典型白浆土区耕层土壤速效钾空间异质性研究

doi:10.15933/j.cnki.1004-3268.2022.11.008

摘要/Abstract

摘要： 了解土壤养分的空间异质性是实现精准施肥与农业可持续管理的重要基础，为精准获取典型白浆土区耕地土壤养分空间分布信息，以典型白浆土区0~20 cm耕层土壤速效钾（Available kalium，AK）为研究对象，结合实地采样点与协同克里格（Cokriging，COK）插值法，对比使用不同辅助变量的插值精度，分析典型白浆土区AK空间异质性。结果表明，研究区内AK含量呈南高北低，介于92.00~364.00 mg/kg，平均为171.78 mg/kg，处于较高水平。有效磷（Available phosphorus，AP）等土壤因子、高程（Elevation，E）等地形因子、遥感指数如归一化差异植被指数（Normalized difference vegetation index，NDVI）等均与AK含量存在显著相关关系，而且加入上述各辅助变量的克里格（协同克里格，COK）插值法精度更高，即COK>OK（普通克里格）。其中，将AP作为辅助变量时精度最高，交叉验证RMSE 为36.225 mg/kg。综上，选取最佳辅助变量更有助于分析研究区内AK空间异质性。

关键词: 白浆土, 空间异质性, 耕层土壤, 速效钾, 协同克里格

Abstract: Understanding the spatial heterogeneity of soil nutrients is an important basis for achieving precise fertilization and sustainable management of agriculture. In order to accurately obtain the spatial distribution information of soil nutrients in cultivated land in typical albic soil area，the content of available kalium（AK）in 0—20 cm topsoil of typical albic soil area was taken as the research object，and the spatial heterogeneity of AK in typical albic soil area was analyzed by comparing the interpolation accuracy of different auxiliary variables with field sampling points and cokriging interpolation method.The results showed that the AK content in the study area was high in the south and low in the north，ranging from 92.00 to 364.00 mg/kg，with an average of 171.78 mg/kg，showing a high level.Soil factors such as available phosphorus（AP），topographic factors such as elevation（E），and remote sensing indexes such as normalized difference vegetation index（NDVI）were all significantly correlated with AK content，and the accuracy of the kriging interpolation method with the above auxiliary variables（cokriging，COK） was higher，that is，COK>OK（ordinary kriging）. Among them，the accuracy was the highest when AP was used as an auxiliary variable，and the cross‑validation RMSE was 36.225 mg/kg.In summary，selecting the best auxiliary variables is more helpful to analyze the spatial heterogeneity of AK in the study area.

Key words: Albic soil, Spatial heterogeneity, Cultivated soil, Available kalium, Cokriging

中图分类号:

S156.99

侯永华, 王霞, 赵映慧, 罗冲, 刘焕军, 马士耐, 王烁. 典型白浆土区耕层土壤速效钾空间异质性研究[J]. 河南农业科学, 2022, 51(11): 65-72.

HOU Yonghua, WANG Xia, ZHAO Yinghui, LUO Chong, LIU Huanjun, MA Shinai, WANG Shuo. Spatial Heterogeneity of Available Kalium in Cultivated Layer of Typical Albic Soil[J]. Journal of Henan Agricultural Sciences, 2022, 51(11): 65-72.

