太仓市耕地土壤基本属性空间分布特征研究

摘要  为掌握江苏省太仓市耕地土壤基本属性，于2021年秋季采集区域内88个土壤样品，样品经制备、实验室检测后，获取土壤有机质（SOM）、全氮（TN）、全磷（TP）、全钾（TK）、酸碱度（pH）5项属性值。基于ArcGIS软件地统计分析模块中的普通克里格插值功能，得到土壤属性的空间分布特征。结果显示，太仓市SOM、TN、TP和TK分别为25.26、1.48、1.45和10.53 g/kg。在空间分布上，SOM和TN具有一定的相似性，整体上呈“西高东低”的趋势；TP和TK分别为“北高南低”和“东高西低”。太仓市pH均值为7.51，呈中性偏弱碱性。

关键词 土壤属性；克里格插值；空间分布；变化趋势

中图分类号 S153.6  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2024）14-0113-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.14.025

Study on the Spatial Distribution Characteristics of Basic Properties of Cultivated Soil in Taicang City

ZHANG Hai-dong1，LI  Hui-bin2，SHI Yun2 et al

（1.Institute of Agricultural Sciences in Taihu Area of Jiangsu/Suzhou Academy of Agricultural Sciences，Suzhou， Jiangsu  215105;2.Institute of Agricultural Resources and Regional Planning， CAAS，Beijing 100089）

Abstract In order to understand the basic soil properties of cultivated land in Taicang City，Jiangsu Province，this study collected 88 soil samples in the autumn of 2021. After preparation and laboratory testing，five attribute values of soil organic matter （SOM），total nitrogen （TN），total phosphorus （TP），total potassium （TK），and pH were obtained. Based on the ordinary Kriging interpolation function in the statistical analysis module of ArcGIS software，the spatial distribution characteristics of soil attributes were obtained. The results showed that the SOM，TN，TP，and TK in Taicang City were 25.26，1.48，1.45 and 10.53 g/kg，respectively. In terms of spatial distribution，SOM and TN have certain similarities，showing an overall trend of “high in the west and low in the east”;TP and TK are “high in the north and low in the south” and “high in the east and low in the west”，respectively. The average pH value in Taicang City is 7.51，which is neutral to slightly alkaline.

Key words Soil properties;Kriging interpolation;Spatial distribution;Changing trends

基金项目 苏州市农业科技创新项目（SNG2020072）;2019年吉林联合基金“玉米精准作业智能决策”；国家自然科学基金—区域创新发展联合基金（吉林）（U19A2061）。

作者简介 张海东（1984—），男，江苏东台人，副研究员，从事智慧农业研究。*通信作者，研究员，从事农业遥感与智慧农业研究。

收稿日期 2023-08-24；修回日期 2023-09-12

土壤有机质（soil organic matter，SOM）具有提供作物养分、土壤保水保肥等生物、物理和化学作用［1-3］，是土壤肥力的基础，氮磷钾是作物生长所必需的养分元素［4］，土壤酸碱度（pH）是影响土壤养分有效性的重要因素之一［5］。研究上述土壤属性的空间特征，对于监测和管理土壤、制定农业政策等具有重要意义。Liu等［6］用地表动态反馈方法预测了江苏省中部平原地区土壤有机质含量等属性的空间分布。庞龙辉等［7］对青海省土壤全氮、有机碳、粉粒和pH进行了预测制图。杜龙全等［8］基于青海省土系调查的 205个土壤剖面数据，利用随机森林模型，分别建立了表层（0 ～ 20 cm）土壤全氮（TN）、全钾（TK）、全磷（TP）与环境因素变量（地形、气候、植被、遥感数据）之间的定量关系，对青海省土壤养分含量的空间分布进行了预测。笔者以太仓市耕地土壤有机质、全氮、全磷、全钾、pH为研究对象，通过地统计方法获取其空间分布特征，为把握太仓市耕地土壤属性区域特征及相关管理辅助提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

太仓市（120°58′～121°20′E、31°20′～31°45′N）位于江苏省东南部，长江口南岸，东濒长江，南临上海市，西连昆山市，北接常熟市，陆域面积665.96 km2。全境地势平坦，属长江三角洲冲积平原，自东北向西南略呈倾斜。属北亚热带南部湿润气候区，光照充足，四季分明，年均气温16.2 ℃，年均降水量1 173 mm，其中5—9月雨量约占全年雨量的55.7%。《太仓市第三次国土调查主要数据公报》显示，现有耕地面积为21 627.39 hm2（2019年12月31日）。

