高复种指数区成都市郫都区农田土壤养分特征及其空间变异研究

王斌, 黄盛怡, 闵庆文, 袁正, 张碧天, 李禾尧

高复种指数区成都市郫都区农田土壤养分特征及其空间变异研究

王斌1, 黄盛怡1, 闵庆文2, *, 袁正3, 张碧天2, 李禾尧2

1. 中国林业科学研究院亚热带林业研究所, 杭州 311400 2. 中国科学院地理科学与资源研究所, 北京 100101 3. 北京市科普研究中心, 北京 100000

成都平原属典型的水田农业区, 复种指数高, 农作物一年两熟或三熟。为探究高土地利用率地区农田土壤养分特征及其空间分布格局, 基于成都市郫都区2015年测土配方施肥数据, 运用经典统计学和地统计学方法揭示该区域农田土壤养分的描述性统计特征及其空间变异。结果显示: 郫都区农田土壤有机质(SOM)、总氮(TN)、碱解氮(AN)、速效磷(AP)、速效钾(AK)含量均值分别为22.35 g·kg-1、1.15 g·kg-1、95.38 mg·kg-1、21.01 mg·kg-1和104.58 mg·kg-1, 不同土壤类型及不同种植模式农田土壤养分差异总体较小, 表明高强度的人类活动使郫都区土壤养分含量变得均一; 半方差分析显示, SOM和AK的块金系数分别为0.39和0.62, 其空间变异由土壤母质、地形、气候条件等结构性因素和耕作制度、施肥条件等随机性因素共同作用引起; TN、AN和AP的块金系数分别为0.87、0.94和0.97, 其空间变异性主要受耕作制度、施肥条件等随机性因素影响; 结合已有研究来看, 郫都区农田SOM块金系数呈下降趋势而TN、AN和AP块金系数呈增加趋势, 表明随着郫都区作物产量与作物复种指数的不断提高, 以蔬菜为主的旱作模式代替传统的水旱轮作模式、复合肥代替农家肥等生产方式的改变正在影响着郫都区农田土壤养分的空间分布格局。

农田土壤; 养分含量; 种植模式; 空间分布; 郫都区

0 前言

成都平原是我国西南地区最大平原和河网稠密地区之一, 整个平原地表松散, 沉积物巨厚, 第四纪沉积物之上覆有粉砂和粘土, 结构良好, 宜于耕作, 为四川省境内最肥沃土壤。远在公元前250年的秦代就修建了举世闻名的都江堰水利工程, 引岷江水灌溉平原上广大农田, 成为四川省种植业发展最早的地区之一, 也是我国水旱轮作的发源地之一。数千年的农耕历史, 形成了成都平原多样的种植模式和耕作方式, 为研究人类活动对农田生态环境影响提供了极好素材。近年来, 不同学者从不同角度对成都平原的农田土壤养分状况进行了研究, 包括水稻产量对基础地力与施肥的响应[1]、土壤养分丰缺状况及变化情况[2]、基于农田土壤中Pb、Zn的人体健康风险评估[3]、不同耕作模式对土壤性状及产量的影响[4-5], 以及农田土壤有机质、氮(N)、磷(P)、钾(K)等的统计特征、空间变异及影响因素等[6-10]; 对耕地土壤重金属时空变化与污染源分析也有一定研究[11-12]。

从已有研究来看, 关于成都平原农田土壤养分状况及其空间变异研究, 考虑单个养分因子的研究多, 综合考虑土壤有机质、N、P和K的研究少; 利用采样点数据基于地统计软件分析土壤养分空间变异的研究多, 但从不同土壤类型及不同种植模式深入探讨农田土壤养分差异的研究少。郫都区地处成都平原腹心, 农田耕作条件优越, 加上该地区农民种植水平较高, 无论从农田化肥施用量、复种指数, 还是从农产品的产出水平、产出价值等方面分析, 都处于高强度开发状态。随着郫都区全国蔬菜标准化生产示范区的建设, 传统以稻麦轮作为主的种植方式逐步被高效的蔬菜轮作或连作取代。在农田生产效率不断提高的同时, 农田土壤养分状况及其与人类活动的关系越来越引起人们的重视。为此, 本文利用郫都区2015年测土配方施肥数据, 探讨该区域高强度土地利用背景下土壤养分含量特征及空间变异, 旨在掌握区域农田土壤肥力的差异, 为区域土壤施肥及农业布局提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

