建三江地区土壤氮磷生态化学计量空间异质性特征及其影响因素分析

图1 建三江地区土壤类型(a)、土地利用(b)及采样布点 (c)

Fig.1 Distribution map of soil types (a), land use (b) and sampling (c) in Jiansanjiang area

2 材料与方法

2.1 土壤样品采集与测试

野外测量和分析测试工作均严格按照《多目标区域地球化学调查规范(1:250 000)》(DZ/T 0258—2014)^[21]执行。按照1 km×1 km网格化布设1个采样点,在采样点周围100 m范围内3~5处多点采集表层土壤(0~20 cm)组合为1件土样,土壤样品质量保证在1 kg以上,装入干净的布袋中,对于个别湿度较大的土壤样品,装入干净布袋的同时再采用塑料样品袋隔离处理,以防止样品间污染,经阴干、过20目尼龙筛后备用。采集样品的同时均记录采样点基本信息,包括经纬度坐标、海拔、土壤类型、土地利用等。

土壤样品分析测试工作由自然资源部沈阳矿产资源监督检测中心完成。土壤全氮、全磷指标的分析方法及检出限见表1。本次工作分析测试方法、重复分析质量、分析准确度及精确度均符合规范要求,样品分析结果合格率为100%,样品分析数据已通过中国地质调查局区域地球化学调查样品质量检查组验收,结果可靠。

表1 各项指标的分析方法及检出限

Table 1 The analysis method and detection limit of target elements

指标	分析方法	检出限	单位
土壤全氮	凯氏定氮法	19	10^-6
土壤全磷	X射线荧光光谱法(XRF)	6	10^-6

2.2 数据来源

本文所用其他数据来源说明如下:

1)东北地区土壤类型图的矢量数据:来源于中国科学院南京土壤研究所,原数据是《1:100万中华人民共和国土壤图》,由全国土壤普查办公室组织完成,中国科学院南京土壤研究所完成的数据库建设,属性字段包含了土纲、土类及亚类。

2)东北地区2010年土地利用1:10万比例尺矢量数据:来源于中国科学院地理科学与资源研究所,该数据由中国科学院地理科学与资源研究所牵头,联合中国科学院遥感应用研究所、东北地理与农业生态研究所等多家单位共同完成,土地利用/覆盖数据的重建主要使用Landsat-TM/ETM遥感影像数据。

2.3 异常值处理

研究区网格布点3 079个,在考虑野外采样和实验室测试分析误差的基础上,按照平均值±3倍标准差的原则进行数据异常值的识别和处理,剔除异常数据,共得到有效数据2 971组,后续相关计算分析均采用处理后的数据。

2.4 数据分析

数据分析采用SPSS 19.0 和Geostatistics for the environmental sciences(GS+)9.0分别进行经典统计学和地统计学分析。利用SPSS 19.0 计算土壤全氮、全磷和氮磷比的平均值、标准差及变异系数(C_v)。变异系数可反映特征变量的空间变异程度,C_v<0.1时为弱变异,0.1<C_v<1时为中等变异,C_v>1.0时为强变异。

半方差函数^[22]是描述空间变量的关键函数,它可以描述变量的空间变异结构,反映不同距离观测值之间的变化,计算公式如下:

(1)

r (h) = \frac{1}{2 N (h)} \overset{N (h)}{\sum_{i = 1}} [z (x_{i} + h) - z (x_{i} {)]}^{2}

式中: $r (h)$ 为半方差; $h$ 为两点间的矢量,也就是滞后距离; $N (h)$ 为被 $h$ 间隔的数据点对的数目; $z (x_{i} + h)$ 和 $z (x_{i})$ 分别为变量在位置 $x_{i} + h$ 和 $x_{i}$ 处的实测值。利用GS+ 9.0软件的高斯模型、球形模型、线性模型和指数模型4种模型进行半方差函数各参数的拟合,并得到最佳模型和基本参数^[23],其中基本参数包括基台值(C₀+C)、变程(A₀)和块金系数[C₀/(C₀+C)]。块金值(C₀)表示随机变异,基台值(C₀+C)表示总的变异程度,其值越高,总的变异程度越高。当块金系数[C₀/(C₀+C)]>75%时,表示系统空间相关性很弱;当比值在25%~75%时,空间自相关性处于中等程度;当比值小于25%,则说明空间自相关性较强。

