（土壤学专业论文）地统计学方法在北京大兴区土壤质量评价中的应用.pdf

中文摘要 城市郊区是城乡间的过渡带，近年来麓着城市化进程的加快，其农业集约化程度和土地利 用强度不断提高，尤其是土地利用类型、人为耕作管理措施都发生了较大的变化，这些变化都 会对十壤质量产生重要影响。本文以北京南郊的大兴区为例，应用地统计学方法研究该区土壤 质量的时空变化特点，旨在为城市郊区土壤质量评价提供依据。本文主要结论如下： ( 1 ) 1 9 8 0 年、1 9 9 0 年和2 0 0 0 年大兴区表层土壤有机质的平均含量分别为9 6 4 9 k g 1 t 1 2 7 6 g k 百1 和1 2 8 9 9 k 茸，其中前1 0 年其含量平均增加了3 0 9 9 k g ，后l o 年仅增加了0 1 8 9 k g - 1 ； 它们的空间相关距离分别为8 0 4 9k m 、5 9 1 7k m 和4 8 9 8k m ，呈递减趋势，说明人为因素的影 响在增强。三个时期该区土壤有机质含量的空间分布特征均星北高南低之势，其含量主要受十 壤质地、土地利用方式、人为耕作管理措施等因素的影响，并且部分地区的十壤有机质呈下降 的趋势，廊注意十壤的培肥管理。 ( 2 ) 士壤重金属h g 和p b 的变程较大，它们的含量受到大气降尘等区域因素影响较大， 而重金属c u 和n i 的变程都很小，主要是污灌和农药施用等人为因素造成的。用采样点多的有 机质分别对重金属c u 、h g 、n i 和p b 进行协同克立格估值，结果表明，协同克立格法比蒋通克 立格法的平均标准误差降低了0 5 4 到3 9 9 ，标准化均方根误差降低了1 9 6 到7 5 ，实测 数据与预测数据的相关系数均有所提高，分别从2 6 8 5 、6 2 0 8 、2 2 1 2 、6 6 0 6 提高到 4 6 5 8 、6 3 3 3 、5 1 1 4 、7 1 9 6 。 ( 3 ) 土壤有机质和质地对重金属含量有较大影响，有机质含量越高，质地越粘重的土壤， 重金属含量酱遍较高；但重金属c d 与有机质和粘粒的分布趋势相反，它们之问呈负相关性。 本研究区三种种植制度( 小麦地、西瓜地和花生地) 对重金属p b 、n i 、c o 、z n 、a s 、c d 和 c r 的影响都很小，平均含量较为一致变异系数都不大；但对重金属c u 、h g 和s e 的影响较 大，对c u 的影响表现为：西瓜地 小麦地 花生地，对h g 和s e 的影响表现为：小麦地 西瓜 地 花生地，其中花生地的重金属c u 和s e 变异系数都很大，这可能是采样点少的原冈。 关键词：北京郊区，地统计学，土壤质量，重金属，时空变异 a b s t r a c t s u b u r b a ni st h eu r b e n - m r a lt r a n s i t i o n a l2 哺e w i t ht h e8 c d e r a t i n gu r b a n i z a t i o n , l e a dt oh i g h l y i n t e n s i f i e du s eo ff a r m l a n d si nr e c a n ty e a r s e s p e c i a l l yi t sl a n d p a t t e r n sa n df a r m i n gp r a c t i c e s f u n d a m e n t a l l yc h a n g e d ，r e s u l t i n gi n f l u e n t i a le f f e c t so ns o i lq u a l i t y t h ep a p e rt o o kd a x i n gc o u n t y a e 矗s es t u d ya r e a , w h i c hl o c a t e di nt h es o u t ho f b e i j i n gc i t y 司kg e o s t a f i s t i c sa p p r o a c h e sw e r eu s e d 幻 i n v e s t i g a t ei t ss l m t i o - t e m p o r a l 稍x i a b i t i t yo f s o i lq t l a j i t yi nt h el a s tt w od e c a d e s 。甜l eo b j e c t i v eo f t h i s s t u d yw a st op r a y i d eaf i r ms c i e n t i f i cf o u n d a t i o nf o rs o i tq u a l i t y a s s e s s m e n ta n ds o i lf e r t i l i t y m a n a g e m e n t t h er e s u l t si n d t e a t e dt h a tt h ea v e r a g es o l io r g a n i cm a t t e r 幅o m ) c o n t e n ta td i f f e r e n tt i m e sw e 聪 9 。