省土地工程建设集团有限责任公司科研项目“基于深度学习网络融合多源遥感数据的废弃地块识别研究”(DJNY2021-10)

Spatial Variation of Topsoil Nutrients and Its Correlation with Topographic Factors in Yanhe River Basin

LUO Dan¹(), MAO Zhongan², ZHANG Tingyu²^,³^,⁴^,⁵, CHANG Qingrui⁶()

¹Land Surveying, Planning and Design Institute of Shaanxi Provincial Land Engineering Construction Group Co., Ltd., Xi'an 710075
²Shaanxi Province Land Engineering Construction Group Co., Ltd., Xi'an 710075
³Shaanxi Provincial Land Engineering Construction Group Co., Ltd., Xi'an 710075
⁴Key Laboratory of Degraded and Unused Land Consolidation Engineering, the Ministry of Natural Resources, Xi'an 710075
⁵Shaanxi Provincial Land Consolidation Engineering Technology Research Center, Xi'an 710075
⁶College of Nature Resources and Environment, Northwest A&F University, Yangling, Shaanxi 712100

Received:2021-05-18 Revised:2021-08-11 Online:2022-04-25 Published:2022-05-18
Contact: CHANG Qingrui

摘要/Abstract

摘要：

了解耕层土壤养分空间变异规律及其与地形因子的相关关系,以期为土壤养分有效利用和农业管理提供理论依据。以延河流域为研究对象,利用地统计学与GIS相关方法,研究土壤空间分布及变异规律,并基于DEM数据提取相关地形因子,分析流域尺度下地形因子对土壤养分空间分布的影响。研究区耕层全氮和有机质处于较低水平,速效钾和有效磷处于中等水平,pH呈弱碱性,空间变异大小依次为速效钾>有效磷>全氮>有机质>pH。构建的土壤养分指标半方差函数决定系数均大于0.6;土壤pH空间分布最为破碎;土壤速效钾和pH块金系数小于25%,主要为结构性因素影响;土壤全氮、有效磷、有机质具有中等水平的块金效应,受结构性因素和随机因素共同作用;其中有效磷块金系数最大,人类活动对其空间变异影响更大。全氮与有机质分布规律由西北向东南先递增后递减,速效钾呈现由西北向东南波浪形递减的分布格局,有效磷整体分布趋势表现为由中游向上下游降低,土壤pH沿某一方向变化的趋势不强。土壤养分空间变异情况与地形因子的相关关系相一致。在地势较低且平坦的区域内,更有利于农业生产,土壤养分较为充足;在高海拔、地形起伏较大区域养分含量相对较低。

关键词: 地统计学, 耕层土壤养分, 空间变异, 地形因子, 延河流域

Abstract:

To provide a basis for the effective utilization of soil nutrients and agricultural management, the spatial variation rule of topsoil nutrients and its correlation with topographic factors were studied. The authors took Yanhe River Basin as the research object, the spatial distribution and variation of soil nutrients were studied by geostatistics and GIS. Based on DEM data, relevant topographic factors were extracted to analyze the influence of topographic factors on soil nutrient spatial distribution in watershed scale. The results show that the total nitrogen and organic matter in the topsoil of the study area are at a low level, the available potassium and available phosphorus are at medium level, and the pH is weakly alkaline. The spatial variation is in the following order: available potassium > available phosphorus > total nitrogen > organic matter >pH. The determination coefficients of the semi-variance function on soil nutrients are all more than 0.6, the spatial distribution of soil pH is the most fragmented, which are mainly influenced by structural factors. The nugget coefficient of soil available potassium and pH is less than 25%. With the influence of structural and random factors, soil total nitrogen, available phosphorus and organic matter have medium level of nugget effect. And the nugget coefficient of available phosphorus is the highest, indicating that human activities have greater influence on its spatial variation. The distribution of total nitrogen and organic matter increases first and then decreases from northwest to southeast. The distribution pattern of available potassium shows a wave of decreasing from northwest to southeast. The overall distribution trend of available phosphorus is reduced from middle to the upstream and downstream. The trend of pH change along a certain direction is not obvious. The correlation between soil nutrient spatial variation and topographic factors is consistent. In the region of low and flat terrain, the soil nutrients are more abundant, which is conducive to agricultural production. And the nutrient content is relatively low in the areas with large topographic relief at high altitude.

Key words: geostatistics, topsoil nutrients, spatial variation, topographic factors, Yanhe River Basin

中图分类号:

S159.2

罗丹, 毛忠安, 张庭瑜, 常庆瑞. 延河流域耕层土壤养分空间变异及与地形因子的相关性研究[J]. 中国农学通报, 2022, 38(12): 79-87.