根据得到的基本参数,利用ArcGIS 10.0软件使用普通克里格(ordinary kriging)方法绘制研究区土壤全氮、全磷和氮磷比的空间格局分布图。

3 结果与讨论

3.1 土壤氮、磷生态化学计量的统计特征分析

3.1.1 土壤氮、磷生态化学计量的描述性统计分析及正态分布检验

研究区土壤氮、磷生态化学计量的统计结果如表2所示。建三江垦区土壤全氮、全磷和氮磷比的范围分别为(0.14~7.26)×10^-3、(0.17~1.64)×10^-3和0.42~13.25,平均值分别为2.49×10^-3、0.81×10^-3和3.20^[24]。根据黑土区相关研究^[20],研究区土壤全氮含量和全磷分别处于丰富(>2×10^-3)和较丰富(0.8~1×10^-3)等级。土壤全氮、全磷和氮磷比的变异系数分别为0.28、0.23和0.33,均属于中等程度变异,说明研究区土地利用、人类活动等非结构性因素对土壤全氮、全磷和氮磷比均存在一定的影响。土壤全氮、全磷和氮磷比的平均值和中位数都比较接近,说明土壤全氮、全磷和氮磷比均呈现较好的中心趋向分布。偏度值大于0,说明它们的正态分布图呈现向左偏斜。峰值为正值,说明数据分布比标准正态分布的峰值高。K-S检验结果表明,土壤全氮、全磷和氮磷比的显著性均小于0.05,数据属于偏态分布,不完全符合正态分布(表2),采用对数转化后仍不符合正态分布,因此采用原始数据计算土壤全氮、全磷和氮磷比的变异函数。

表2 土壤氮、磷生态化学计量的描述性统计分析

Table 2 Descriptive statistics of ecological stoichiometry of soil nitrogen and phosphorus

分析项目	土壤全氮 (TN)	土壤全磷 (TP)	土壤氮磷比 (N/P)
最大值/10^-3	7.26	1.64	13.25
最小值/10^-3	0.14	0.17	0.42
平均值/10^-3	2.49	0.81	3.20
中位数/10^-3	2.39	0.80	2.93
标准偏差/10^-3	0.69	0.19	1.05
方差	0.48	0.03	1.11
变异系数C_v	0.28	0.23	0.33
偏度	1.26	0.40	1.56
峰度	3.92	1.10	4.77
K-S检验	p<0.05	p<0.05	p<0.05
分布类型	偏正态分布	偏正态分布	偏正态分布

由于研究区气温较低,有机质分解缓慢,微生物分解有机质所需的氮素减少,导致多余部分释放到土壤中^[25],再加上农田土壤常年施用化肥尤其是氮肥,因而,在一定程度上提高了土壤的氮储量。而磷元素主要来源于成土母质的风化,其在土壤中移动性小,加上磷肥的施用,造成了土壤磷的积累^[26]。因而,研究区土壤全氮和全磷均相对较高。土壤氮磷比被认为是土壤N饱和的诊断指标,被用来确定养分限制的阈值。研究区土壤氮磷比处于中等偏低水平,低于全国农田平均值5.10^[27],这说明研究土壤表现为氮限制。

3.1.2 土壤氮、磷生态化学计量的地统计学分析

通过对研究区土壤全氮、全磷和氮磷比进行地统计学分析,得到各向同性半方差函数模型(图2)及相关拟合参数(表3)。半方差函数模型拟合结果表明,研究区土壤全氮、全磷和氮磷比的半方差函数理论模型均为指数模型(Exponential),残差平方和(RSS)最小,分别为1.03×10^-2、6.424×10^-6、2.46×10^-2,说明指数模型拟合效果较好(表3),其表达式如下:

(2)

r (h) = C_{0} + C [1 - e x p (- h^{2} / {A_{0}}^{2})]

式中: $r (h)$ 为半方差函数值;h为间隔距离;C₀为块金值;C为结构方差;A₀为变程。

图2

图2 土壤全氮(a)、全磷(b)和氮磷比(c)的各向同性半方差函数

Fig.2 Semi-variogram models for soil total nitrogen (a), soil total phosphorus (b) and N/P ratio (c) in isotropy