6 4g 培，1 2 7 6gk g a n d1 2 6 9gk g 2 ，r e s p e c f f v e l y t h ei n c r e a s i n gd e g r e ev a r i e d ，w i t h a v e r a g e i n c r e a s eo f 3 , 0 9g 培i nt h ef i r s td e c a d e , o n l y0 。1 8gk g i nt h es e c o n dd e c a d e t h es e m i v a r a n c e a n a l y s i ss h o w e dt h a tt h e i rs d a t i a lc o r r e l a t i o nd i s t a n c e sa td i f f e r e n tt i m e sa r e8 0 4 9k m ，5 9 1 7k ma n d 4 8 9 8k m r e s p e c t i v e l y , s h o w i n gad e s c e n d i n g ”e n da n dd e m o n s t r a t i n gi n c r e a s e da n t h r o p o g e n i c n f i u e n c e s 强话c o n t o u rm a p n d i c a t e dad e e r e a s 融g 舱n df r o m 搀帮魅t os o u t ha c r o s st h eo o u n t yf o f s o mc o n t e n t t h em a i n l yi n f l u e n c i n gf a c t o r sf o ps o m 狂s t u d ya 黼w e r et h es o l lt e x t n r e , l a n du s e p a t t e r n sa n dh u m a n i n d u c e df a r m i n gp r a c t i c e s w i t ht h ey i e l di m p r o v e m e n t ，s o m er e g i o n sh a v e e x l l i b i t e ds o md e f i c i ta n dt h es o i lf e r t i l i t ys h o u l db er e c e i v e da t t e n t i o n t h er e s u l t so fs e m i v a r i a n c ea n a l y s i ss h o w e dt h a tt h e i rs p a t i a lc o r r e l a t i o nd i s t a n c e sf o rs o l ih g a n d p b a r e b i g g e r t h a n t h a t o f s o l l c u a n d k l 。t h er e a s o f t f o r t h a t i s t h ea t m o s p h e r e d u s t w a s 证e m a i n i n f l u e n c i n gf a c t o rf o rs o i lh ga n dp bc o n t e n ta tl a r g es c a l e , w h i l es p a t l a lc o r r e l a t i o nd i s t a n c e sf o rs o i l c ua n dn ia r es m a l l ，b e c a u s et h e ya t em a i na f f e c t e db yt h er a n d o mf a c t o r s ，s u c ha ss e w a g ei r r i g a t i n g a r i da g r o e h e m i c a la p p l i c a t i o n t h e nt h ec o k r i g i n gm e t h o dw a sa l s ou s e dt op r e d i c t e dt h es o i lc u , h g , n ia n dp b ( 7 0p o i n t s ) 磅t a k i n gs o m8 2 2p o i n t s ) a sa u x i l i a r y v a r i a b l e 豫r e s u l t si n d i c a t e dt h a t m e a ns t a n d a r d i z e dp r e