基于GIS的贵州稻田土壤养分管理分区

童倩倩，李莉婕，赵泽英，孙长青，舒 田，彭志良

(贵州省农业科学院 农业科技信息研究所，贵州 贵阳 550006)

基于GIS的贵州稻田土壤养分管理分区

童倩倩，李莉婕，赵泽英*，孙长青，舒 田，彭志良

(贵州省农业科学院 农业科技信息研究所，贵州 贵阳 550006)

【目的】为贵州稻田土壤养分进行合理的管理，进而推荐水稻种植的科学施肥，最终实现水稻种植的高产高效。【方法】运用GIS技术，采用二级分区方法，以积温、海拔、地形地貌、土壤类型以及土壤养分作为指标，对贵州稻田土壤进行养分管理分区。【结果】以地形地貌、水稻土类型分布、有效积温、海拔为分区指标将贵州稻田土壤划分为6个一级分区，在一级分区的基础上加入土壤养分指标划分 9个土壤养分管理分区。【结论】通过对稻田土壤养分管理分区规划，将贵州分繁复杂的有效积温、地形地貌、土壤类型、土壤养分等进行有序的归类。

GIS；稻田；土壤养分；分区；贵州

【研究意义】对土壤养分进行分区是管理好土壤养分，进行合理科学施肥的基础，是关系到我国农业可持续发展的重大技术问题。【前人研究进展】近几年来，国内有不少针对不同区域下的土壤养分进行管理分区的研究。白由路[1]、李翔[2]等通过土壤养分的空间变异特征和空间自相关性进行土壤养分管理分区的模型、方法研究。郭澎涛[3]等在地形因子、成土母质、气候变量和植被指数等多源环境变量的条件下运用模糊 C均值聚类法对橡胶园进行土壤管理分区，研究表明不同管理分区之间土壤属性和环境变量的差异性均达极显著水平(P<0.01)。黄绍文等[4]采用传统统计和地统计相结合的方法对玉田县粮田耕层土壤养分进行空间变异特征与分区管理技术研究表明，分区平衡施肥能大幅度增加作物产量和显著提高经济效益，小麦和玉米产量分别增加10.9 %～13.1 %和14.3 %～21.7 %，经济效益分别提高590～ 747和724～1343 元/hm2。武德传等[5]利用地统计学和模糊c-均值聚类算法，根据贵州省黔南州山地植烟土壤养分差异性将研究区域划分为2个管理区，分区内土壤养分趋于同质化，而分区之间趋于异质化。【本研究切入点】然而，目前关于贵州水稻种植分区的报道主要是以气候条件为主，从温度、日照、降雨等条件为参考因素进行的稻作区划[6-8],已无法满足对大区域尺度下的水稻种植进行施肥指导。【拟解决的关键问题】因此，笔者在考虑水稻种植气候条件的基础上加入土壤养分指标，对贵州稻田进行土壤养分管理分区。从而为建立各区域水稻施肥配方提供基础数据，为水稻施肥决策和施肥管理水平提供基础依据，对贵州测土配方施肥更具实际指导意义。

1 材料与方法

1.1 基础数据来源

依托测土配方施肥项目的实施，采集全省9个地(州、市)水稻种植区域的177 944个稻田代表性耕层土壤测定的养分数据，建立贵州稻田土壤属性数据库，包括土壤养分等定量测试数据和土壤灌溉、排水等定性调查数据，共计52个字段，913 069条记录，47 479 588个数据项，数据存储量达到3G。采用1∶1万土地利用现状图，1∶5万土壤图，1∶1万地形图等基础图件，建立了贵州稻田土壤空间数据库，数据库存储量达到20G。

1.2 分区指标选择

稻田土壤养分分区不同于一般的土壤分区，是以水稻为对象的土壤分区，土壤的养分情况受到水稻种植的影响，因此，在分区时需考虑水稻生产状况。由于水稻的种植具有明显的地域性和季节性，因此分区指标应充分考虑地形地貌、水稻土类型分布、有效积温、海拔和土壤养分5个因素。

1.2.1 积温 水稻是喜温作物，温度直接影响着水稻生长发育快慢、品种布局、产量和品质、分布界线和栽培技术。贵州大部分地区≥10 ℃活动积温达3500～5500 ℃。南部边缘和赤水河谷有2个多值区，其活动积温≥5500 ℃，南部边缘最多可达6000 ℃；东北部地区有1个次多值区，积温5000～5500 ℃；开阳、丹寨、独山有2个次少值区，积温≤4000 ℃；西北部为少值区，积温≤3500 ℃。