LUO Dan, MAO Zhongan, ZHANG Tingyu, CHANG Qingrui. Spatial Variation of Topsoil Nutrients and Its Correlation with Topographic Factors in Yanhe River Basin[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2022, 38(12): 79-87.

图/表 7

参考文献 27

[1]	刘占锋, 傅伯杰, 刘国华, 等. 土壤质量与土壤质量指标及其评价[J]. 生态学报, 2006,26(3):901-913.
[2]	杨玉玲, 文启凯, 田长彦, 等. 土壤空间变异研究现状及展望[J]. 干旱区研究, 2001,18(2):50-55.
[3]	FLORINSKY I V, EILERS R G, MANNING G R, et al. Prediction of soil properties by digital terrain modeling[J]. Environ.model.soft, 2002,17(3):295-311.
[4]	郭旭东, 傅伯杰, 马克明, 等. 基于GIS和地统计学的土壤养分空间变异特征研究--以河北省遵化市为例[J]. 应用生态学报, 2000(4):557-563.
[5]	秦松, 樊燕, 刘洪斌, 等. 地形因子与土壤养分空间分布的相关性研究[J]. 水土保持研究, 2008,18(1):46-49,52.
[6]	高洁, 武红旗, 李新梅, 等. 近40年阜康市耕层土壤养分变化特征[J]. 西南农业学报, 2020,33(10):2294-2302.
[7]	连纲, 郭旭东, 傅伯杰, 等. 黄土高原小流域土壤养分空间变异特征及预测[J]. 生态学报, 2008,45(3): 946-954.
[8]	夏岩, 张姝琪, 高文冰, 等. 黄土高原变绿对黄河中游延河流域径流演变的影响估算[J]. 地球科学与环境学报, 2020,42(6):849-860.
[9]	杨殊桐. 黄土高原典型流域植被恢复对生态系统服务功能权衡协同关系的影响[D]. 西安: 西安理工大学, 2020:1-5.
[10]	王天宇, 惠怡安, 师莹, 等. 人为干扰度视角下黄土丘陵沟壑区延河流域景观格局演变预测及优化--以陕西省延长县为例[J]. 水土保持通报, 2020,40(6):1-8.
[11]	李晶, 周自翔. 延河流域景观格局与生态水文过程分析[J]. 地理学报, 2014,69(7):933-944. doi: 10.11821/dlxb201407006
[12]	刘胤汉. 陕西省延安地区地理志[M]. 西安: 陕西人民出版社, 1983:731-738.
[13]	李松. 汉中市土壤养分空间变异及耕地地力评价研究[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2016:45-46.
[14]	鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 北京: 中国农业出版社, 2000:25.
[15]	杨静涵, 刘梦云, 张杰, 等. 黄土高原沟壑区小流域土壤养分空间变异特征及其影响因素[J]. 自然资源学报, 2020,35(3):743-754.
[16]	郭兆元. 陕西土壤[M]. 北京: 科学出版社, 1992:156-159.
[17]	于洋. 陕西省耕地土壤养分状况及耕地地力评价研究[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2016:36-46.
[18]	郭旭东, 傅伯杰, 陈利顶, 等. 河北省遵化平原土壤养分的时空变异特征--变异函数与Kriging插值分析[J]. 地理学报, 2000,55(5):555-566. doi: 10.11821/xb200005005
[19]	MILLER P M, SINGER M J, NIELSEN D R. Spatial variability of wheat yield and soil properties on complex hills[J]. Soil Science Society of America Journal, 1988,52:1133-1141. doi: 10.2136/sssaj1988.03615995005200040045x URL
[20]	张忠华, 胡刚, 祝介东, 等. 喀斯特森林土壤养分的空间异质性及其对树种分布的影响[J]. 植物生态学报, 2011,35(10):1038-1049. doi: 10.3724/SP.J.1258.2011.01038
[21]	何志祥, 朱凡. 雪峰山不同海拔梯度土壤养分和微生物空间分布研究[J]. 中国农学通报, 2011,27(31):73-78.
[22]	罗丹, 王涛, 常庆瑞. 县域农村居民点适宜性评价-以陕西省陇县为例[J]. 中国农学通报, 2019,35(14):157-164.
[23]	张素梅, 王宗明, 张柏, 等. 利用地形和遥感数据预测土壤养分空间分布[J]. 农业工程学报, 2010,26(5):188-194.
[24]	宋丰骥. 黄土丘陵沟壑区土壤养分空间变异及其丰缺评价研究[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2012:36.
[25]	杨昕, 张茜. 基于数字高程模型的太阳辐射模拟[C]// 武汉: 中国地理学会2003年学术年会文集, 2003:1.
[26]	杨建虎, 常鸿莉, 魏琪. 黄土高原小流域土壤养分空间特征及其与地形因子的相关性[J]. 西北农林科技大学学报:自然科学版, 2014,42(12):85-90.
[27]	陈皓, 章申. 黄土地区氮磷流失的模拟研究[J]. 地理科学, 1991,11(2):142-148.

