08精准养分管理-不同尺度的土壤养分变异特征与管理

不同尺度的土壤养分变异特征与管理

白由路 金继运 杨俐苹 中国农科院土壤肥料研究所

土壤养分的变异很早就为人们所认识，为了避免土壤养分变异所造成测定的误差，人们采取了很多种取样方法，以减小土壤变异对测定结果的影响。近年来，土壤属性空间变异理论与技术的发展，更加促进了对土壤养分空间变异的研究

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一些学者也从土壤养分管理的角度探讨了土壤养分变异与土壤管理的关系。众所周知，不同尺度上，影响土壤变异的因素不同，因此，在土壤管理的方法上也应不同。本文通过对整个黄淮海平原不同尺度上土壤养分变异及其规律的研究，旨在为不同尺度上土壤养分的管理提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究地点

本研究在黄淮海平原的四个尺度上进行，最小尺度为地块，研究区域为河北省辛集市马兰村第5生产组的一个地块，总面积为8.29ha。第二级尺度为村级尺度，研究区域为河北省辛集市马兰村，总面积175.2ha。第三级尺度为县级尺度，研究区域为河北省辛集市全市。总面积938km。最大尺度为黄淮海平原，涉及河北、河南、山东、安徽、江苏、北京和天津五省二市，总面积31万平方千米。

1.2 采样方法

不同的研究尺度，采用的取样方法也不相同，在地块和村级尺度上，采用差分式GPS定位的方法，网格取样，地块尺度上的网格密度为50×50m，村级尺度上为100×100m。县级尺度上基本为随机取样，采用GPS确定控制点，采样点由数字化仪确定坐标。黄淮海平原尺度采用手持式GPS定位，按25~50km的网格采样。样点分布示于图1~3。

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(图：图1 黄淮海平原样点分布图)

(图：图2 辛集市样点分布图)

(图：图3 村级和地块级尺度上样点分布图)

1.3 分析项目与方法

用土壤养分状况系统研究法（ASI）分析土壤养分状况。土壤速效磷(P)、钾(K)、铜(Cu)、铁(Fe)、锰(Mn)和锌(Zn)采用ASI联合浸提剂（0.25mol/L NaHCO3-0.01 mol/L EDTA-0.01mol/L NH4F）浸提；土壤有效硫(S)用0.08mol/L的过磷酸钙溶液浸提；速效钙(Ca)、镁(Mg)和铵态氮(N)用1mol/L的KCl浸提；有机质用0.2 mol/L NaOH - 0.01 mol/L EDTA - 2% 甲醇溶液提取。有机质和非金属元素用比色法测定，金属元素用原子吸收分光光度计测定。

2 结果分析

2.1 不同尺度上土壤养分的总变异度分析

通过对不同尺度上的土壤的变异情况(图4)分析，结果表明：不同尺度上，土壤养分的变异程度不同。其中，地块内的土壤养分在四个尺度上变异最小，仅为18.77%，而村内和县内的变异情况基本相同，而整个黄淮海平原的土壤养分变异性最大，为66.3%，由此可以看出，在整个黄淮海平原的土壤养分变异中，约有一半来自于不同县之间的变异，而另一半则来源于县外其它因素，主要是不同的气候类型、地形地貌和土壤类型。而在县内的变异中，土壤养分主要来源于不同村之间的变异，其它因素影响较小。在村内的土壤养分变异中，约有一半来自于地块内（包括分析误差）的土壤养分变异，而另一半

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来自于不同地块间的土壤养分变异。而地块内的土壤养分变异除一些随机因素外，主要来源于不同农户间土壤养分管理的差异。

(图：图4 不同尺度上土壤养分的变异系数)