1.2.2 海拔 贵州地势西高东低，由中部向北、东、南3面倾斜，形成西、中、东3个阶梯和南北2个斜坡的梯状地面。全省水田海拔为200～2400 m，平均海拔为866.54 m。水田海拔主要集中在600～1500 m，其中，600～1000 m水田面积比例为48.03 %，1000～1500 m水田面积比例为35.50 %。贵州东部地区水稻种植的海拔上限为1300～1400 m；中部地区则升至1600～1700 m；到西部的威宁、盘县一带升至1900～2000 m。

1.2.3 地形地貌 由于贵州地处高原边缘的斜坡地带，河流下切侵蚀强烈，加上喀斯特地貌分布广泛，出露面积大，形成了山路崎岖、槽谷纵横，河谷、盆地、丘陵、平坝及高山等多种地貌交错、相间分布，影响着热、水、光和土壤等要素的再分配和组合。甚至在同一县、乡镇也存在着平坝、高山等不同的水稻种植区域分布，故立体气候显著，类型多样。贵州水田主要集中在低中山上，面积比例为34.88 %，随后的顺序依次是低山、中丘、低丘、中盆地、中中山和低盆地，面积比例分别为33.08 %、9.69 %、9.63 %、4.10 %、4.29 %和3.32 %。

1.2.4 土壤类型 水稻土是由多种地带性或非地带性土壤经过水耕熟化和旱耕熟化交替影响下形成[9]。淹育型水稻土主要分布在铜仁地区的沿河县、德江县、思南县、石阡县、印江县、松桃县和德江县一带；遵义市的湄潭县、习水县和道真县一带。潴育型水稻土则主要分布在黔东南州从江县、黎平县、剑河县、天柱县和黄平县；黔南州的惠水县、平塘县、独山县、瓮安县、都匀市和贵定县一带。渗育型水稻土主要分布在遵义市。漂洗型水稻土、潜育型水稻土和脱潜型水稻土在全省空间分布不集中，面积比例漂洗型水稻土、潜育型水稻土主要集中在黔南州和黔东南州，脱潜型水稻土则主要集中在黔东南州和铜仁市[10]。

1.2.5 土壤养分现状 通过对全省913069个稻田土壤养分数据进行统计分析，得到各养分数据的范围和平均值。全氮含量为0.33～6.9 g/kg，平均为2.07 g/kg。全氮含量>2 g/kg的面积占50.41 %，1～2 g/kg的为41.24 %，<1 g/kg的比例为8.35 %；有效磷含量为1.5～89.7 mg/kg，平均为16.06 mg/kg；速效钾含量为6～596 mg/kg，平均值为119.48 mg/kg[10]。

1.3 分区方法

由于稻田土壤养分指标是一个复合型的指标，里面包括土壤全氮、有效磷和速效钾，分区时需要综合考虑，故采用二级分区法。即，先利用差异性较为明显的地形地貌、水稻土类型分布、有效积温、海拔等指标为依据建立稻田土壤一级分区(表1)。分区原则：保证自然生态条件一致，以一个元素为主，其他因素为辅。由于温度决定了水稻能否生长的问题，因此一级分区以温度为主，海拔、地貌、土壤类型为辅。

最后在一级分区的基础上，利用稻田土壤养分的空间差异性进行土壤养分管理分区，即二级分区。土壤养分分级标准按照第二次土壤普查的养分分级标准划分(表2)。土壤养分含量分为6级，分别代表极丰富、丰富、最适宜、适宜、缺乏和极缺乏；同时又可简单分为高、中、低3级。

表1 稻田土壤一级分区指标

表2 贵州第二次土壤普查分级标准

2 结果与分析

2.1 稻田土壤一级分区

一级分区要求连片，区内求大同存小异，以行政村为最小单元，保证行政村界的完整。分区按照地貌即贵州水稻土亚类的顺序进行命名。一级分区分为6个区(图1)，Ⅰ区为丘陵河谷渗育型水稻土区，Ⅱ区为低山丘陵河谷淹育型水稻土区，Ⅲ区为低山丘陵河谷潴育型水稻土区，Ⅳ区为低中山丘陵潴育、渗育型水稻土区，Ⅴ区为中山丘陵渗育型水稻土区，Ⅵ区为高原丘陵渗育型水稻土区。

图1 稻田土壤的一级分区Fig.1 Distribution of six first-grade paddy soil subareas in Guizhou

2.2 稻田土壤养分管理分区

参考第2次土壤普查的土壤养分分级标准，利用ArcGIS制作出水稻土养分分级图。将养分分级图与稻田土壤一级分区图进行叠加，划分出稻田土壤养分管理分区。分区命名规则是在一级分区的基础上增加养分的高、中、低描述。稻田土壤养分管理分区分为9个区(图2)。