郫都区位于成都市西北部, 地理位置东经103°42'—104°2', 北纬30°43'—30°52'之间, 总面积438 km2。该地属亚热带季风性湿润气候, 年平均气温16℃, 年平均降水量979.4 mm, 具有春早、夏长、秋雨、冬暖、无霜期长、雨量充沛、冬季多雾、日照偏少和四季分明的特点。地貌类型分区属四川盆地西平原区, 具有川西坝区的典型特点, 是岷江冲洪积扇状平原, 由西北向东南倾斜, 具有“大平小不平”的特点, 因古河道的冲击和近代河流的冲刷切割, 形成众多成扇形状展开, 微地貌呈凸凹状的条堤形地, 相对高度不超过2 m。全区平原地表皆为岷江新冲积灰色水稻土细沙粒泥层, 下伏洪积物黄泥层或黄泥夹沙层, 适宜各种农作物生长。成土母质为河流冲积物、河湖相沉积物及丘陵岗地残坡积物。

1.2 样品采集与分析

成都市郫都区自2008年列入农业部测土配方施肥补贴项目县后, 每年都进行测土配方施肥土壤样品采集, 以及农户土壤条件、作物种植、产量及施肥等情况调查, 为测土配方施肥提供基础数据资料。本研究选取郫都区2015年测土配方施肥调查数据, 包括土壤有机质(SOM)、全氮(TN)、碱解氮(AN)、速效磷(AP)、速效钾(AK)、土壤条件、种植作物、施肥量等, 共300个数据。

土壤样品采集按照《测土配方施肥技术规范(试行)》要求, 根据郫都区的土种划分采样单元, 平均每个采样单元为100—200亩。采样集中在每个单元相对中心位置的典型田(地)块, 面积1—5亩。按照郫都区土壤类型和土壤肥力高、中、低, 在土壤图上布点采样, 采样点以“S形”分布, 尽量做到“随机”,“等量”和“多点混合”。采样时间选择在大春作物收获后至小春作物播栽施肥前(9月中下旬), 采样地点采用GPS定位; 采样深度为0—20 cm; 每个土壤样品采样点数量10—20个; 每个采样点将不锈钢取土器垂直于地面入土, 取土深度及采样数量尽量均匀一致; 每个混合样重约1 kg。

采集的土壤样品放入统一的样品袋, 袋内外各装一张用铅笔填写好的采样标签; 土壤样品采集回来后, 在室内及时风干、研磨、过筛、装瓶、贴标签; 供室内化验测试。

土壤样品分析项目包括SOM、N、P、K, 土样分析均用常规方法进行。其中, SOM采用高温外热-重铬酸钾氧化容量法; TN采用凯氏定氮法; AN采用碱解扩散法; AP用0.5 mol·L-1碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法; AK用1 mol·L-1中性醋酸铵提取, 火焰光度法测定。

1.3 数据处理

采用阈值法(3倍的标准差)处理异常值[9, 13], 剔除异常值数据后获得有效数据287个。使用SPSS 统计软件对土壤数据进行描述性统计、K-S检验和方差分析。利用ArcGIS地理统计模块选择最优半方差函数模型, 模型选取遵循以下原则: 标准误差平均值(ME)最接近0; 均方根预测误差(RMS)最小且与平均标准误差(ASE)最接近; 标准均方根预测误差(RMSS)最接近于1[14]。半方差分析结果参数中, 变程表示空间变量自相关范围; 块金系数[0/(+0)]用以描述土壤属性的空间自相关程度, 比值﹤25%表明具有强烈的空间自相关性; 比值在25%—75%之间为中等程度的空间自相关; 比值﹥75%说明空间自相关性较弱[15]。空间插值选用普通克里格方法。

2 结果与分析

2.1 土壤养分含量描述性统计及分级比例

郫都区农田土壤养分含量统计分析结果显示(表1), SOM、TN、AN、AP和AK含量均值分别为22.35 g·kg-1、1.15 g·kg-1、95.38 mg·kg-1、21.01 mg·kg-1和104.58 mg·kg-1。5个土壤指标的中位数均低于其均值, 偏度均大于0, 分布属于右偏态。TN含量的变异系数小于0.25, 呈低变异性, 表明其在区域内变化较小; SOM、AN、AP和AK含量的变异系数介数转化后也符合正态分布, 满足统计分析和空间插值需要。