1.2 样品布设与采集

以遥感解译获取的太仓地耕地分布图为底图，采用网格布点法布设并采集 88个有效土壤样点（图1），用 GPS导航定位至样点，样品采集深度为0～20 cm，

采用梅花形多点混合法进行取样，四分法取1 kg样品，采样

时间为 2021年11月。采集的土样经室内风干后，挑拣出土壤中混杂的动植物残体等，研磨过筛待测。

1.3 检测内容与方法

土壤有机质（SOM）含量测定采用重铬酸钾（K2Cr2O7）氧化滴定法，土壤全氮（TN）测定采用开氏法，土壤全磷（TP）含量测定采用酸溶-钼锑抗比色法;土壤全钾（TK）含量测定采用火焰光度法，pH测定采用电位法（水土比为 2.5∶1）［9］。

1.4 数据分析

数据的处理、分析和统计图制作借助于SPSS 17.0和Origin 9.1软件进行。考虑到空间插值方法要求数据呈正态分布，因此将数据取对数进行log变换，使得数据在一定程度上更符合正态分布的特征。

1.5 空间特征获取

普通克里格（ordinary kriging，OK）是常用的插值方法之一，以5项土壤属性数据为基础，基于地理信息系统软件ArcGIS 10.0的地统计分析模块，采用普通克里格插值方法生成各种属性的空间分布栅格图。

2 结果与分析

2.1 耕地土壤属性

由图2可知，5项属性值整体上均为正态分布，其中，TP和pH斜偏度较正态分布具有一定差距，分别呈右偏态和左偏态分布。经log变换后，各属性值峰度均接近3，偏度均接近0（表1），表明变换后的属性值更加接近正态分布。

太仓市耕地SOM含量平均值为25.26 g/kg，变幅为10.83～40.23 g/kg，表明在点位上存在较大的异质性。根据江苏省耕地质量监测指标分级标准，处于2级（较高，20～30 g/kg）以上区间的样点数为72个，占比高达81.8%，以2级为主，1级（高，>30 g/kg）区间的样点占比为23.9%（图2），没有样点处于4级（较低，6～10 g/kg）和5级（低，≤6 g/kg）。

TN含量为0.63～2.99 g/kg，平均含量为1.48 g/kg。86.4%的样点分布于2级（较高，1.5～2.0 g/kg）和3级（中，1.0～1.5 g/kg），两者样点数均为38个，各占43.2%。TN和SOM数据拟合结果显示，两者间具有较好的线性相关性（图3）。

TP含量为0.67～3.44 g/kg，平均含量为1.45 g/kg。从样点属性值来看，太仓市TP含量较高，处于1级（>1 g/kg）和2级（0.8～1.0>30 g/kg）的样点数分别为59和25个，总占比达95.5%。

TK含量为6.56～15.68 g/kg，平均含量为10.53 g/kg。太仓市土壤TK含量处于较低水平，主要分布在4级（10～15 g/kg），占比达97.8%。

pH为6.10～8.27，均值为7.51，整体呈中性偏弱碱性。pH处于1级（6.5～7.5）的样点数27个，2级（5.5～6.5）样点数5个，3级（7.5～8.5）样点数量最多达56个。

2.2 空间分布特征

由普通克里格插值结果（图4）可知，太仓市SOM等5项土壤属性值在空间上呈不同的分布特征。与已有研究结果类似，太仓市耕层土壤SOM与TN含量具有较好的相关性，在空间上也较为一致，均呈“西高东低”分布。TN含量分布呈“外高内低”的分布特征，县域外部向内逐渐

降低，北部紧依长江的横泾镇最高，沙溪镇和城厢镇相对较低。TK含量则呈“东北西低”趋势，由东部的浏河镇和浮桥镇向西南呈梯度递减的趋势，位于太仓西部的沙溪镇和双凤镇部分区域TK含量高于周边地区。太仓pH在空间上较为均匀，以中性偏弱碱性为主，最低值出现在中部，但与整体分布差异性较小。

2.3 变化趋势

与1979年开始的第二次土壤普查数据相比，40多年来，太仓市SOM平均含量提升了2.46 g/kg，TN平均含量基本持平，SOM和TN含量总体上处于中等水平，且增加缓慢。pH整体下降了0.27，TP含量有小幅下降，贮量水平整体较高；TK下降幅度较大，减少近50%，钾素较为缺乏，应适当增加钾肥用量（表2）。

3 结论与讨论

该研究基于采样数据进行空间插值，在空间上分析了太仓市SOM、TN、TP、TK和pH的分布特征。结果表明，pH较40年前有所下降，表明在工业污染、长期施用化肥的情况下，耕地土壤存在酸化的风险，可能会降低一些养分的有效性，也会提高部分土壤重金属元素的有效性，从而增加农产品中有害成分的含量。除pH外，其他4项土壤属性均受自然因素如成土母质等［10-11］和人为因素如种植作物类型、管理方式等在空间变异较大。同时，通过该研究数据与第二次土壤普查数据的对比，发现经秸秆还田、绿肥还田等措施的实施，SOM含量呈缓慢上升趋势。TK含量则降幅较大，一定程度上要加强关注。

参考文献

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