d i c t e de l t o rc o u l db ed e c r e a s e df r o m0 5 4 t o3 9 9 c o m p a r i n gw i t ho r d i n a r y k r i g i n ga n dt h er o o t m e a n - s q u a r es t a n d a r d i z e dp r e d i c t e de r r o rc o u l db ed e c r e a s e df r o ml9 6 t o7 5 t h ee n t r e l a t i o nc o e 黼c i e n tb e t w e e nm e a s u r e da n dp r e d i c t e dv a l u e i n c r e e s ef r o m2 6 。8 5 ，6 2 0 8 ， 2 2 1 2 瓢6 6 0 6 t 0 4 6 5 s 毪6 3 ，3 3 5 1 辩噍7 1 9 6 f o r s o i l c o , h g , n i a n d p b , r e s p e c t i v e l y 下h ec o n t e n t 龋s o i lh e a v ym e t a lw a sm a i n l ya f f e c t e d 砖s o 檄c o n t e n ta n dc l a yc o r d e n t t h e h i g h e rt h ec o n t e n to fs o ma n dt h ec l a y , t h eh i g h e rs o i lh e a v ym e t a lc o n t e n t b u tt h es p a t i a l d i s t r i b u t i o nt r e n df o rs o l lc di sc o n t l a r y , a n dt h e i rc o r r e l a t i o nt o e f f i c i e n ti sn e g a t i v e 。t h e r ea r et h r e e m a i nc r o p p i n gs y s t e m , i n c l u d i n gw l f l t e r - w h e a t , w a t e r m e l o na n de a r t h p e ni nt h es t u d ya r e a , t h e d i f f e r e n tc r o p p i n gs y s t e mh a dl i t t l ei n f l u e n c i n go nt h es o i tp b , n i , c o , z n ，a s , c da n dc rc o n t e n t , t h e i rm e a na n dc o e f f i c i e n to fv a r i a t i o nf o rd i f f e r e n tc r o p p i n gs y s t e ma r ea l m o s tt h es a m e b u tl h e d 船r e n tc r o p p i n gs y s t e mh a db i gi n f l u e n c i n go nt h es o i lc u ，h ga n ds ec o n t e n t f o rs o i lc u ，t h e c o n t e n tf o rd i f i e r e n tr a n ka sw a t e r m e l o n w i n t e r , w h e a t e a r t h p e a , b n tf o rs o l lh ga n ds e t h e c o n t e n tf o rd i f f e r e n tc r o p p i n gs y s t e mr a n k s w i n t e r - w h e a t w a t e r m e l o n e a r t h p e a 礴话c o e 舔c i e n t o f v a r i a t i o n f o r c u a n d s e a l a r g e 融e a r t h p e a f i e l d b e c a u s e o f s i n a i ls a m p l e s k e yw o r d s ：b e i j i n gs u b u r b a n ，g e o s t a t i s t i e a t ，s o i lq u a l i t y , h e a v ym e t a l 。