图1 郫都区农田土壤采样点空间分布

Figure 1 Spatial distribution of farmland soil sampling sites in Pidu District

表1 郫都区农田土壤养分元素含量描述性统计特征

依据第二次全国土壤普查养分等级划分标准, 统计郫都区农田土壤养分含量不同分级比例情况(表2), 农田土壤AP含量较高, 较丰富以上(AP>20 mg·kg-1)的样点比例达到45.33%, 中等水平以上达100%; TN、AN含量一般, 中等水平以上(TN>1 g·kg-1; AN> 90 mg·kg-1)的样点比例约占65%左右; 相对而言, AK含量较低, 中等以上水平(AK>100 mg·kg-1)仅占44%左右。可见郫都区农田土壤养分不算优越, 土壤养分缺乏的比例还不少。

2.2 不同土壤类型养分含量比较

郫都区农田土壤在四川省土壤分类系统中属于水稻土, 包括潜育潮田、渗育灰棕潮田、潴育灰潮田3个土属, 8个不同土壤类型, 不同土壤类型养分含量见表3。从不同土属来看, 潜育潮田的SOM和TN含量最高, 分别为22.90 g·kg-1和1.18 g·kg-1; 渗育灰棕潮田的AK含量最高, 为105.15 mg·kg-1; 潴育灰潮田的AN和AP含量最高, 分别为98.07 mg·kg-1和21.50 mg·kg-1, 但不同土属的SOM、TN、AN、AP和AK含量无显著差异(<0.05)。

从不同土壤类型来看, 灰潮大泥田的SOM和TN含量最高, 分别为23.89 g·kg-1和1.21 g·kg-1; 灰棕潮泥田的AN含量最高, 为100.36 mg·kg-1; 灰潮油砂田AP和AK含量最高, 分别为22.17 mg·kg-1和122.79 mg·kg-1; 灰潮砂田的SOM和TN含量较低, 分别为20.29 g·kg-1和1.05 g·kg-1; 钙质下湿潮砂田的AN和AK含量较低, 分别为78.50 mg·kg-1和80.50 mg·kg-1; 灰潮大土油砂田的AP含量较低, 为19.98 mg·kg-1。方差分析结果表明(<0.05), 不同土壤类型间AN、AP含量无显著性差异; 灰潮大泥田的SOM、TN和AK含量显著高于灰潮砂田; 钙质下湿潮田的TN含量显著高于灰潮砂田; 不同土壤类型间AK含量变化较大, 除钙质下湿潮砂田和钙质下湿潮田外, 其它土壤类型间或多或少存在一些差异。

2.3 不同种植模式土壤养分含量比较

研究区目前主要的水旱轮作模式有水稻-油菜、水稻-蔬菜(棒菜、儿菜等)、水稻-大蒜、水稻-圆根萝卜等; 主要的旱作模式有韭菜连作(主要生产韭黄, 连作4年之后种一季水稻)、蔬菜连作或轮作(主要有生菜连作, 空心菜-菜薹、儿菜等秋冬季菜轮作)、油菜-蔬菜和油菜-玉米等。韭菜、大蒜和圆根萝卜单列, 主要是因为这三种蔬菜均是当地的地理标志产品, 有一定的种植历史并且种植面积较大, 具有一定的代表性。

郫都区不同种植模式土壤养分含量见表4。不同种植模式中, 韭菜连作模式的SOM、TN和AP含量最高, 分别为25.00 g·kg-1、1.23 g·kg-1和23.71 mg·kg-1;水稻-圆根萝卜的AN含量以及水稻-大蒜的AK含量最高, 分别为105.69 mg·kg-1和119.54 mg·kg-1。油菜-玉米的SOM和TN含量较低, 分别为20.57 g·kg-1和1.05 g·kg-1; 油菜-蔬菜的AN、AP和AK含量较低, 分别为87.00 mg·kg-1、17.90 mg·kg-1和84.50 mg·kg-1。方差分析结果表明(<0.05), 不同种植模式的SOM、TN和AN含量无显著差异; 韭菜连作模式的AP含量显著高于油菜-蔬菜、水稻-油菜、水稻-大蒜和水稻-圆根萝卜模式; 蔬菜连作或轮作模式的AP含量显著高于水稻-圆根萝卜模式; 水稻-大蒜模式的AK显著高于水稻-油菜模式。总体来看, 韭菜连作模式对土壤养分含量, 特别是对AP含量要求较高; 水稻-圆根萝卜对AN含量要求较高; 而水稻-大蒜对AK含量要求较高。相对来说, 油菜-蔬菜和油菜-玉米对土壤养分含量的要求比其它模式要低。