2.2 不同尺度上不同土壤养分种类的变异分析

2.2.1 地块尺度上的土壤养分变异分析

在地块尺度上，不同种类土壤养分的变异示于图5。结果表明，在地块尺度上，根据土壤养分的变异性，可将土壤养分分为三类。一类为高变异类型，即变异系数在20%以上，主要有N、P、K和Zn。第二类为中等变异的土壤属性，其变异系数在10~20%之间，主要有土壤有机质、有效S、Cu、Fe和Mn。变异度最小的土壤营养元素为土壤有效钙和有效镁，其变异系数都在10%以下。由此可看，在地块尺度上的土壤养分管理，特别是精准养分管理应以N、P、K和Zn为主，由于其它元素的变异度较小，采用均量管理即能满足要求。

(图：图5 地块尺度上土壤养分的变异系数)

2.2.2 村级尺度上的土壤养分变异分析

通过对村级尺度上不同土壤属性的变异性分析（图6），结果表明，在村级尺度上，土壤养分的变异性增强。其中变异

度最大的是土壤有效铜，其变异系数高达124%。除此之外，土壤硫的变异性也显著增高。所以，在以村级尺度为管理单元时，需要进行的精准管理的营养元素的数量增多，主要有N、P、K、S、Cu和Zn等，但对土壤Ca、Mg、Fe、Mn等元素的管理仍可采用均量管理。

(图：图6 村级尺度上土壤养分的变异系数)

2.2.3 县级尺度上的土壤养分变异分析

县级尺度上的土壤养分变异情况示于图7。结果表明，在县级土壤上，变异系数在30%以上的土壤营养元素有N、P、K、S、Cu和Zn。这种变异趋势与村级尺度上的变异土壤基本相同，由于其它元素的变异性也显著提高，所以，在县级水平上，可将土壤中的营养元素分为两级管理，即高变异的应采用精准管理，而低变异的可采用分区管理。

(图：图7 县级尺度上土壤养分的变异系数)

2.2.4 黄淮海平原土壤养分的变异分析

通过对整个黄淮海平原土壤养分的变异性分析（图8），结果表明，在整个黄淮海平原的尺度上，根据土壤养分的变异情况，可明显将其分为两大类，第一类为相对高变异的土壤营养元素，主要有P、S、Fe、Mn，其它均为相对低变异的土壤属性。在相对高变异的土壤养分中，除P外，基本上都是施用相对较少的元素。施用相对多的N和K变异度相对较小。所以，可以认为，在中小尺度上，影响土壤养分变异的主要因素是土壤养分的管理，即不均匀的施用造成了土壤养分的变异性相对

增高，而在大尺度上，影响土壤养分变异性的因素主要是一些区域因素，如气候条件、地形地貌、土壤类型等。因此，在大尺度，土壤养分管理的重点应是变异度相对较大的中微量营养元素。

(图：图8 黄淮海平原土壤养分的变异系数)

3 主要结论

通过对不同尺度上不同土壤养分的变异特征分析，可得出以下结论：

1） 不同尺度上土壤养分的变异系数不同，随着研究尺度的加大，土壤养分的变异系数增高，只有村级尺度上和县级尺度上，土壤养分的平均变异系数基本相同。

2） 在中小尺度上，土壤养分变异度相对较大的元素大部分是通过施肥进行补充的营养元素，而在大尺度上土壤中的P、S、Fe和Mn相对变异性增加。

3） 不同尺度上，影响土壤养分变异的因素也不相同，在中小尺度上，影响土壤养分变异的主要因素是土壤养分管理，即不均匀的施用造成了土壤养分变异性相对增高，而在大尺度上，影响土壤养分变异性的因素主要是一些区域因素，如气候条件、地形地貌、土壤类型等。

4） 在不同尺度上，对土壤养分管理的重点也不相同，若以地块级单元进行土壤养分管理时，特别是精准养分管理时应以N、P、K和Zn为主，由于其它元素的变异度较小，采用均量管理即能满足要求。在村级尺度上，需要进行的精准管理的营养元素的数量增多，主要有N、P、K、S、Cu和Zn等，但对土壤Ca、Mg、Fe、Mn仍可实行均量管理。在县级水平上，可将土壤中的营养元素分为两级管理，即高变异的应采用精准管理，而低变异的可采用分区管理。在整个黄淮海平原，土壤养分管理的重点应是变异相对较大的中微量元素。

主要参考文献

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