s p a t i o - t e m p o r a lv a r i a b i l i t y i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 时间：歹以年6 月旷日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名：聚翔 新龋镛 时间： 2 四f 年月步日 m j - n ：沙名年月嘶 1 1 背景和意义 第一章绪论 壤质量是土壤特性的综合反映，是一种指示壤条件动态变化的最敏感的方法。土壤质量 变化在一定的时间范围内具有一定的趋向性，蠛是趋向于正向变化，袭现为士壤质髓的提高和作 物生产力的增强：或是趋向于负向变化，表现为+ 壤质量的下降( 王茹，2 0 0 2 ) 。然而无论t 壤 质量蹩增强还楚减鞴，都表琨出时间上的蹙异性。新的i 二壤质量的定义试为它麓主壤在一定的生 态系统内楗供生命必需养鸶藕生产生锈穆疆靛能力，骞缡、洚释、净纯荐染耪壤积维护生态平衡 豹毵力，跫影响和捉进攘餐、动甥寝人类生鑫安全耱链壤箍力静练台蹩度。壤囊攫是壤支持 生物生产能力、洚钝环境能力和促进动植物和人类健康戆力纳集中体现，是现代土壤学的研究核 心。阉时也是目前循量绿色食品基地，无公害食品基地建设的一个重要指标。 卡壤质最内涵包含报多方面。如：土壤的券分状况：其中的氯、磷、钾含堂、中量和微精元 素含挺、阳离子交换量、碳氮比；土壤的物理性质：十壤质地、含水越、孔隙度、叶二层厚度、粘 粒含精、器重、温度等；生物学方面；有机质，腐殖酸，微生物态碳，微生物态氮，土壤酶活性 等醴殷士壤重金属含量等等，其中眈较重疆的莛土壤耱力帮土壤晌重金属污染。 我国a 多建少，1 9 9 8 军a 均耩堍蟊积为o 0h m 2 ，绞为整界平均篷静4 3 ，蘧基壤逛纯 十分严重、惑体质量甭毫。耳翦，辫地壤中l 据受求蚀影响，挞溃他鄹羧他“士壤移有3 3 1 0 。h m 2 ， 污染十- 壤约有1 3 1 0 6h 费，中低产土壤占耕地总陋积的2 3 。同h 寸，我国太口每年仍以1 2 0 0 万 的速率增长，但后器耕她资源十分有限，因而依靠扩大耕地酾积来增加粮食总凝的潜力很小，现有 耕地士壤资源将承受越来越大的压力。我国东部匠陵地区土壤避化严重，在长期遭受侵蚀条件f 如现了很多“自沙岗”和“红色沙漠”萦观，整个东南丘陵红壤地区水土流失面积为2 4 4 1 0 k m 2 ， r 土地总面积的2 1 4 ( 赵其国等，2 0 0 2 ) 。我国西部埯区两积遮6 3 8 万平方公里，占全国慈面 税豹7 1 ，然而土地荒漠纯、蕈堆遥亿、永十流失和永污染严重，嚣部泞尘暴藏骆着半个中国， 籍部的生态环境十分虢弱。 我国麴耕地中低产翻占3 7 3 ，巾产翻占4 1 2 ，二- 翥会计占7 8 5 ，舞产狂1 只占2 1 。5 。我 国土壤不仅现有已退化强积较大，面且水土流失、土壤沙化、酸化和盐渍化等现象大多拄继续扩 展，在十壤养分失调方面，氮和磷豹缺乏鼠已初步缓解，但钾和某些中微最元素的缺乏丽积仍在 扩大。城镇建设大髓占用优质耕地，t 业“三废”污染，滥用肥料和农药，已经导致我国部分地 区的耕地土壤邋化，地力下降。根据l o 个省的调鸯结果分祈，目前十壤有机质比1 9 9 0 年下降了 o 3 5 个百分点。士壤退仡的矗按后采楚导致壤生产力的大幅度下降，程过去5 0 年中，由 七 壤避亿雨毒致全球教盈产量下降幅痘为 9 1 3 4 。壤遥傀还造成河流巍潮滴淤积，_ 壤有 规碳键量变氆，特殊生壤满失及生物多群性减少等环境和生态翊题。j 毙辨，壤遐纯还造成 壤 沙漠化，壤肥力降低，壤紧实篱，一些地送还出现了沙尘暴，严重威胁人类生 享。士壤退化 是世界上主要的威胁因素，因为它可以导致土壤肥力的不断f 降鄱环境的非持续性( l a l ，1 9 9 7 ： s t e e r ，1 9 9 8 ；a r s h a da n dm a r t i n ，2 0 0 2 ) 。 土壤质量与农业可持续发展密切相关，因为土壤质量对农业可持续性的影响最赢接、最深刻 和煅长远。土壤威照退化的日趋严蠡，对人类的整存和可持续璇腱形成了极大威胁。基于咀上种 秘撩鞫，毳襄登矮荚注壤囊餐，器要霹壤痿裁避嚣定量谤魏，疑骞在对壤矮囊速孬正确弹 徐的基璐上，才糍筵好地了解霹翦中蘑壤薜处瀚竣提，并采取稿瘟麓手段治理壤藤量斡退诧， 才能合理利用和镣趣好土壤，实现农业的增产增收与农业的可持续发展。同时，土壤质量评价魁 土壤质量研究中娥基础和最重要的内容之一，士壤质量评价与监测还是防治土壤退化的重要工 镩。迄今燕壹，还没露谣餐主壤矮囊静缝一蠡猿。霾忿，嚣嚣追秘霉要撬臻蘸辩壤囊量避行译 债的标准方法。 土壤质量的鹅性是种典型的隧域化变量，麟信量分布不仅姆土壤母质、地烨、气候等醒域 化闲素密切相关，而且受到耕作、施肥、灌溉等人为因素豹影响，敞导致了其禽瀚分布比较复魏n 姥旗统诗学方法跫释最往翦空阊箍燕方法，透台对翼毒囊掬怪巍藤糗燕嚣避域纯变量避行鹾 究已被广泛蚺斑阉到具有区域他嶷量特征的壤学、环境科学髑生态学等领域，因此本研究将 采用该方法对士壤腱景时空变异进行研究，同时对土壤质量进行评价。 1 2 謦态舞磷巍凌获 l 2 。