文字/编辑：夏有喃风

引言：

土壤性质是各种气候、地形以及人类活动等因素综合影响的结果，具有时间和空间的变化特征。

东北平原是我国重要的农业区，其主要的土壤类型如黑土、草甸土等具有良好的物理、化学和生物特性，是优良的耕作土壤，研究其土壤养分空间分布的影响因素是调整管理措施、获得最大经济收益的前提，也是实施精准农业实践的理论基础。

本文通过分析东北平原典型农业县—德惠市耕地土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾的空间分布规律和主要影响因素，为有效地指导农业生产提供科学依据。

一、研究区概况

德惠市位于吉林省中部，第二松花江中游，东经125°45′～126°23′，北纬43°32′～44°45′。地处典型黑土区，是国家重点商品粮食基地，在东北平原粮食主产区中，具有很强的代表性。

德惠南北长96km，东西宽65km，总土地面积3435km2；海拔在149～241m，南稍高，北略低，自东向西呈波状起伏；境内有第二松花江及支流伊通河、饮马河、雾开河和沐石河。属半湿润温带大陆性季风气候，年平均气温4.4℃，年日照时数2695h，无霜期139d，年降水量520mm。

土壤类型以黑土、草甸土、黑钙土和冲积土为主，共占总土地面积的94％以上；原始的森林、草原植被已基本不复存在，大部分地区已开垦为农田，仅存有小面积的天然次生植被和人工林草。

德惠市属于典型的农业区，耕地占总土地面积的70％以上。

二、土壤养分空间变异的影响因素分析

土壤养分空间差异的存在是内外因子长期共同作用下形成的。土壤和地形是影响该区土壤养分空间分异的主要内在因素，人类活动通过不同的土地利用及管理方式对土壤养分分布格局的形成也起到了重要作用。

该地区因4种土壤养分原始数据均不服从正态分布，而经过对数转换后服从正态分布，因此在分析其空间变异的影响因素时，采用经对数转换的数据进行分析。

2.1高程对土壤养分空间分布的影响

根据其所在土壤图斑的高程，我们将所有采样点分为3个高程组，分别为140～180m，181～210m和＞210m；采用单变量方差分析的方法分析不同高程对土壤养分的影响。

结果表明，对于有机质、全氮、速效磷、速效钾而言，不同高程组的土壤养分均不存在显著差异（显著性水平分别为0.071，0.660，0.706和0.347），这表明，对于研究区而言，海拔高度并不是影响土壤养分空间分布差异的主要因素。

2.2坡度对土壤养分的影响

在GIS软件中，根据坡度不同，将土壤样本分为0～3°和＞3°两组，采用t－检验的方法分析坡度对土壤养分含量的影响。

方差齐性检验结果显示，方差均呈齐性（Sig值分别为0.755，0.735，0.936和0.143，均大于0.05）。

t－检验分析结果表明：不同坡度土壤有机质和土壤全氮存在显著差异（t值分别为2.892和2.931，Sig值均为0.004，＜0.05）；不同坡度土壤速效磷和土壤速效钾并不存在显著差异（t值分别为0.567和0.638，Sig值分别为0.571和0.524，均＞0.05），即坡度因素对土壤速效磷和速效钾含量影响并不显著（表2）。

2.3土壤类型的影响

采用单变量方差分析的方法分析不同土壤类型对土壤养分的影响，结果见表3。方差齐性检验结果表明，不同土壤类型的有机质、全氮、速效磷方差呈齐性(5ig值分别为0.069,0.206和0.237，均>0.05)，因此可以应用Duncan方法进行分析.

