05精准养分管理-土壤特性空间变异研究进展.doc

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1、精准养分管理土壤特性空间变异研究进展张　宁，金继运（中国农业科学院土壤肥料研究所，北京100081）　　对土壤特性（物理、化学及生物性质）尤其是土壤养分空间变异的充分了解，是管理好土壤养分和合理施肥的基础。因此，与土壤特性空间变异有关的问题引起了土壤科学工作者的重视。本文主要对土壤特性空间变异方面的进展进行综述。　　1土壤特性空间变异的影响因素　　土壤特性变异性是普遍存在的，其变异来源包括系统变异和随机变异两种。土壤特性的系统变异是由母质、气候、水文、地形、生物、时间、人类活动等的差异引起的，而随机变异是由取样、分析等

2、误差引起的。一些研究结果表明，土壤中大量和微量元素的空间变异性，取决于土壤母质的性质和地形位置，并与气候、大气沉降、降雨和农业措施等有关[1]。Stolt等[2]的研究发现，母质差异在解释土壤空间变异性时较地形位置更为重要。　　气候是影响土壤特性空间变异的基本因素。气候支配着成土过程的水热条件，直接和间接地影响着土壤形成过程的方向和强度，而土壤特性空间变异程度决定于土壤形成过程以及其在空间和时间上的平衡，因而气候的差异会对土壤特性空间变异产生强烈的影响。由于地球上的气候条件经常变化频繁，大多数土壤都是各种成土过程交互作

3、用的结果，导致土壤特性空间变异现象相当普遍[3]。　　土壤母质对土壤特性变异有较大影响。土壤母质是土壤形成的基础，往往由于母质的差异而致使土壤特性存在着较大的变异，母质差异小，土壤特性空间变异也小。一般认为，在没有人为因素影响的情况下，母质养分含量高，土壤中养分含量也会较高。但在特定区域内，由于气候条件等比较一致，经过长期比较一致的种植和管理后，土壤特性空间变异将趋于缓和，即由于母质差异等引起的变异逐渐减小，可形成表面上大致一致的区域[3]。　　地形与土壤特性变异有直接的关系。地形影响水热条件和成土物质的再分配，因而不

4、同地形位置有着不同的土壤特性。目前的研究结果表明，地形对土壤肥力和有效水有较大影响，在坡度相似的位置，土壤特性趋于相似[4]。在复杂的丘陵地区，土壤物理特性如粘粒含量、砂粒含量和pH与地形位置均有高度的相关性[5]；土壤有机质随山坡位置变化而变化[6]。地形是影响NO3--N的重要因素，而土壤磷与地形的相关性较差[7]。　　人类活动对土壤特性变异也有较大影响。农业生产中的施肥（化肥或有机肥）、作物品种、灌溉及其它的一些生产管理措施都是使土壤特性产生较大变异的因素。作物对养分的吸收、养分本身在土壤剖面中的淋洗及土壤酸碱调

5、节剂的应用都会引起土壤特性的空间变异。在土壤免耕和肥料条施情况下，由于作物残茬、相对不易移动的磷钾等肥料及养分残留在土壤中分布的不均匀性增加，致使土壤肥力特性变异增大；对于知道或不知道肥料条施位置的土壤，采取充分代表小范围（如几米）的土壤样品趋于困难[8]。沿着平行磷肥条施带采取土壤样品，土壤磷测试值比较一致；而沿着垂直磷肥条施带采取土壤样品，土壤磷测试值的变异较大，取决于肥料用量和磷肥条施的带距[9]。在上述情况下，完全随机取样能充分反映地块中磷的肥力状况，并可避免过高估计磷肥条施带的影响及降低成本[10,11]，而

6、JamesandHurst[12]认为不宜采取完全随机取样方法，合理的取样方法应是权衡分配带内和带间的取土钻数。对于种植和施肥历史长的表面上一致的大地块，按土壤类型和以前的管理措施（如前作、耕作制度、化肥或有机肥用量）把该地块划分成若干取土单元，然后从每个取土单元内采取1个混合土壤样品，这种做法对于P、K来说代表性不够强[13]。　　2土壤特性空间变异的研究方法　　2.1传统统计分析方法　　田间实际情况表明，在同一类型土壤中，田间土壤特性表现出明显的差异性；在土壤质地相同的区域内，土壤特性在各个空间位置上的量值并不相等

7、。对于这种差异性，以往多采用Fisher所创立的传统统计方法来进行分析。其统计原理是假设研究的变量为纯随机变量，样本之间是完全独立且服从某已知的概率分布。其统计方法是按质地将土壤在平面上划分为若干较为均一的区域，在深度上划分为不同土层，通过计算样本的均值、标准差、方差、变异系数以及进行显著性检验来描述土壤特性的空间变异。许多研究者用变异系数等来描述土壤特性的空间变异。该方法在土壤科学工作中已经取得了一定的成功，但由于其基本上是定性描述，只能概括土壤特性变化的全貌，而不能反映其局部的变化特征，对每一个观测值的空间位置不予

8、重视。因此，在很多情况下很难确切地描述土壤特性的空间分布。国外许多土壤科学工作者从事土壤特性空间变异性规律方面的研究表明，许多土壤特性在空间上并不是独立的，不属于纯随机变量，而是在一定范围内存在着空间上的相关性[14]，这种属性是由于土壤形成过程的连续性、气候带的渐变性等所造成的。土壤特性自相关性的发现，对传统Fisher统计原理