l 地统计举栈土壤肥力时窳变异研究巾螽q 应用 壤整一琴态释 演建过程都十分复杂翦蠡然绦合俸，霹壤澎态帮鞋囊嚣定避 电捶连，茏冀 憨辩l ：壤过程的空河变异懿及窜闷橱关性和依赖健作定量描述榴筠瓣难，自7 0 年代地统计学# 入别土壤学科中来，大大推动了避一研究的向前发展。现在，地缆计学已被证明魁分析土壤特性 空澜分郄特征及其交异规律最为谢效的方法之。 ) 遣楚嚣学在壤耪理褴餍酵空变翼舔究孛簿盎赁 士壤的物理特性是表征土壤威懿好坏的一个薅簧方砥，雷奄橡等( 1 9 8 5 ) 对稠间士壤的颗粒 组成，干容重，土壤水吸力，含水凝和饱和导水攀锋空间变异性避行了初步研究；吕军和俞劲炎 1 0 c 活动积瀑4 1 6 1 ，无霾期t 9 0 灭。这撵鳃热萋条箨嚣逶套予冬夺麦等褰藤终椽生长。又适 于水稻、花生等辫溢作勃生长，但积温对一年一熟有余，一年两熟略感不是。 7 年平均降雨量5 6 8 9n i l ，雨热同季，但季节分配不均，7 6 2 集中在夏季，冬季只有2 ； 而且年际变率大。最大年降雨量可达1 0 5 8m m ( 1 9 5 9 年) ，最小只有2 6 2m m ( 1 9 5 6 年) ，早年多 丁丰水年雨量偏少；另外因为降水集中在夏季降水强度大，对作物生长的有效性差，大量水分 白自流走。春季风大风多，其中3 - 5 月大风最多，对大风速达2 2 m s ，春季雨少风大使春早和风 蚀易于发生。气候条件支配着土壤中水、热、气变化的规律，支配着作物的生长发育和微生物的 生命活动，从而影响土壤有机质和矿物质的迁移和转化，所以在土壤形成与演变中起着重要的作 用。 2 1 2 2 地形 大兴区位丁i 北京湾小平原上。属于华北大平原的部分。整个平原均属永定河冲积物，总的 地势白西北向东南倾斜，海拔高程在1 5 4 5 m 之间，坡度在0 8 1 0 左右，大致可分为三个地 貌单元：北部为永定河洪积冲积扇，地表冲积物以砂土、砂壤土为主；南部为永定河冲积平原， 表土以砂性土、砂壤+ 为主，局部地区出现连续性粘性+ ，受永定河决口的影响，形成了多条条 形沙带和固定沙丘；西部为永定河河床自然堤，地表以砂砾石、粗砂和中细砂组成。由此可知， 地形因素( 如坡度和坡向) 在空间上的差异性也不明显不对作物生长和士壤耕作产生限制。但 由于永定河多次改道，使不同地区土壤的形成过程和形成时间有很大差异，土壤属性的空间变化 呈现明显的地带分布，由西南向东北，土壤质地由砂变粘、地下水位也由浅变深( 图2 - 3 ) 。 图2 - 3 大兴区土壤质地图 f i g 2 3d i s t r i b u t i o nm a po f s o i lt e x t u r ei nd a x i n gc o u n t y 2 1 2 3 土壤 圉2 _ 42 0 0 0 年取样点分布圈 f i g2 - 4s a m p l i n gs i t e si n2 0 0 0 大兴区士壤形成受永定河石灰性冲积母质和近河沙性沉积的影响，土壤质地构成复杂多样， 但6 0 以上为砂性和沙性二合士，综合肥力较低。由j = 二地势低平，地下水位较高( 一般在1 5 - 2 5 m 之问) 。绝大部分土壤是在地卜水直接参与r 形成的自然土壤，多属于浅色草甸土。在长期的耕 作影响下，促进了土壤的熟化过程，已演变为耕作潮土。在地下水位较低的地区，土壤经历粘化 过程，发育为褐十；在靠近永定河河堤的地区，由于成十时间较短，仍然分布有少量的风沙士和 8 中国农业大学硕士学位论文 第二章研究区背景分析与数据采集 固定沙丘。 主要土属的成土过程和主要特性： 潮沙_ 卜：是在永定河沙质沉积上发育的土属，主要分布在永定河河漫滩上，地下水埋深较低， 地下剖面可见少量的锈纹锈斑，无明显的垂直结构，主要性质是沉积物质地粗，表层土壤养分含 量低，加上漏水漏肥。难以满足作物生育期对水分和养分的要求，对作物的选择性很强。沙土的 温差较大，易干易涝，而且容易造成风沙。 两合十：两合土是在壤质沉积物上发育的一系列土壤，土壤质地适中，不沙不粘，土壤粘粒 含量适中，有较高的保水保肥和供水肥能力，有机质含量在1 0 - 1 4 之间；土体内部水、肥、 气、热等因素协调，生产性能好。熟化程度高，是大兴区分布最广、粮食产量最高的土壤。 潮黄十：主要分布在古老的沉积平原上，由于距离河道较远，因此成士过程受地下水的影响 较小，土壤剖面有轻微的粘化层，质地为中壤重壤；由于地下水埋深较深，十壤无盐碱威胁，十 壤物理性状好，养分含量高。 褐土性土：发育在永定河冲积母质上，十壤不受地下水影响，但由于土壤年龄短，没有明显 的褐土特征，通体有石灰性反应，且从上向下逐渐增强。剖面质地层次分化不明显以砂壤质利 轻壤质为主，物理性状较好，但养分含量不高，粮食产量较低。 2 1 3 社会经济概况 大兴区历史悠久，其最早前身为古蓟县，以建丁蓟城地区得名。蓟县当为先秦之县，为春秋 战国时期燕国所建。全区总人口6 0 万人，其中农业人口3 7 7 万人。全区辖十四镇，5 2 6 个自然 村。1 9 9 9 年国内生产总值万元，人均5 7 3 2 元，农民人均纯收入4 0 0 3 元。在国内生产总值构成中， 第一、二、三产业在国内生产总值中的比重为3 4 9 、3 0 6 、3 4 5 。