而不同土壤类型速效钾方差不齐(5ig值为。.000,}0.05)，应用Tamhane法、DunnettT3法、Games－Howell法和DunnettC法进行多重比较检验。

结果表明，对于土壤有机质而言，6组不同土壤类型的土壤样本被分为2个子集，第1子集包括采集自风沙土和冲积土的土壤样本，第2子集为黑土、黑钙土、草甸土、冲积土、水稻土的土壤样本。

分析结果表明，各子集内部的有机质含量在0.05水平上无明显差异，Sig值分别为0.146和0.253；而不同子集之间的土壤有机质存在显著差异（Sig＝0.022，＜0.05；F＝2.675）。

对于全氮而言，6组不同土壤类型下的土壤养分被分为2个子集，第一子集包括采集自风沙土和冲积土的土壤样本，第2子集为黑土、黑钙土、草甸土、冲积土、水稻土的土壤样本。

组内差异的显著性水平分别为0.127和0.216，而组间差异的显著性水平为0.053（＞0.05），结果表明，对于研究区来说，不同土壤类型耕地的土壤全氮不具有显著差异。

对于速效磷而言，6组不同土壤类型的土壤样本处于1个子集，组内差异的显著性水平分别为0.081，而组间差异的显著性水平为0.017（F值为2.815），结果表明，对于研究区来说，不同土壤类型耕地的土壤速效磷具有显著差异。

对于速效钾而言，方差不齐（Sig值为0.000，小于0.05），方差分析结果表明，F＝6.267，Sig＝0.000，按0.05水准，可认为不同类型土壤的速效钾含量存在差异；不同方法的多重比较检验结果均表明，黑钙土与草甸土以及黑钙土和水稻土的土壤速效钾含量之间存在显著差异。而其它任何2种土壤类型之间的差别没有显著性意义（P＞0.05）。

2.4土地利用方式的影响

采用单变量方差分析的方法分析不同土地利用方式对土壤养分的影响，结果见表4。方差齐性检验结果表明，对于有机质和速效磷而言，方差均呈齐性(Sig值分别为0.190和0.149,>0.05)，因此验后多重比较选用Duncan方法进行分析。

对于全氮和速效钾而言，方差不齐(Sig值分别为0.006和0.000,<0.05)。

对于有机质而言，3组不同土地利用方式（旱田、水田和菜地）的土壤样本处于同1个子集，组内差异的显著性水平分别为0.062和0.353，而组间差异的显著性水平为0.181（＞0.05），F值为1.716，结果表明，对于研究区来说，土地利用方式并不是影响耕地有机质空间分布的主要因素。

方差齐性检验结果表明，对于全氮而言，方差不齐（Sig＝0.000）。方差分析结果表明，F＝10.286，Sig＝0.000，按0.05水准，可认为不同利用方式土壤的全氮含量存在差异。

应用Tamhane法、DunnettT3法、Games－Howell法和DunnettC法进行多重比较检验，结果表明，旱田和水田、水田和菜田的土壤全氮含量之间存在显著差异，而旱田和菜田土壤全氮含量之间差异不显著。

对于速效磷而言，3组不同土地利用方式的土壤样本被分为2个子集，第一子集为旱田和水田，第二子集为菜田。组内差异的显著性水平分别为0.264和1.000，而组间差异的显著性水平为0.003(F值为5.893)。

结果表明，对于研究区来说，旱田和水田的速效磷含量明显低于菜田的速效磷含量，经分析，这与该地区菜田施用磷肥较多有关。

方差齐性检验结果表明，对于速效钾而言，方差不齐（Sig＝0.000），方差分析结果表明，F＝10.955，以Sig0.05水准，可认为不同利用方式土壤速效钾含量存在差异；应用Tamhane法、DunnettT3法、Games－Howell法和DunnettC法进行多重比较检验，结果表明，旱田和水田土壤速效钾含量存在显著差异。

对于研究区来说，旱田和水田的速效磷含量明显低于菜田的速效磷含量，经分析，这与该地区菜田施用磷肥较多有关。

方差齐性检验结果表明，对于速效钾而言，方差不齐（Sig＝0.000），方差分析结果表明，F＝10.955，以Sig0.05水准，可认为不同利用方式土壤速效钾含量存在差异；应用Tamhane法、DunnettT3法、Games－Howell法和DunnettC法进行多重比较检验，结果表明，旱田和水田土壤速效钾含量存在显著差异。