土壤养分	样本数	最大值	最小值	平均值	标准差	变异系数	BV01	BV02
全氮 TN/(g/kg)	7488	0.77	0.27	0.52	0.08	16.09	0.90	0.56
速效钾 AK/(mg/kg)	8167	168.00	50.00	105.56	20.42	19.34	146.27	119.22
有效磷 AP/(mg/kg)	8153	13.60	4.50	9.07	1.48	16.27	17.45	9.92
有机质 OM/(g/kg)	8169	12.20	4.90	8.55	1.19	13.98	14.44	8.58
pH	8208	9.30	7.20	8.19	0.19	2.36	7.75	8.01

土壤养分	样本数	最大值	最小值	平均值	标准差	变异系数	BV01	BV02
全氮 TN/(g/kg)	7488	0.77	0.27	0.52	0.08	16.09	0.90	0.56
速效钾 AK/(mg/kg)	8167	168.00	50.00	105.56	20.42	19.34	146.27	119.22
有效磷 AP/(mg/kg)	8153	13.60	4.50	9.07	1.48	16.27	17.45	9.92
有机质 OM/(g/kg)	8169	12.20	4.90	8.55	1.19	13.98	14.44	8.58
pH	8208	9.30	7.20	8.19	0.19	2.36	7.75	8.01

土壤养分	理论模型	变程	块金值	基台值	块金系数	R²
全氮 TN	S	45800	0.001	0.004	0.416	0.726
速效钾 AK	G	191565	0.016	0.116	0.141	0.967
有效磷 AP	E	45600	1.095	2.191	0.500	0.897
有机质 OM	E	35700	0.020	0.044	0.461	0.839
pH	E	6900	0.0004	0.0004	0.121	0.611

土壤养分	理论模型	变程	块金值	基台值	块金系数	R²
全氮 TN	S	45800	0.001	0.004	0.416	0.726
速效钾 AK	G	191565	0.016	0.116	0.141	0.967
有效磷 AP	E	45600	1.095	2.191	0.500	0.897
有机质 OM	E	35700	0.020	0.044	0.461	0.839
pH	E	6900	0.0004	0.0004	0.121	0.611

土壤养分	高程	坡度	地形起伏度	坡向
全氮 TN	-0.385^**	0.035	-0.099^**	-0.148^**
速效钾 AK	-0.617^**	-0.092^**	-0.114^**	-0.065
有效磷 AP	-0.186^**	-0.077^**	-0.037	-0.058
有机质 OM	-0.283^**	0.036	-0.105^**	0.108^**
pH	0.287^**	0.012	0.029	-0.050

延河流域耕层土壤养分空间变异及与地形因子的相关性研究

Spatial Variation of Topsoil Nutrients and Its Correlation with Topographic Factors in Yanhe River Basin