大兴不但有北京南菜同 和中国西瓜之乡的美誉，而且也是北京市粮食、水果生产大区( 大兴统计局，1 9 9 9 ) 。 2 2 试验设计和数据收集 2 2 1 野外采样 本研究以第二次土壤普查为背景，在收集第二次土壤普查资料数据和土壤肥力监测资料数据 的基础上，尽量靠近原样点进行2 0 0 0 年土壤样品的采集，采样时以行政村为单位，把+ 壤肥力 与当地经济状况结合起来。采样时间为5 月底6 月初，冬小麦生育后期取土分析结果能代表十壤 真正的肥力水平。此次使用g p s 定位，为未来监测样点的精确定位打下了良好基础。土壤样品取 自耕层，每一样点都按农化样的采样要求在直径1 0 0 米范围内选择3 5 个点，混合按四分法采分 析样品1 5k g 。采样的同时，调查该样点所在十地承包户的各种有关土地利用管理的情况和作物 产量。样点布局考虑了土地利抖j 方式和土壤类型，使样点在空问上具有广泛的代表性。在全区共 采集3 2 2 个十样，布点合理代表性强，取土范围不小于5 0 亩，代表面积不大丁2 0 0 亩( 图2 4 ) 。 9 中国农业大学硕士学位论文 g _ - 章研究区背景分析与数据采集 2 2 2 分析项目和方法 对采集到的土壤样品经预处理后，过筛备用。土壤样品室内分析均采用国家标准方法，根据 和历史资料的可对比性，主要测定以下几个项目： 土壤机械组成( 质地) ：吸管法测定。 土壤有机质：重铬酸钾氧还( 外热源法) 滴定法。 土壤重金属的测定：土样风干后过o 2 5m m 的尼龙网筛，土壤a s 和h g 用王水水浴加热消 解，s e 用h n 0 3 h c l 0 4 h f 熔融，三者均用原予荧光光谱仪( 海光a f s 一2 3 0 ) 测定：土壤c u 、 z n 、p b 、c r 、c d 、n i 和c o 用通常所说的“四酸熔样”，即王水再加h c l 0 4 、h f 熔融，c d 用等离 子体质谱仪i c p - m s ( 美国t j a c x c e l l ) 测定，其余重金属用等离子体光谱仪( 美国t j a i r i s ) 测定。 2 2 3 数据处理 数据由张风荣老师和王茹博士提供，本研究数据分析中涉及地统计学的半方差函数及其模型 的计算采用g s + 软件，r , r i g i n g 插值及图形绘制采用基于g i s 平台的a r c v i e w 3 2 和a r c g i s 8 1 软 件，其中a r c v i e w 主要用于数据文件格式的转换，a r o g i s 8 1 主要用于图件的输入、编辑等图形 处理。 1 0 第三章土壤有机质的时空变异特征 土壤有机质是土壤肥力的重要指标，是大气二氧化碳的潜在碳源和汇，是植物必需营葬元素 的主要来源。因而，土壤有机质已经成为土壤学，环境化学和地球化学的研究热点之一( f a n g 等，2 0 0 1 ；李文芳等，2 0 0 4 ) 。揭示土壤有机质的时空变异规律和掌握其分布状况是实现土壤可 持续利用和区域可持续发展的前提。 国内外已有一些研究者用地统计方法对农田尺度下土壤有机质的空间变异特征进行了研究 ( c a m b a r d e l l a e t 等1 9 9 4 ；y a n a i 等，2 0 0 5 ；胡克林等，1 9 9 9 ；黄绍文等，2 0 0 2 ) 。研究结果表明 土壤有机质的变异系数属中等变异强度，存在明显的空间自相关结构，其空间相关距离明显要大 于其它土壤养分，揭示了人为耕作管理措施的差异是其空间变异的主要因素。对丁区域尺度下土 壤有机质空间变异的研究主要集中在黄淮海冲积平原区( 张世熔等，2 0 0 2 ) 、黄土高原流域( 邱 扬等，2 0 0 4 ) 、干旱荒漠区( 黄元仿等，2 0 0 4 ) 、河北省遵化平原( 郭旭东等，2 0 0 0 ) 、太湖流域 典型地区( 陈浮等，2 0 0 2 ) 、四川盆地小流域( 王洪杰等，2 0 0 4 ) 、亚热带低丘红壤区( s u n 等， 2 0 0 3 ；程先富等，2 0 0 4 ) 等地区，大多为县级尺度，面积从儿十到几千平方公里，主要揭示了区 域因素如气候、土壤类型、地形、地貌、土地利用类型、土壤侵蚀等对其空间变异的影响。其中 一些研究者还对土壤有机质的时间变异特征进行了研究，少数研究者将土地利用变化对土壤有机 质含量的影响也进行了简要分析( 郭旭东等，2 0 0 0 ；陈浮等，2 0 0 2 ；王洪杰等，2 0 0 4 ) ，而对城 市郊区士壤有机质的研究还不多见。另外，由于资料难以搜集，研究两个时间段，特别是研究2 0 世纪8 0 年代和2 0 世纪末的十壤有机质时空变异较多，而对于三个以上时间段城市郊区十壤有机 质空间变异性及其影响因素的研究在国内外还鲜见报道。 城市郊区是城乡间的过渡带，近年来随着城市化进程的加快，导致其农业集约化程度和土地 利用强度不断提高，尤其是土地利用类型、人为耕作管理措旌都发生了较大的变化，这些变化都 会对土壤有机质的变化产生重要影响( f u 等，1 9 9 9 ) 。