表2 郫都区农田土壤养分含量分级与比例统计

表3 郫都区不同土壤类型养分含量比较

注: 表中元素含量统计值为样本均值±标准差; 同列数字(平均值±标准差)后不同小写字母表示不同土壤类型间差异显著(<0.05), 不同大写字母表示不同土属间差异显著(<0.05)。

2.4 土壤养分空间变异特征及其分布格局

利用ArcGIS地理统计模块选择最优半方差函数模型, 从选择结果可以看出(表5), 郫都区农田SOM和TN最优半方差模型分别为球面模型和高斯模型; AN、AP和AK最优半方差模型为指数模型; SOM和AK的块金系数分别为0.39和0.62, 按区域化变量空间相关性程度分级标准均表现为中等强度的空间相关性, 其空间变异由土壤母质、地形、气候条件等结构性因素和耕作制度、施肥条件等随机性因素共同作用引起, 且结构性因素对土壤有机质影响相对较大。TN、AN和AP的块金系数分别为0.87、0.94和0.97, 表现为弱空间相关性, 其空间变异主要受耕作制度、施肥条件等随机性因素影响。从变程来看, SOM、TN和AK在空间上的变异尺度相对较小, AN和AP在空间上的变异尺度相对较大。

表4 郫都区不同种植模式土壤养分含量比较

注: 表中元素含量统计值为样本均值±标准差; 同列数字(平均值±标准差)后不同小写字母表示不同类型间差异显著(<0.05)。

表5 郫都区不同土壤养分最优半方差函数理论模型及相关参数

为直观反映土壤养分含量空间分布格局, 在半方差函数模型拟合的基础上运用普通克里格法对研究区不同土壤养分含量进行空间插值, 得到其空间分布(图2); 同时, 结合不同种植模式的空间分布, 分析土壤养分含量空间分布与不同种植模式之间的耦合关系。郫都区SOM与TN空间分布大体相似, 局部地区较高, 东南部整体偏低; AN以新民场镇至高新西区一带较高, 左右两侧偏低; AP以花园镇、友爱镇到唐元镇一带较高, 南部德源镇、犀浦镇和高新西区整体偏低; AK以德源镇、友爱镇和郫筒街道区域较高, 其它地区相对较低。研究区农田土壤养分的这种分布格局, 与郫都区各乡镇传统的种植模式有着一定的相关性。唐元韭黄(主产区唐元镇)、云桥圆根萝卜(主产区新民场镇)和德源大蒜(主产区德源镇)均为郫都区地理标志产品, 都有着一定的历史渊源; 结合不同土壤元素分布的高值区, 以及表4中不同种植模式土壤养分含量比较分析可以看出, 唐元镇AP含量与韭菜连作、新民场镇AN含量与水稻-圆根萝卜、德源镇AK含量与水稻-大蒜种植模式具有较好的对应关系。

3 讨论

3.1 郫都区农田土壤养分状况

研究区土壤养分含量除AP较丰富外, 其它养分含量一般, AK相对缺乏, 这与该地区独特的成土母质、长期的水旱轮作和较高的复种指数有一定关系。成都平原是冲积形成的河流沉积物, 加上长期实行水旱轮作, 土壤元素易随水和泥沙流失; 同时, 随着近几年高产品种的引进和科学栽培技术的应用, 郫都区作物产量与复种指数不断提高, 进一步加大了农田土壤养分的输出; 特别是大面积种植蔬菜, 对钾的吸收量相对较大, 导致钾含量较氮、磷相对偏低。为保持农田土壤肥力, 郫都区近几年的肥料使用量呈显著上升趋势, 根据2008年和2015年两期测土配方施肥数据的分析, 郫都区农田N、P2O5和K2O的使用量分别由2008年的190.65 kg·hm-2、74.85 kg·hm-2和82.8 kg·hm-2上升到2015年的321.15 kg·hm-2、220.80 kg·hm-2和286.80 kg·hm-2, 近10年P2O5和K2O的使用量增加了3—4倍。由于成都平原土壤保肥能力较差, 可以看出, 目前郫都区的农田高产, 很大一部分是建立在肥料的大量使用上。