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 7

参考文献 27

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

关于本刊

作者中心

审者中心

在线期刊

联系我们

地形因子		全氮TN/(g/kg)	速效钾AK/(mg/kg)	有效磷AP/(mg/kg)	有机质OM/(g/kg)	pH
高程	<1000 m	0.59±0.12	123.81±36.56	10.03±1.88	9.24±1.81	8.11±0.23
	1000~1200 m	0.62±0.16	118.65±37.96	9.54±2.44	9.20±2.03	8.13±0.27
	1200~1400 m	0.59±0.18	111.40±33.51	8.90±2.47	8.87±2.14	8.24±0.21
	1400~1600 m	0.45±0.14	94.04±30.60	8.03±3.68	8.55±1.94	8.39±0.38
	>1500 m	0.44±0.11	86.87±28.96	8.07±3.73	8.93±1.44	8.39±0.36
坡度	0°~2°	0.55±0.14	117.99±29.50	9.95±1.65	8.97±1.61	8.21±0.17
	2°~6°	0.54±0.21	114.69±43.64	8.26±3.34	8.80±2.19	8.33±0.40
	6°~15°	0.55±0.23	109.55±50.82	8.16±3.81	8.93±2.31	8.32±0.45
	15°~25°	0.54±0.23	106.32±48.41	8.06±3.82	8.92±2.19	8.31±0.44
	>25°	0.54±0.19	105.82±37.58	8.04±2.84	8.93±2.08	8.34±0.34
地形起伏度	0~30 m	0.59±0.10	124.66±9.07	9.79±0.49	9.81±0.77	8.17±0.08
	30~70 m	0.55±0.15	121.65±36.68	9.56±2.04	8.79±2.18	8.17±0.21
	70~110 m	0.54±0.23	109.14±51.23	8.16±3.81	8.93±2.31	8.32±0.43
	110~150 m	0.54±0.23	108.74±47.30	8.03±3.82	9.01±2.22	8.32±0.45
	>150 m	0.54±0.23	107.31±40.97	7.96±3.41	8.89±2.15	8.36±0.39
坡向	平地	0.47±0.11	118.50±33.50	9.85±1.95	8.30±2.00	8.30±0.50
	阴坡	0.54±0.23	108.50±58.50	9.05±4.55	8.50±3.60	8.45±0.85
	半阴坡	0.52±0.24	107.00±57.00	9.05±4.55	8.50±3.60	8.50±0.70
	阳坡	0.53±0.25	108.50±58.50	9.00±4.50	8.55±3.55	8.25±1.05
	半阳坡	0.52±0.25	108.50±58.50	8.95±4.45	8.60±3.60	8.55±0.75

[1]	孙喜军, 邓睿, 吕爽, 高莹, 蔡苗, 缑巧红, 赵娟. 西安市农用地土壤有机质空间变异特征[J]. 中国农学通报, 2022, 38(35): 43-53.
[2]	郭佳, 靳少非, 王库. 城市快速扩张背景下城乡交错区土壤重金属的空间分布特征及影响因素分析[J]. 中国农学通报, 2022, 38(17): 103-109.
[3]	赵阿娟, 刘琼峰, 谢鹏飞, 翟争光, 李明德, 周峻宇, 钟越峰, 何激光, 龙大彬, 陈鹏峰, 谢扬军, 刘良教. 长沙植烟区土壤养分丰缺状况评价[J]. 中国农学通报, 2022, 38(13): 109-119.
[4]	任煜堃. 山西省森林土壤因子空间变异特征[J]. 中国农学通报, 2021, 37(32): 42-50.
[5]	任艳敏, 郜允兵, 刘玉. 耕地质量空间插值方法的研究进展与展望[J]. 中国农学通报, 2021, 37(12): 45-50.
[6]	郑明, 白云岗, 张江辉, 丁邦新, 肖军. 基于主成分分析法的干旱区典型绿洲土壤盐分特征分析——以新疆第二师31团为例[J]. 中国农学通报, 2020, 36(27): 81-87.
[7]	陈强, 杨劲松, 姚荣江, 王相平, 谢文萍, 郑复乐, 朱海, 王树林. 河套平原典型县域耕地土壤养分空间变异特征研究[J]. 中国农学通报, 2020, 36(10): 102-108.
[8]	乔磊, 黄明镜, 张吴平, 王国芳, 任健. 晋中盆地典型耕地厚度、土壤养分空间变异[J]. 中国农学通报, 2020, 36(1): 89-97.
[9]	谢红花,李超,钱晔,李文峰. 云南乌蒙山区土壤养分空间变异及海拔梯度分布规律[J]. 中国农学通报, 2019, 35(8): 52-59.
[10]	孟菁,孙喜军,吕爽,王安,王小荣,王虎,蔡苗. 西安市耕地土壤有效态微量元素的空间变异特征[J]. 中国农学通报, 2019, 35(23): 58-65.
[11]	吴美玲,田晋文. 基于GIS和地统计学的黔西北农业园区土壤养分空间变异特征研究[J]. 中国农学通报, 2019, 35(17): 48-53.
[12]	郭安廷,崔锦霞,许鑫,马新明. 基于GIS与地统计的土壤养分空间变异研究[J]. 中国农学通报, 2018, 34(23): 72-79.
[13]	吴倩鑫,杨联安. 蔬菜地土壤重金属含量空间插值精度分析[J]. 中国农学通报, 2016, 32(23): 81-86.
[14]	孙书斌,江智敏,刘光辉,姚雪梅,杨虹琦,胡彬. 隆回植烟土壤有机质含量及其影响因素空间变异性研究[J]. 中国农学通报, 2015, 31(8): 154-158.
[15]	张力玮,张卓栋,蔡宏钰,杨文琴,陈思吉,曾冯真诚. 基于原位测定的坝上地区河流地貌耕地土壤盐分的空间变异分析[J]. 中国农学通报, 2015, 31(33): 250-255.