(1)Ⅰ-1丘陵河谷渗育型水稻土中氮中磷中钾区。包括省北部的赤水河谷地区，共计223个村。以低山丘陵河谷为主，年有效积温在5500 ℃以上，土壤类型主要为渗育型水稻土，土壤全氮含量主要集中在0.75～1 g/kg，有效磷主要集中在5～20 mg/kg，速效钾主要集中在50～150 mg/kg。

(2)Ⅰ-2丘陵河谷渗育型水稻土高氮中磷中钾区。包括省南部边缘的兴义、安龙、册亨、望谟、罗甸、平塘、独山、荔波、从江、三都、榕江等部分地区和贞丰、晴隆、关岭、镇宁等北盘江河谷地带，共计1787个村。以低山丘陵河谷为主，年有效积温在5500 ℃以上，土壤类型主要为渗育型水稻土，土壤全氮含量主要集中在1.5 g/kg以上，有效磷主要集中在5～20 mg/kg，速效钾主要集中在50～150 mg/kg。

(3)Ⅱ低山丘陵河谷淹育型水稻土高氮中磷中钾区。该区域包括省北部习水、桐梓、正安、绥阳、务川县等部分区域和道真县以及省东北部的沿河、印江、松桃、江口、碧江、石阡、思南和凤冈、德江的部分区域，共计2048个村。以低山丘陵河谷为主，年有效积温在4500～5500 ℃，土壤以淹育型水稻土为主，土壤全氮含量主要集中在1.5 g/kg以上，有效磷在5～20 mg/kg，速效钾在50～150 mg/kg。

(4)Ⅲ-1低山丘陵河谷单潴育型水稻土高氮中磷中钾区。该区域包括省东部的岑巩、玉屏、万山、天柱、锦屏、镇远、施秉、剑河、三穗等全县以及雷山、台江、榕江、万山、江口、黄平、余庆等部分区域，共计1477个村。以低山丘陵河谷为主，年有效积温在4500～5500 ℃，土壤以潴育型水稻土为主，土壤全氮含量主要集中在1.5 g/kg以上，有效磷主要集中在5～20 mg/kg，速效钾在50～150 mg/kg。

(5)Ⅲ-2低山丘陵河谷潴育型水稻土高氮中磷低钾区。该区域包括本省东南部的剑河、锦屏、榕江和从江部分区域，共计479个村。以低山丘陵河谷为主，年有效积温在4500～5500 ℃，土壤以潴育型水稻土为主，土壤全氮含量主要集中在1.5 g/kg以上，有效磷主要集中在5～20 mg/kg，速效钾主要集中在50 mg/kg以下。

(6)Ⅳ-1低中山丘陵潴育、渗育型水稻土高氮高磷中钾区。该区域位于贵州省北部，包括遵义县、汇川区、红花岗区、习水、桐梓、绥阳、凤冈、湄潭、正安、道真、思南、沿河、德江等县区部分区域，共计1478个村。年有效积温在3500～4500 ℃，土壤以潴育型水稻土和渗育型水稻土为主，土壤全氮含量(7)Ⅳ-2低中山丘陵潴育、渗育型水稻土高氮中磷高钾区。该区域位于贵州省中部，范围最大，包括贵阳市3县6区全部村，瓮安、福泉、龙里、麻江、凯里、都匀、惠水、平坝、西秀、普定全部村以及金沙、黔西、大方、织金、余庆、雷山、台江、独山、三都、荔波、关岭、六枝等部分区域，共计7227个村。年有效积温在3500～4500 ℃，土壤以潴育型水稻土和渗育型水稻土为主，土壤全氮含量主要集中在1.5 g/kg以上，有效磷主要集中在20 mg/kg以上，速效钾主要集中在150 mg/kg以上。

图2 稻田土壤养分管理分区Fig.2 Distribution of nine paddy soil nutrient management subareas in Guizhou

主要集中在1.5 g/kg以上，有效磷主要集中在20 mg/kg以上，速效钾主要集中在50～150 mg/kg。

(8)Ⅴ中山丘陵渗育型水稻土高氮中磷高钾区：该区域位于省的西南部，包括盘县、普安、晴隆、兴仁、贞丰、兴义、安龙和册亨的部分区域，共计1195个村。以中山丘陵为主，年有效积温在4500～5000 ℃，土壤以渗育型水稻土为主土壤全氮含量主要集中在1.5 g/kg以上，有效磷主要集中在5～20 mg/kg，速效钾主要集中在150 mg/kg以上。

(9)Ⅵ高原丘陵渗育型水稻土中氮中磷中钾区。该区域位于省西北部，包括威宁、赫章、七星关、大方、纳雍、水城、钟山以及织金、六枝、普安、盘县的部分区域，共计3288个村。该区域以高原丘陵为主，年有效积温在≤3500 ℃，土壤以渗育型水稻土为主，土壤全氮含量主要集中在0.75～1 g/kg，有效磷主要集中在5～20 mg/kg，速效钾主要集中在50～150 mg/kg。