参考文献

［1］陈德祥，张春峰，王庆胜，等.三江平原主要土壤资源利用现状及对策［J］.农学学报，2012，2（3）：21‑24.
CHEN D X，ZHANG C F，WANG Q S，et al.The status and countermeasures of the major soil resources utilization in Sanjiang Plain［J］.Journal of Agriculture，2012，2（3）：21‑24.
［2］韩晓增，邹文秀.东北黑土地保护利用研究足迹与科技研发展望［J］.土壤学报，2021，58（6）：1341‑1358.
HAN X Z，ZOU W X.Research perspectives and footprint of utilization and protection of black soil in Northeast China［J］.Journal of Soil Science，2021，58（6）：1341‑1358.
［3］姜岩. 吉林土壤［M］.北京：中国农业出版社，1998：119‑120.
JIANG Y.Jilin soil［M］.Beijing：China Agricultural Publishing Press，1998：119‑120.
［4］GUO X，LI H Y，YU H M，et al.Drivers of spatio‑temporal changes in paddy soil pH in Jiangxi Province，China from 1980 to 2010［J］.Scientific Reports，2018，8（1）：2702‑2712．
［5］JIANG Y F，RAO L，SUN K，et al.Spatio‑temporal distribution of soil nitrogen in Poyang Lake ecological economic zone（South‑China）［J］.Science of the Total Environment，2018，626：235‑243．
［6］FU W J，TUNNEY H，ZHANG C S.Spatial variation of soil nutrients in a dairy farm and its implications for site‑specific fertilizer application［J］.Soil&Tillage Research，2010，106（2）：185‑193.
［7］HANOI M， QUIRIJIN J L， JORGE G， et al.Regional‑scale variability of soil properties in Western Cuba［J］.Soil&Tillage Research，2017，166：84‑99.
［8］江叶枫，孙凯，郭熙，等.南方红壤区不同侵蚀程度下土壤有机质空间变异的影响因素研究［J］.自然资源学报，2018，33（1）：149‑160.
JIANG Y F，SUN K，GUO X，et al.Spatial variability of organic matter and its influencing factors in red soil with different erosion degrees in South China［J］.Journal of Natural Resources，2018，33（1）：149‑160.
［9］HU K L，WANG S Y，LI H，et al.Spatial scaling effects on variability of soil organic matter and total nitrogen in suburban Beijing［J］.Geoderma，2014，226/227：54‑63.
［10］齐姗姗，巩杰，张影，等.基于GIS和地统计学的甘肃省白龙江流域土壤氮素空间变异分析［J］.水土保持通报，2016，36（5）：146‑150.
QI S S，GONG J，ZHANG Y，et al.Spatial variability of soil nitrogen in Bailongjiang watershed in Gansu Province based on geostatistics and GIS［J］.Soil and Water Conservation Notification，2016，36（5）：146‑150.
［11］MODAL B P，SINGH B，HASANAIN M，et al.Spatial variability assessment of soil available phosphorus using geostatistical approach［J］.Indian Journal of Agricultural Sciences，2020，90：1170‑1175.
［12］BOGUNOVIC I，MESIC M，ZGORELEC Z，et al.Spatial variation of soil nutrients on sandy‑loam soil［J］.Soil&Tillage Research，2014，144：174‑183.
［13］HUANG B，SUN W X，ZHAO Y C，et al.Temporal and spatial variability of soil organic matter and total nitrogen in an agricultural ecosystem as affect by farming practices［J］.Geoderma，2017，139：336‑345.
［14］汪花，刘秀明，刘方，等.喀斯特地区小尺度农业土壤砷的空间分布及污染评价［J］.环境科学，2019，40（6）：2895‑2903.
WANG H，LIU X M，LIU F，et al.Spatial distribution and pollution assessment of as at a small scale in agricultural soils of the Karst region［J］.Environmental Science，2019，40（6）：2895‑2903.
［15］郑新如，潘爱芳，马润勇，等.石泉县中部地区土壤微量营养元素空间分布特征［J］.干旱区资源与环境，2021，35（2）：183‑189.
ZHENG X R，PAN A F，MA R Y，et al.Spatial distribution characteristics of soil micronutrients in central region of Shiquan County［J］.Resources and Environment in Arid Areas，2021，35（2）：183‑189.
［16］石淑芹，曹祺文，李正国，等.区域尺度土壤养分的协同克里格与普通克里格估值研究［J］.干旱区资源与环境，2014，28（5）：109‑114.
SHI S Q，CAO Q W，LI Z G，et al.Cokriging and kriging estimation of soil nutrients at regional scale［J］.Journal of Arid Land Resources and Environment，2014，28（5）：109‑114.
［17］黄安，杨联安，杜挺，等.基于不同协变量cokriging土壤养分空间预测精度研究：以陕西省蓝田县为例［J］.水土保持研究，2014，21（4）：133‑137.
HUANG A，YANG L A，DU T，et al.Stuty on prediction accuracy of soil nutrients based on cokriging in the different covariate factors：A case study of Lantian County of Shanxi Province［J］.Research of Soil and Water Conservation，2014，21（4）：133‑137.
［18］章清，张海，郭涛龙，等.基于主成分分析的协同克里格插值模型对土壤铜含量的空间分布预测［J］.华中农业大学学报，2016，35（1）：60‑68.
ZHANG Q，ZHANG H，GUO T L，et al.Spatial distribution of soil heavy metal Cu content using cokriging interpolation model combined with principal component analysis［J］.Journal of Huazhong Agricultural University，2016，35（1）：60‑68.
［19］冯家东，吴炳孙，王晶晶.基于协同克里格的橡胶园土壤速效钾空间变异性［J］.应用生态学报，2022，33（4）：915‑921.
FENG J D，WU B S，WANG J J.Spatial variability of soil available potassium in rubber plantation based on cokriging［J］.Chinese Journal of Applied Ecology，2022，33（4）：915‑921.
［20］陈洋，齐雁冰，王茵茵，等.秦巴中部山区耕地土壤速效钾空间变异及其影响因素［J］.环境科学研究，2017，30（2）：257‑266.
CHEN Y，QI Y B，WANG Y Y，et al.Spatial variability and factors affecting soil available potassium in the central Qinling‑Daba Mountain area［J］.Research of Environmental Sciences，2017，30（2）：257‑266.
［21］王永豪，王昌全，李启权，等.川西南山区耕地土壤速效钾空间特征及影响因素分析［J］.西南农业学报，2016，29（3）：651‑657.
WANG Y H，WANG C Q，LI Q Q，et al.Geostatistics and gis analysis of soil available potassium in mountainous Southwestern Sichuan［J］.Journal of Southwest Agriculture，2016，29（3）：651‑657.
［22］PARREO G，KIM K K，KANG C，et al.A study on prediction comparison of kriging and cokriging using PCA［J］.Journal of the Korean Data Analysis Society，2017，19：1721‑1732.
［23］赵业婷，常庆瑞，李志鹏，等.基于Cokriging的耕层土壤全氮空间特征及采样数量优化研究［J］.土壤学报，2014，51（2）：415‑422.
ZHAO Y T，CHANG Q R，LI Z P，et al.Study on spatial distribution of total nitrogen in arable soil layer and optimization of number of soil samples for the study based on cokriging［J］.Journal of Soil Science，2014，51（2）：415‑422.
［24］江叶枫，郭熙.基于协同克里格的耕层土壤速效钾空间异质性研究［J］.浙江农业学报，2019，31（1）：139‑148.
JIANG Y F，GUO X.Spatial heterogeneity of available potassium in topsoil based on co‑kriging［J］.Journal of Zhejiang Agriculture，2019，31（1）：139‑148.