表3 土壤全氮、全磷和氮磷比半方差函数理论模型及相关参数的地统计学参数

Table 3 Parameters of the semi-variogram models for soil total nitrogen, soil total phosphorus and N/P ratio

指标	拟合模型	块金值 C₀	基台值 C₀+C	变程 A₀/km	块金系数 C₀/(C₀+C)	决定系数 r²	残差平方和 RSS
TN	Exponential	0.04800	0.44800	3.6	10.70%	0.535	1.03×10^-2
TP	Exponential	0.01806	0.03652	14.9	49.50%	0.974	6.424×10^-6
N/P	Exponential	0.10900	1.06800	3.5	10.20%	0.742	2.46×10^-2

研究区土壤全氮、全磷和氮磷比的C₀分别为0.048、0.018、0.109,均较低。

土壤全氮和氮磷比的块金系数[C₀/(C₀+C)]分别为10.70%和10.20%,空间自相关性很强,说明研究区的土壤全氮和氮磷比的空间变异受结构性因素如地形、成土母质等影响大于人类活动、农业生产等随机因素。土壤全磷的块金系数为49.50%,空间自相关性处于中等程度,说明土壤全磷的空间变异均受到结构性因素和随机因素的影响。这与黑土区的一些研究结果类似^[20]。但与江西省耕地的土壤氮、磷生态化学计量空间变异特征的研究结果差异较大,该研究认为土壤全氮、全磷和氮磷比均呈弱空间相关性,随机性因素引起的空间变异程度大于结构性因素^[28]。

考虑研究区地形和土地利用情况复杂,林地、旱地、水田交错存在,对研究区土壤全氮、全磷和氮磷比做各向异性分析,绘制0°、45°、90°和135°方向的半方差函数图(图3)。图3表明,研究区土壤全氮、全磷和氮磷比在不同方向上的变异程度存在一定的差异性。当间隔距离小于4 km时,研究区全氮和全磷含量在南北和东西方向的变异程度小,氮磷比变异程度相对较大。随着间隔距离的增加,大于4 km、小于50 km的情况下,土壤全氮含量变异程度呈缓慢上升的整体趋势;当间隔距离大于50 km时,土壤全氮含量变异程度较大。土壤全磷含量随着间隔距离增加,呈现先增加后下降的趋势,且在东北方向的变异程度较小;氮磷比也呈现随着间隔距离增大比值呈先增加后下降的趋势,且在大于40 km距离以上,氮磷比含量变异程度差异较大,这与受地形、成土母质等结构性要素影响较大的结论一致。综合各向异性函数分析结果,研究区土壤全磷和氮磷比在不同间隔距离内的变异程度存在一定差异性,且比土壤全氮变异程度更为明显,这对该区域后续研究采样点的设计具有重要的指导意义。

图3

图3 土壤全氮(a)、全磷(b)和氮磷比(c)的各向异性半方差函数

Fig.3 Semi-variogram models for soil total nitrogen (a), total phosphorus (b) and N/P ration (c) in anisotropy

3.2 土壤氮、磷生态化学计量的分布特征

在对研究区土壤全氮、全磷含量和氮磷比进行半方差函数分析的基础上,均选择指数模型进行普通克里格插值,得到研究区土壤全氮、全磷和氮磷比的空间分布特征(图4)。

图4

图4 土壤全氮(a)、全磷(b)含量和氮磷比(c)的空间分布

Fig.4 Spatial distribution of soil total nitrogen (a), soil total phosphorus (b) and N/P ratio(c)

由图4可见,研究区土壤全氮、全磷和氮磷比在空间上分布差异较大,与研究区土壤类型、土地利用类型的变化具有较高的一致性。研究区土壤全氮含量大部分在2×10^-3以上,这可能与长期施用氮肥有关,其中高值区主要呈斑块零星分散在东部、南部和西北小范围地区,全氮含量大于3×10^-3,主要分布在沼泽土、暗棕壤上,土地利用类型主要为旱地;而低值区主要在西北和中西部地区零星分布。研究区土壤全磷含量相对较低,基本在(0.5~0.7)×10^-3以下,其中高值区主要分布在东部和西北地区,该区主要为林地;中间地区则为低值地区,主要分布在白浆土上,土地利用类型主要为水田。研究区土壤氮磷比则呈镶嵌状分布,高值区以斑块状分散于中部、南部和东北部地区,这是由于该区土地利用类型主要为水田,而低值区主要位于西北地区,该区域主要为林地。

