节水灌溉条件下稻田土壤肥力分布规律研究

　　1、研究背景

　　土壤是不均一和变化的连续体，即时空连续变异体。田间实际情况表明，即使在土壤质地、类型相同的区域内，同一时刻土壤特性值（物理、化学、生物性质等）在不同空间位置上也具有明显差异，这种属性称为土壤特性的空间变异性。作为土壤特性主要指标的土壤肥力的空间变异也是普遍存在的，而且比较复杂，成土母质、地形、人类活动等对土壤肥力的空间变异均有较大影响。对土壤特性，尤其是土壤肥力空间变异的充分了解是管理好土壤肥力和合理施肥的基础。本文以典型水稻节水灌区漳河灌区的稻田土壤为研究对象，分析其肥力的空间变异性，确定土壤肥力特性，对促进节水、减轻农业面源污染，合理管理土壤养分，优化施肥，提高水稻产量和质量具有重要意义。

　　2、材料和方法

　　2.1试验区概况

　　湖北省漳河灌区是一个大型灌区，灌区实施较严格的节水灌溉管理制度。本试验区位于该灌区团林镇双碑八组内一块面积为11.79万m2的水稻区（东经112°10.6°～112°10.8°，北纬30°51.4°～30°51.7°），区域内地势北高南低，东西高中间低，平均海拔高程为96m。经统计，区域内共有132块农田，绝大部分田块种植水稻，种植制度为水稻一油菜/小麦一年两熟，灌溉制度采用浅、湿、晒节水灌溉技术。试验区田块分布如图1。

　　2.2土样采集与分析

　　2010年5月上旬至中旬对试验区进行土样采集。对该区内的每一块自然田块进行定点取样，采用人工土钻取样，然后用GPS定位。采样分两个土层深度进行：（a）上层0～25cm，（b）下层25～50cm，共采集104个上层土样和104个下层土样，取样点分布如图2。

　　土样经风干、磨碎及过筛后，进行理化性质的测定。有机质采用重铬酸钾容量法测定、总氮采用半微量凯氏法测定、总磷采用H2S04-HCl04消化一钼锑抗比色法测定、碱解氮采用碱解扩散法测定、速效磷采用0.5mol/LNaHCO，浸提一钼锑抗比色法测定、速效钾采用醋酸铵浸提一火焰光度法测定、pH值采用电位法测定。

　　2.3研究方法

　　首先用SPSS统计软件对试验区2010年采样点进行常规的统计分析，再通过GS+中的PunctualKriging方法进行空间插值，利用Surfer8.0软件生成的grid插值图，结合2010年的试验区位置图进行空间分析模块SpatialAnalyst的叠加，得到土壤肥力指标的插值变化图，进而分析土壤在横向和纵向上微小尺度下的肥力分布差异，得出试验区内稻田的肥力分布规律。

　　3、结果和分析

　　3.1试验区内土壤肥力指标的统计特征

　　运用SPSS17.0对研究区内的a、b层土壤的有机质、总氮、总磷、碱解氮、速效磷、速效钾、pH值进行了描述性统计，统计结果如表1、表2所示。

　　由表1中7种肥力指标的变异系数对比可知，各样点速效磷变异最大，其变异系数为62%，呈中等强度变异性；pH值变异最小，其变异系数只有4%，变异强度弱；其他几个指标的变异系数都在20%左右。说明该区表层土壤中的速效磷在水平空间上的变化很大，而pH值基本维持在同一状态，土壤略偏酸性。其余几个指标在水平空间上同样具有变异性，但变化程度不大。

　　由表2可知，7个肥力指标的变异系数同样是速效磷最大，具有强变异性；pH值的CV值最小，变异强度弱；其余各指标属中等变异强度。这与本地区土壤类型和土壤质地有关。

　　由表1与表2对比可知，土壤肥力纵向空间上也具有变异性。沿垂直方向向下，碱解氮的含量有明显的减少，速效钾最大值有明显增大，最小值有所减小，其余各因子含量均有不同程度的减少，土壤的pH值变化不大，下层土壤呈中性。该区的7个土壤肥力因子中除pH值外，其余6个都是下层的变异性大于上层，尤其是速效磷的变异系数变化较大，已超出了1。原因是下层土壤各指标值较之于上层偏小，所以同样的浓度变化对下层土壤引起的变异性更大。

　　3.2半方差分析法测定试验区内土壤肥力空间变异性

　　半方差分析是为了明确土壤肥力各指标的区域变量在距离与方向上不同的所有成对点之间的观测值的空间相关性。对试验区内土壤变异性的分析也分为在土壤各向同性条件下的变异函数分析和在土壤各向异性条件下变异函数分析。

　　土地统计学中用来拟合实际变异曲线图的理论模型有很多种，如球状模型、指数模型、高斯模型、线性有基台台值模型和线性无基台值模型等。而在拟合过程中，具体采用哪种模型，需要根据判断选择最优拟合模型，即先考虑决定系数R2的大小，其次考虑残差RSS的大小，最后再考虑变程和块金值的大小来判断不同的理论模型在拟合实际变异曲线图时的优劣程度。一般选取决定系数（R2）最大，残差（RSS）最小的模型，此模型即为最佳模型。

　　3.2.1土壤肥力指标的正态检验利用半方差分析法计算变异函数一般要求数据符合正态分布或近正态分布（偏度值在-1～1之间），否则可能存在比例效应，会使实验方差函数产生畸变。现采用SPSS17.0软件的K-S检验，对试验区的a、b层土壤进行统计分析，发现a层的速效磷不服从正态分布，其余6个指标服从正态分布；b层除pH值外，其余的6个指标均不服从正态分布。因此在对这几个指标进行变异函数计算时须进行对数转换，再分析其分布是否服从正态分布，分布检验结果如表3、表4所示。

　　由表3和表4可知，经对数转换后，a层土壤的7个肥力指标均服从正态分布.b层的有机质、TN、TP不服从正态分布，碱解氮、速效磷、速效钾均服从正态分布。服从正态分布的指标均能用半方差分析法得到其变异函数。