位于北京南郊的大兴区，从一个以粮食生 产为主的农业县演变成北京市重要的蔬菜水果生产基地，具有很强的代表性。本文以该区作为研 究区，通过野外调查、采样分析和资料搜集，运用地统计方法对其近2 0 年来3 个时期的土壤有 机质时空变化规律及其影响因素进行研究，旨在为城市郊区土壤肥力评价和土壤培肥管理提供参 考。 3 1 大兴区土壤有机质含量的统计特征值 从表3 1 中偏度和峰度系数知，1 9 8 0 、1 9 9 0 、2 0 0 0 年及含量差的表层土壤有机质含量均近似 服从正态分布( x 2 检验) 。三个时期土壤有机质的变异系数相差不大，范围为o 2 6 - 0 3 0 ，属中等 变异强度，这与已有的一些研究结论相同( 郭旭东等，2 0 0 0 ：张世熔等，2 0 0 2 ) 。从1 9 8 0 到2 0 0 0 年，前1 0 年十壤有机质含量差的变异系数为0 4 2 ，属中等变异强度，后l o 年含量差的变异系数 为8 7 2 ，属高变异强度，2 0 年来总的变异系数为0 6 5 ，属中等变异强度。 1 9 8 0 年、1 9 9 0 年和2 0 0 0 年土壤有机质的平均含量分别为9 6 4 、1 2 7 6 和1 2 8 9g k g 1 。随着 时间的递增，表现为递增的趋势，但增加的幅度不一样，从1 9 8 0 年到1 9 9 0 年，平均增加了3 0 9 g k 昏1 ，而从1 9 9 0 年到2 0 0 0 年，仅增加了0 1 8g k g - 。 三个不同时期土壤有机质含量的范围也不同，1 9 8 0 年的最大值为1 8 6 5g k g 1 ，最小值为2 9 6 g k g ，两者相差约6 倍，极差为1 5 7 9 k 乎1 ；1 9 9 0 年的最大值为2 3 2 9 k 百，最小值为4 0 9 。培1 ， 相差约6 倍，极差为1 9 2g k 茸1 ：2 0 0 0 年的最大值达到了2 6 o lg 。k 曾1 ，最小值仅为3 4 4g k 9 1 ， 相差约8 倍，极差为2 2 6g k 一，随着时间的递增，晟大值和最小值之差呈上升趋势。 表3 - 1 大兴区壤有机质含量的描述性统计 竺生! ：! 竺! ! 竺! 璺坐! 翌竺! 兰望匹! 竺! 型堡! 苎! ：! 1 2 坚2 ：= = 一：= ：一= ：二k _ = 二- i l 一 竺竺薹篓篓鳘竺篓 萋薹 0 m 1 9 8 0 2 9 4 正态0 4 2 0 5 12 9 61 8 6 5 9 6 4 4 - 26 70 2 8 0 m 1 9 9 01 7 9正态 0 3 60 2 3 40 02 3 2 01 2 7 4 - 3 7 80 3 0 o m 2 0 0 0 3 2 2 正态0 8 5 1 4 8 3 4 42 6 0 11 2 8 33 0 0 2 6 0 m 1 9 9 0 1 9 8 01 9 8 3 正态0 3 9 0 , 0 10 1 96 , 6 8 3 0 9 4 - l3 lo 4 2 o m 2 0 0 0 1 9 9 01 9 8 3正态0 3 1 0 2 64 3 2 5 2 6o 1 8 4 - 1 5 78 7 2 2 翌! ! ! ! ：! 竺! ! ! ：堡查! ：竺 ：! ：! ：! ：! ! ! ! ：翌 ：! 圭! ：! ! 生! ! 一 1 ，o m l 9 8 0 、0 m 1 9 9 0 及o m l 9 9 0 - 1 9 8 0 分别表示1 9 8 0 、1 9 9 0 年的土壤有机质含量及萁含量差，其余类似 3 2 大兴区不同时期土壤有机质的空间结构分析 在选取土壤有机质的半方差模型时，首先计算山一 ) h 的散点图，然后用不同类型的模型进 行拟合，得到模型的参数，选取决定系数最好的模型类型，最后用c r o s s v a l i d a t i o n 方法来检验模 型的拟合参数( i s a a k s a n ds d v a s t a v a ，1 9 8 9 ) 。本研究选用了高斯型和球状模型来描述土壤有机质 的空间结构结果见表3 - 2 。 表3 - 2 大兴医土壤有机质的半方差函数模型 t a b l e3 - 2t h es e m i v a r i o g r a mm o d e l so f s o mi nd a x i n gc o u n t y 表3 2 中的c 。为块金值，表示由随机部分引起的空间异质性；s i l l 为基台值；r 2 为决定系数， 变程也叫空间最大相关距离。所有半方差函数模型的决定系数均在o 9 0 以上，说明模型的选取符 台要求。 由表3 - 2 和圈3 1 可见，不同时期表层土壤有机质含量在一定范围内均存在空间相关性。1 9 8 0 年、t 9 9 0 年和2 0 0 0 年土壤有机质的空间相关距离分别为8 0 5 、5 9 2 和4 9 0k m ，明显人于一些丘 陵地区土壤有机质的变程值( s u n 等，2 0 0 3 ；程先富等，2 0 0 4 ) 。随着时间的递增，变稃逐渐递减， 然而不同时段减小的幅度不一样，从1 9 8 0 年到2 0 0 0 年，前1 0 年减小的幅度较大，约2 0k m ，后 1 0 年减小约l ok m 。