3.3 土壤氮、磷生态化学计量分布的影响因素分析

土壤氮、磷生态化学计量特征受区域土壤类型、土壤母质的风化作用、地形地貌、水热条件等自然因素以及土地利用、耕作、施肥等人为因素的综合调控,因而土壤氮、磷储量及循环过程有显著不同。

研究区的土壤类型主要有白浆土、沼泽土、暗棕壤、草甸土4类。统计结果(表4,图5)显示:研究区暗棕壤、沼泽土、草甸土和白浆土的土壤全氮平均值分别达2.77×10^-3、2.69×10^-3、2.44×10^-3和2.41×10^-3,均大于2×10^-3,处于丰富等级,高于东北旱作区土壤TN含量(1.43×10^-3)^[29]。研究区暗棕壤、草甸土、白浆土和沼泽土的土壤全磷平均值分别达0.90×10^-3、0.86×10^-3、0.82×10^-3和0.75×10^-3,其中暗棕壤、草甸土和白浆土均在(0.8~1)×10^-3,处于较丰富等级,而沼泽土处于中等等级^[24],与东北旱作区土壤全磷含量相当(0.77×10^-3)。研究区沼泽土、暗棕壤、白浆土和草甸土的土壤氮磷比平均值分别达3.77、3.04、3.01和2.94,均高于东北旱作区土壤氮磷比平均值^[29],均低于全国农田的平均值5.10^[27]。由于生物固氮随着氮磷比的减小而增大^[30],因此,建三江地区土壤生物固氮量相对较高。

表4 建三江地区不同类型土壤全氮、全磷含量和氮磷比变化

Table 4 Changes of soil total nitrogen, soil total phosphorus and N/P ratio in different soil types in Jiansanjiang area

土壤类型	样点数	土壤全氮(TN)/10^-3			土壤全磷(TP)/10^-3			氮磷比(N/P)
土壤类型	样点数	最小值	最大值	均值± 标准差	最小值	最大值	均值± 标准差	最小值	最大值	均值± 标准差
暗棕壤	97	1.20	5.70	2.77±1.01	0.43	1.59	0.90±0.21	1.79	7.39	3.04±0.86
白浆土	1534	0.59	5.43	2.41±0.53	0.25	1.53	0.82±0.16	0.77	7.27	3.01±0.80
草甸土	442	1.00	5.00	2.44±0.73	0	2.00	0.86±0.21	1.16	7.44	2.94±0.93
沼泽土	844	1.06	5.85	2.69±0.78	0.17	1.59	0.75±0.20	1.72	7.60	3.77±1.23

图5

图5 不同类型土壤全氮(a)、全磷(b)含量和氮磷比(c)变化

Fig.5 Changes of soil total nitrogen (a), soil total phosphorus (b) and N/P ratio (c) in different soil types

不同成土母质的沉积结构和物质组成相差较大,直接影响了土壤的机械组成与理化性质,进而制约了土壤氮、磷生态化学计量分布^[28]。研究区的母质类型主要有冲湖积、冲积和湖沼积3类。统计结果(表5,图6)显示:土壤全氮和全磷化学指标在研究区湖沼积、冲积和冲湖积等3种母质中的变化范围近乎一致,分别变化于(0.59~5.85)×10^-3和(0.17~1.59)×10^-3,它们的平均值也较为稳定,分别分布于(2.48~2.66)×10^-3和(0.80~0.86)×10^-3,氮磷比也极为相近,分布于3.21~3.25。这暗示该研究区不同类型的成土母质虽然具有不同的沉积结构和成因类型,但其矿物组成与化学性质较为相似,间接导致土壤机械组成相近^[31],对土壤氮、磷生态化学计量空间分布影响较小。成土母质主要通过影响土壤机械组成来制约土壤氮、磷含量分异,因此,成土母质对研究区土壤氮磷比变化的影响有限^[28]。