三、土壤养分的空间分布格局与插值分析

在ArcGIS地理信息系统软件环境下，对4种养分分别进行了Kringing和反距离权重（IDW）插值，并比较了插值精度（表5）。土壤养分空间插值的精度检验结果表明，对于不同的插值方法，全氮的插值精度最高，其次为有机质和速效钾，速效磷的插值精度最低。

有机质、全氮和速效钾的Kriging插值精度较高，均方根误差都在20％以内；而速效磷的误差比较大，且IDW的插值精度高于Kringing插值。

因而本研究中对有机质、全氮、速效钾依据空间变异的理论模型进行了Kriging空间局部估计插值；为了消除插值过程中随机性因素对插值权重系数的影响，速效磷采用反距离权重法插值，土壤养分的空间分布格局见图1。

可以看出，以中部饮马河为分界线，饮马河以东土壤有机质、全氮、速效钾含量较西部为低，总体自东北向西南有规律地呈现出逐渐增大的趋势，最低值均出现在东北角。

速效磷表现出和其他3种养分截然不同的分布格局，集中分布的最高值出现在中部，但并无明显的递变规律，呈现出高低值交错分布的状态，表明速效磷分布的随机性较强，较前三者结构性特征不明显。

为探明各养分的空间分布差异，以饮马河为界，将研究区分为东西两个部分，应用t－检验方法统计分析东西两个部分各土壤养分是否存在显著差异，结果见表6。

结果表明，对于土壤有机质、全氮、速效钾而言，饮马河东西两个部分的土壤养分存在显著差异（Sig值均小于0.05），即饮马河以西地区的土壤养分含量明显高于饮马河以东地区。而对于速效磷而言，东西两部分不具有显著差异（Sig值为0.507，大于0.05）。

地形地势上，饮马河以西地区地形比较平坦，而以东地区地形起伏较大，结果使有机质、速效钾和全氮出现了自东北向西南有规律变化的趋势。

饮马河以东地区由于地形起伏较大，耕作方式上采取了等高打垄的方式，该地区除速效磷外，其他养分均相对偏低。

饮马河以西部分基本无明显水蚀，但在以东地区向河一侧的坡地上有部分轻度、微度水蚀，局部地区甚至出现了中度侵蚀，造成了养分的流失，这也是这一地区养分偏低的一个重要原因。

采样点农户调查数据表明，饮马河以西部分单位面积耕地氮肥、钾肥及复合肥的施用量明显高于东部。

将土壤有机质、全氮、速效钾空间分布图（图1）与研究区坡度图及土地利用图（图2）进行对比分析，可以看出，土壤养分的空间差异性与采样点所在坡度及土地利用类型存在一定的空间一致性。

结论：

本文对东北平原典型农业县耕作土壤4种主要土壤养分的空间分布影响因素进行分析，结果表明，海拔高度不是影响土壤养分空间分布差异的主要因素，不同坡度土壤的有机质和全氮存在显著差异，而坡度因素对土壤速效磷和速效钾含量的影响并不显著。

土壤类型和土地利用方式同样对土壤养分含量存在一定的影响。以饮马河为分界线，饮马河以东土壤有机质、全氮、速效钾含量较西部为低，总体自东北向西南有规律地呈现出逐渐增大的趋势，最低值均出现在东北角。

速效磷表现出和其他3种养分截然不同的分布格局，并无明显的递变规律，表明速效磷分布的随机性较强，较前三者结构性特征不明显。t－检验结果表明，对于土壤有机质、全氮、速效钾而言，饮马河东西两个部分的土壤养分存在显著差异；而对于速效磷而言，东西两部分差异不显著。