变程减小表示有机质的空间相关范围减小，这表明人为活动对其影响越来越 大，事实也是如此，自从2 0 啦纪8 0 年代实施家庭联产承包制以来，各家各户对土地的使用利管 1 2 中阑农业大学硬士学位论文嚣三章壤毒枫壤的时空变异特拯 理馕捷不弱，邈剥蹋方式发生了较太豹改变。大兴区8 0 年代静捱水稻较多，逐澎调整到鞋种 撞小麦、玉米、瓜累期蔬蔡等必主，薅且藜拳手还豳数攫、施熙状况豹差异缀大，导致了其空阕甥 关范围迅速下降，故变程减幅较大。到1 9 9 0 年以后，出于各家各户秘楗隹4 发、施目b 管理措施媚 对稳定，所以有机质的变程减幅较小。 1 2 l 培9 + i 搂o l 哥3 0 061 21 82 43 0 步长l a g ( ) 捌 划 钕 * 2 4 捌1 8 裂1 2 井6 0 0 61 21 82 43 0 步长l a g ( k i n ) of i1 21 82 毒3 0 步长l a g ( k i n ) 图3 - 11 9 8 0 、1 9 9 0 、2 0 0 0 卑軎机质盘量的半方差函数模型 f i g4 - 1e x p e r i m e n t a ls c m i v a r i o g r a m a n d t h e i r t h e o r y m o d e l s f o r s o m i n l 9 8 0 、1 9 9 0a n d2 0 0 0 表3 2 中c d s 圳表示由随机囡素所引起的弊质性占总的空间异质性的程度( c a m b a r d e l l a e t 等，1 9 9 4 ) ，1 9 8 0 年、1 9 9 0 年和2 0 0 0 年的该比值分别为1 7 、2 9 和2 6 ，均小于0 5 ，说明土壤 有枫质的空间并旗性由系统变舜；i 起的占主等地位，存在着明鬣的空间自相关格髑。1 9 8 0 年的浚 毽心5 ，表明土壤有梳凄宥穰强的空游褶关性，1 9 9 0 年和2 0 0 0 年的该比值在2 5 和7 5 之 闼，表明具鸯中等程度懿空闫糨关镶，箕摆关性减弱，这藕交糕爱缓的结论楚一致韵。 3 3 大兴区土壤有机质禽量的时空分布特征 榱摇前搿所褥到的土壤有机质半方燕函数模型，利用k r i g i n g 撩优肉插法，绘制了该区三个 不鞠时巅及不阍瞬段壤有机蒲含豢差豹等德线潮。 由瞄3 - 2 霹兜，三个不固羹孪期壤鸯辊袋含量髂空满分毒畿律萋本致，总体趋势是托高南 低，南部位予定槲庄、大辛庄秘输垡镇之闯的一禺瓤她嚣，其存梃鹱禽量冁显裹予翅曜翁冀它姥 区。1 9 8 0 年i ：壤静机质含量的最高联域主要分布在强j k 角，露含量最低鲍区域主要集唾= i 在壤曩中 心部位和最南边的南各庄区域。1 9 9 0 年和2 0 0 0 年土壤有机质含量最高的区域转穆到靠近城区衣 北角的地方，而含量最低的区域主要集中在最南边的个区域。从1 9 8 0 年到1 9 9 0 年，全隧土壤 有机质含量均有不同程度的提高，其中提高最快的区域主要分布在靠近城区东北角的地方，高达 6 9 k g ，该嚣中心和系边部分醒域有机餍含量基本保持不变( 闰3 - 2 - d ) 。从1 9 9 0 年到2 0 0 0 年( 潮 中瀚农业大学碱士举位论文 第三章土壤霄机质的时空变擀特征 i i l ! 1 ) 1 1i i i i i i i ! ! iu ii l l l l l l 1 l ! l ! l l l l l l l l。一，一 3 枣e ) ，土壤寮椒矮鸯羹套罐寄壤，其中东攀豁努骞撬蘑禽餐鐾增燕鳇趋势，瓣嚣半部分霄橇壤 禽爨璺下鞲熟愁势。束半帮分箍巍疆最嚣嚣秧囊簧努毒在靠驻赣嚣衮蓑角懿媲方，襄遥5 雾襄， 穰誊帮势酶镳藤俊静区域宝搽分布在该区程船角，这4 9 k 莎。献t 9 8 0 年登2 0 0 0 年慧翁辩潜( 黧 3 - 2 ，f ) ，全区士壤谢机质台蠛总体璺上升趋势，瀵加最快的隰蠛主要分布挠绺i 瞳城区东北精的地 方，辔燕最竣勰隧蠛主要分商在谈医嚣魏霆。 l 端l 辨良表辩1 9 9 0 磺去1 9 e t 0 年盛粒盘壤旃黼害垂 嘲3 - 2 太兴医袭牒土壤寿机质曾鬟飘不同时鹱变化鬟( g 昧) 的空瀚分布隰 f 垮+ 3 2 c o n t o u r m a p s o f s o m c o n t c a t a n d t h o r g h a n g e s d t m b g l a s t 瓣y e 8 $ i n d a x i a g o o 嘛 巍表3 - 3 霹甄，在| 9 8 0 肇烈2 0 0 0 年遨黼每鞠，壤漆辊缓含墼豌秦嶷德娥禧受：t 9 8 0 每 士壤有机质禽爝的最高等缀为三缀，到1 9 9 0 荦，新增二级蛾2 3 0 ，5k m 2 。矗总丽积的2 2 2 ，划 2 0 0 0 年，二缀地谣菰壤少，郝努整戚了一缎燃( 鹫3 - 2 b 萃| l3 * 2 喵) ，一缀秘二缀主逸分瓤占土媳 鼹鹱糕馥s 固酾帮t 4 3 ，嚣者蕊囊鼗鸯2 3 2 1k 毋，基奉主嚣予1 9 9 d