表5 建三江地区不同母质类型土壤全氮、全磷含量和氮磷比变化

Table 5 Changes of soil total nitrogen, soil total phosphorus and N/P ratio of different parent materials in Jiansanjiang area

母质类型	样点数	土壤全氮(TN)/10^-3			土壤全磷(TP)/10^-3			氮磷比(N/P)
母质类型	样点数	最小值	最大值	均值± 标准差	最小值	最大值	均值± 标准差	最小值	最大值	均值± 标准差
冲湖积	2413	0.59	5.73	2.48±0.61	0.22	1.53	0.80±0.17	0.77	7.84	3.22±1.01
冲积	323	0.82	5.85	2.65±1.00	0.17	1.59	0.85±0.22	1.16	7.39	3.25±1.30
湖沼积	175	1.07	5.70	2.66±0.79	0.34	1.59	0.86±0.25	1.79	6.85	3.21±0.94

图6

图6 建三江地区不同母质类型土壤全氮(a)、全磷(b)含量和氮磷比(c)变化

Fig.6 Changes of soil total nitrogen (a), soil total phosphorus(b) and N/P ratio (c) of different parent materials in Jiansanjiang area

不同时期沉积物的物缘和沉积环境可能存在差异,一定程度上导致不同时期、相同成因类型的沉积物物质组成发生变化。研究区的第四系主要有全新世冲湖积、全新世湖沼积、全新世冲积、晚更新世冲湖积、晚更新世冲积5类。就全新世和晚更新世冲湖积而言,它们的土壤全氮和全磷化学指标各自的变化范围近乎一致,分别变化于(0.59~5.73)×10^-3和(0.22~1.53)×10^-3,但前者的土壤全氮平均值略高于后者(分别为2.67×10^-3和2.44×10^-3),前者的土壤全磷平均值略有低于后者(分别为0.69×10^-3和0.82×10^-3),从而导致全新世的氮磷比平均值高于更新世(分别为4.00和3.08)(表6,图7)。针对全新世和晚更新世冲积,其土壤全氮变化范围存在差异,分别为(0.82~5.85)×10^-3和(1.33~1.52)×10^-3,前者的平均值略高于后者(分别为2.66×10^-3和2.37×10^-3),土壤全磷的变化范围相近((0.17~1.59)×10^-3),而前者的平均值略低于后者(分别为0.85×10^-3和0.93×10^-3),从而导致全新世的氮磷比平均值高于更新世(分别为3.29和2.60)(表6,图7)。由此暗示,相比晚更新世,全新世冲积和冲湖积的土壤生物固氮能力略弱。综上,研究区不同时期沉积物成因类型对土壤全氮、全磷分布特征均存在一定影响。

表6 建三江地区不同第四系类型土壤全氮、全磷含量和氮磷比变化

Table 6 Changes of soil total nitrogen, soil total phosphorus and N/P ratio in different Quaternary types in Jiansanjiang area

第四系类型	样点数	土壤全氮(TN)/10^-3			土壤全磷(TP)/10^-3			氮磷比(N/P)
第四系类型	样点数	最小值	最大值	均值± 标准差	最小值	最大值	均值± 标准差	最小值	最大值	均值± 标准差
全新世冲湖积	384	0.81	5.70	2.67±0.80	0.22	1.39	0.69±0.17	1.55	7.60	4.00±1.23
全新世湖沼积	175	1.07	5.70	2.66±0.79	0.34	1.59	0.86±0.25	1.79	6.85	3.21±0.94
全新世冲积	307	0.82	5.85	2.66±1.02	0.17	1.59	0.85±0.22	1.16	7.39	3.29±1.32
晚更新世冲湖积	2029	0.59	5.73	2.44±0.56	0.30	1.53	0.82±0.17	0.77	7.84	3.08±0.89
晚更新世冲积	16	1.33	3.52	2.37±0.59	0.59	1.42	0.93±0.23	1.89	3.37	2.60±0.44

图7

图7 建三江地区不同第四系类型土壤全氮(a)、全磷(b)含量和氮磷比(c)变化

A—全新世冲湖积;B—全新世湖沼积;C—全新世冲积;D—晚更新世冲湖积;E—晚更新世冲积

Fig.7 Changes of soil total nitrogen (a), soil total phosphorus (b) and N/P ratio (c) in different Quaternary types in Jiansanjiang area