3 讨 论

刘文锋[11]对贵州省内不同海拔区域，依据地形地貌、气候条件、土壤类型、土壤养分等因素进行贵州耕地施肥分区规划，确定了3个一级分区。其中，Ⅰ区为红壤、黄红壤区，主要分布在黔东、黔东南、黔南、黔西南、黔西北等与湖南、广西、四川接壤的低热河谷地区；Ⅱ区为黄壤区, 主要分布在黔中、黔北丘原山地地区；Ⅲ区为黄棕壤、棕壤区, 主要分布在黔西、黔西南高原山地地区。将耕地较细划分成11 个二级分区, 其中Ⅰ区4 个、Ⅱ区5 个、Ⅲ区2 个。杨昌达[6]以温度为主，日照、雨量等条件为参考因素将贵州稻作划分了6个分区。其中Ⅰ区为黔中温和单季稻作区、Ⅱ区为黔东温暖单双季稻作区、Ⅲ区为黔西南温和单季稻稻作区、Ⅳ区为黔南温热双单季稻作区、Ⅴ区为黔北温暖单双季稻作区、Ⅵ区为黔西北温凉单季粳稻作区。本研究在保证自然生态条件一致的条件下，以温度为主，海拔、地貌、土壤类型为辅，将贵州稻田土壤划分为6个一级分区。Ⅰ区为

丘陵河谷渗育型水稻土区、Ⅱ区为低山丘陵河谷淹育型水稻土区、Ⅲ区为低山丘陵河谷潴育型水稻土区、Ⅳ区为低中山丘陵潴育、渗育型水稻土区、Ⅴ区为中山丘陵渗育型水稻土区、Ⅵ区为高原丘陵渗育型水稻土区。在一级分区的基础上增加土壤养分等级指标，从土壤的氮、磷、钾的空间差异性中划分9个出稻田土壤养分管理分区，将耕地较细划分成9个二级分区, 其中Ⅰ区、Ⅲ区和Ⅳ区分别为2个，其余各区1个。可见，依据不同划分的结果不一致，分区的侧重点也不一样，但结果并不冲突，均能从不同角度阐述贵州省耕地土壤的类型和功能，并为日后作物的种植尤其是水稻种植提供依据。

4 结 论

研究结果表明，贵州地形地貌复杂、立体气候明显，以县或乡镇为界限来进行分区划分不能很好的反应出稻田土壤的差异性。因此本次研究在求大同、存小异以行政村为界打破县、乡镇行政界线的条件下，将贵州分繁复杂的有效积温、地形地貌、土壤类型、土壤养分等进行有序的归类，进行水稻养分管理分区划分。以地形地貌、水稻土类型分布、有效积温、海拔为分区指标将贵州稻田土壤划分为6个一级分区，在一级分区的基础上加入土壤养分指标划分 9个土壤养分管理分区。从而为建立不同地区水稻施肥指标体系，进行合理科学的施肥推荐奠定了基础。

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ManagementSubareaofPaddySoilNutrientsBasedonGISinGuizhou

TONG Qian-qian, LI Li-jie, ZHAO Ze-ying*, SUN Chang-qing, SHU Tian, PENG Zhi-liang

(Guizhou Institute of Agricultural Science and Technology Information, Guizhou Guiyang 50006, China)

【Objective】This paper aims to rationally manage paddy soil nutrients, provide the scientific basis for rational fertilization in rice production and realize high production and high efficiency of rice production in Guizhou.【Method】The paddy soil nutrient management subarea is divided by taking accumulated temperature, elevation, topography, soil type and soil nutrient as subarea indexes and using the second-grade subarea method based on GIS technology. 【Result】 The paddy soil is divided into six first-grade subareas according to the subarea indexes of topography, paddy soil type, effective accumulated temperature and elevation and nine soil nutrient management subareas are divided according to soil nutrient indexes based on the first-grade subarea results in Guizhou. 【Conclusion】 The complex effective accumulated temperature, topography, soil type and soil nutrient are orderly classified by planning management subarea of paddy soil nutrients in Guizhou.

GIS; Paddy field; Soil nutrient; Subarea; Guizhou

1001-4829(2017)12-2727-05

10.16213/j.cnki.scjas.2017.12.019

2017-07-21

贵州省农业科学院研究生科研创新基金项目“基于GIS的水稻土壤养分丰缺指标数据库建设”[黔农科合(创新基金)2012009]

童倩倩(1986-)，女，贵州遵义人，助理研究员，硕士，从事农业信息技术研究，E-mail：172899499@qq.com；*为通讯作者：赵泽英,E-mail: 605538133@qq.com。

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(责任编辑聂克艳)