[1]	张阳阳, 张淑利, 谢迎新, 康国章, 陈波, 马冬云, 王晨阳, 郭天财. 沿黄淮稻麦轮作区农田土壤磷库现状及减量施磷农学效应初探[J]. 河南农业科学, 2021, 50(3): 67-73.
[2]	郗蓓蓓, 叶建仁. 高效钾细菌的筛选鉴定及对植物的促生长效应[J]. 河南农业科学, 2020, 49(2): 81-88.
[3]	王楠，徐俊平，赵志祎，李玉玺，姚凯，王帅. 氮素形态配比对添加玉米秸秆白浆土微生物学特性的影响[J]. 河南农业科学, 2017, 46(6): 56-61.
[4]	胡景辉，孙丽敏，高倩，雷雅坤，刘宁. 河北省低平原中低产类型区土壤肥力演变规律及变化特征[J]. 河南农业科学, 2016, 45(12): 72-76.
[5]	谢修鸿，刘玉伟，王晓红，梁运江. 外源香草醛对3种土壤有效磷含量及无机磷组分的影响[J]. 河南农业科学, 2015, 44(2): 56-59.
[6]	郭熙，黄俊，谢文，陶丹丹，鲁敏，赵小敏. 山地丘陵耕地土壤养分最优插值方法研究——以江西省渝水区水北镇为例[J]. 河南农业科学, 2011, 40(2): 76-80.
[7]	昝京宜;王甲迎;汪孝国. 秸秆覆盖条件下钾肥用量对土壤钾含量和烟叶钾含量的影响[J]. 河南农业科学, 2010, 39(9): 22-25.
[8]	赵凡;沈玉梅;何秀云;牛建彪;李胜克;张继祖. 耕地土壤肥力因子演变的变化程度分析——以榆中县1987-2006年的变化为例[J]. 河南农业科学, 2010, 39(12): 55-62 .
[9]	苏海燕;程传策;马啸;罗晓庆;李常军;阳波. 烤烟连作对重庆土壤养分状况的影响[J]. 河南农业科学, 2010, 39(12): 59-62.
[10]	陈翠玲;蒋爱凤;陶烨;郭素萍;马海涛;曾桂花;胡静利;李林燕. 河南省主要土类土壤耕层铅含量抽样调查[J]. 河南农业科学, 2007, 36(12): 76-79.
[11]	张志华;杜丽;郭金凤;杨天军;单斐. 安阳市耕层土壤养分变化动态分析及施肥建议[J]. 河南农业科学, 2003, 32(6): 29-31.
[12]	何佳,赵启美,田娟,赵顺才. 硅酸盐细菌G_(10)菌株对小麦苗期生长的影响[J]. 河南农业科学, 2000, 29(8): 20-21.