A—Holocene alluvial lacustrine deposits;B—Holocene lacustrine deposits;C—Holocene alluvium;D—late Pleistocene alluvial lake deposits;E—late Pleistocene alluvium

地貌因素被认为是影响土壤理化性质空间分布的重要因素,其作用贯穿土壤养分形成发育的整个过程^[20]。研究区的地貌类型主要有冲洪积浅丘状砂砾石台地、冲洪积沙土漫滩阶地、冲积—湖积低平原、冲积微起伏低平原和构造剥蚀丘陵5类。统计结果(表7,图8)显示:研究区不同地貌类型的土壤全氮和全磷化学指标各自的平均值差异不大,分别变化于(2.39~2.60) ×10^-3和(0.78~0.92)×10^-3,土壤氮磷比平均值也较为相近(2.78~3.30)。但就不同地貌类型土壤全氮和全磷各自的变化范围而言,冲洪积沙土漫滩阶地、冲积—湖积低平原和构造剥蚀丘陵的土壤全氮变化范围大于4.5×10^-3、土壤全磷变化范围大于1.0×10^-3,略高于其他2种地貌类型,这可能与统计点数多少和母质类型变化有关,但也不排除丘陵和阶地地貌地形起伏的影响。由此暗示,研究区内地貌类型对土壤氮磷生态化学计量空间分布特征的总体影响不大,但高程变幅略大的丘陵和阶地地貌可能导致土壤氮、磷生态化学计量空间分布不均。

表7 建三江地区不同地貌类型土壤全氮、全磷含量和氮磷比变化

Table 7 Changes of soil total nitrogen, soil total phosphorus and N/P ratio in different geomorphic types in Jiansanjiang area

成因类型	样点数	土壤全氮(TN)/10^-3			土壤全磷(TP)/10^-3			氮磷比(N/P)
成因类型	样点数	最小值	最大值	均值± 标准差	最小值	最大值	均值± 标准差	最小值	最大值	均值± 标准差
冲洪积浅丘状砂砾石台地	267	0.82	4.92	2.39±0.53	0.42	1.37	0.87±0.18	1.48	5.79	2.78±0.63
冲洪积沙土漫滩阶地	322	0.44	5.73	2.60±1.02	0.33	1.59	0.89±0.23	0.77	7.39	2.97±1.33
冲积—湖积低平原	2259	0.59	5.85	2.48±0.62	0.17	1.53	0.78±0.17	0.77	7.84	3.30±1.04
冲积微起伏低平原	14	1.76	4.42	2.47±0.82	0.63	1.07	0.84±0.14	2.20	4.30	2.92±0.63
构造剥蚀丘陵	102	1.20	5.70	2.72±0.94	0.43	1.59	0.92±0.24	1.96	4.50	2.91±0.61

图8

图8 建三江地区不同地貌类型土壤全氮(a)、全磷(b)含量和氮磷比(c)变化

A—冲洪积浅丘状砂砾石台地;B—冲洪积沙土漫滩阶地;C—冲积-湖积低平原;D—冲积微起伏低平原;E—构造剥蚀丘陵

Fig.8 Changes of soil total nitrogen(a), soil total phosphorus(b) and N/P ratio(c) in different geomorphic types in Jiansanjiang area

A—alluvial-diluvial shallow mound sandy gravel platform;B—alluvial-diluvial sandy floodplain terrace;C—alluvial-lacustrine low plain;D—alluvial undulate low plain; E—tectonically denuded hills

土地利用是自然条件和人类活动的综合反映,不同的土地利用方式及农田管理措施将引起陆地生态系统以及生物地球化学循环过程的变化,从而对土壤氮、磷含量及其空间分布有着显著的影响^[32⇓-34]。研究区的土地利用类型主要有水田、林地、旱地、草地、水域、沼泽地、建设用地等7类。统计结果(表8,图9)显示:研究区不同土地利用的土壤全氮范围在(2.04~2.67)×10^-3,其中旱田最高,其次为林地、水田和草地,差异不大;土壤全磷范围在(0.77~0.90)×10^-3,差异不大;土壤氮磷比范围在2.15~3.28,其中水田、旱田和草地最高,均在3.2左右,林地和沼泽地分别为2.94 和2.53,但仍低于全国农田平均值5.10^[27]。这说明与林地和沼泽相比,该区农田土壤生物固氮能力相对较弱,可能与长期施用化肥尤其氮肥有关^[30];但与全国农田相比,建三江地区农田土壤生物固氮能力相对较强。

表8 建三江地区不同土地利用类型土壤全氮、全磷含量和氮磷比变化

Table 8 Changes of soil total nitrogen, soil total phosphorus and N/P ratio in different land use in Jiansanjiang area

利用类型	样点数	土壤全氮(TN)/10^-3			土壤全磷(TP)/10^-3			氮磷比(N/P)
利用类型	样点数	最小值	最大值	均值± 标准差	最小值	最大值	均值± 标准差	最小值	最大值	均值± 标准差
草地	87	0.81	5.39	2.41±1.05	0.35	1.48	0.77±0.24	1.40	6.62	3.16±1.00
建设用地	26	1.38	3.38	2.23±0.47	0.62	1.26	0.90±0.17	1.86	3.25	2.50±0.42
旱田	191	0.44	5.85	2.67±0.92	0.33	1.53	0.87±0.22	0.77	7.51	3.24±1.36
林地	223	0.82	5.70	2.57±0.86	0.43	1.59	0.87±0.22	1.48	5.72	2.94±0.65
水田	2310	0.59	5.70	2.50±0.60	0.17	1.59	0.80±0.17	0.77	7.84	3.28±1.02
水域	37	0.90	5.73	2.04±1.00	0.43	1.50	0.88±0.23	1.26	4.18	2.15±0.65
沼泽地	97	0.14	4.83	2.14±0.89	0.34	1.41	0.86±0.21	0.42	6.91	2.53±1.05

图9

图9 建三江地区不同土地利用类型土壤全氮(a)、全磷(b)含量和氮磷比(c)变化

Fig.9 Changes of soil total nitrogen (a), soil total phosphorus (b) and N/P ratio (c) in different land use in Jiansanjiang area

4 结论

利用多目标区域地球化学调查获取的土壤地球化学数据,系统研究了建三江地区地表土壤氮、磷生态化学计量空间分布特征及相关自然和人为影响因素,得出结论如下:

1)建三江地区土壤全氮和全磷含量的平均值分别处于丰富和较丰富等级,土壤氮磷比的平均值低于全国农田土壤平均值。土壤全氮和氮磷比空间自相关性很强,而土壤全磷空间自相关性处于中等程度,且均符合指数模型。从空间分布来看,研究区土壤全氮、全磷含量和氮磷比差异较大,其中全氮高值区主要呈斑块零星分散在东部、南部和西北小范围地区,而低值区主要在西北和中西部地区零星分布;土壤全磷高值区主要分布在东部和西北地区,中间地区则为低值地区;土壤氮磷比则分布呈镶嵌状,高值区以斑块状分散于中部、南部和东北部地区,而低值区主要位于西北地区。

2)建三江地区土壤氮、磷生态化学计量特征受到土壤类型、母质类型、第四系类型、地貌类型、土地利用等因素综合作用的影响。土壤类型对全氮、氮磷比影响不显著,而暗棕壤、草甸土和白浆土的土壤全磷均处于较丰富等级,沼泽土则处于中等等级;研究区不同母质类型的土壤全氮、全磷和氮磷比均差异不大,这是由于岩性总体相似,导致土壤机械组成相近,进而对土壤氮、磷生态化学计量特征影响有限;研究区不同第四系类型对土壤全氮影响不大,而对土壤全磷的分布特征有一定影响,进而影响土壤氮磷比;研究区不同地貌类型的土壤全氮、全磷和氮磷比均差异不大,这是由于该区地势较为平坦,高程变化不大造成的;研究区不同土地利用类型的土壤全氮和全磷含量差异不大,水田、旱田和草地的土壤氮磷比相对较高,大于林地和沼泽地,但仍低于全国农田平均值,说明建三江地区农田与全国农田相比,土壤的生物固氮能力相对较强。

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