土壤有机质是植物养分的主要来源, 与其它研究结论相比, 郫都区2015年农田SOM平均含量为22.35 g·kg-1, 低于杨刚[8]等以成都平原彭州市为例的研究结果(彭州市水田SOM平均含量由1982年的25.65 g·kg-1增加到2007年的33.04 g·kg-1), 一方面本研究土壤采样是在大春作物收获后即没有淹水的条件下进行, 而水田有机质平均含量通常较同一景观的旱地要高11.5%—57.5%[16-17], 因为淹水条件下土壤中新鲜有机质的矿化速率较低、腐殖化系数较高, 有利于土壤有机质的积累[8]; 另一方面可能与郫都区近几年多施复合肥, 少施农家肥有关。氮是蛋白质、核酸和叶绿素等的重要成分, 对作物生长具有重要作用。郫都区农田土壤TN和AN的平均含量分别为1.15 g·kg-1和95.38 mg·kg-1, 与陈肖[18]等对成都平原土壤氮素的研究结果相比(2002年TN和AN的平均含量分别为1.29 g·kg-1和72.2 mg·kg-1), TN含量略低, AN含量稍高; 但明显低于张浩[9]等对成都平原西部土壤氮素的研究结果(2016年TN和AN的平均含量分别为1.94 g·kg-1和138.70 mg·kg-1), 这主要与郫都区农田土壤TN和AN含量在西部地区相对较低有关[9]。磷是植物体中许多重要化合物的成分, 而且以多种方式参与植物的新陈代谢过程; 钾是许多酶的活化剂, 能促进糖分和淀粉的生成。郫都区农田土壤AP和AK的平均含量分别为21.01 mg·kg-1和104.58 mg·kg-1, 明显高于肖鹏飞[6]等对成都平原速效磷的研究结果(AP平均含量由1982年的7.1 mg·kg-1增至2002年的14.3 mg·kg-1); 也高于秦鱼生[7]等对成都平原广汉市速效磷和速效钾的研究结果(2004年AP和AK平均含量分别为8.23 mg·kg-1和72.2 mg·kg-1),说明为追求更高的经济效益, 郫都区农田土壤近几年的施肥量有着显著增加。

注: 种植模式图中, 1-“韭菜连作”; 2-“蔬菜连作或轮作”; 3-“水稻-大蒜”; 4-“水稻-圆根萝卜”; 5-“水稻-蔬菜”; 6-“油菜-玉米”; 7-“油菜-蔬菜”; 8-“水稻-油菜”。图中红色区域为郫都城区建设用地。

Figure 2 Planting patterns of farmland and spatial distribution of soil nutrients in Pidu District

3.2 郫都区农田土壤养分的空间变异与分布

郫都区农田SOM的空间变异主要受结构性因素影响, 其块金系数为0.39, 低于秦鱼生[7]等对成都平原水旱轮作SOM的研究结果(2004年块金系数为0.64), 也低于杨刚[8]等对成都平原水田SOM的研究结果(1982年和2007年块金系数分别为0.81和0.72), 综合不同学者的研究时间和结论来看, 郫都区农田SOM的块金系数整体呈下降趋势, 这应该与该地区农家肥逐步被复合肥及氮、磷、钾肥代替, 农田SOM得不到及时补充有一定关系。表3中代表结构性因素的不同土壤类型SOM存在一定差异, 表4中代表随机性因素的不同种植模式SOM无显著差异, 也反映出SOM的空间变异受结构性因素影响要多一些。

郫都区农田TN、AN和AP的空间变异主要受随机性因素影响, 其块金系数均在0.87以上, 其中TN和AN的块金系数明显高于陈肖[18]等对成都平原土壤氮素的研究结果(2002年TN和AN块金系数分别为0.436和0.377), 也高于张浩[9]等对成都平原西部土壤TN、AN的研究结果(2016年TN和AN块金系数分别为0.524和0.639); AP的块金系数高于肖鹏飞[6]等对成都平原速效磷的研究结果(AP块金系数由1982年的0.70增至2002年的0.79), 也高于秦鱼生[7]等对成都平原水旱轮作速效磷的研究结果(2004年AP块金系数为0.633)。综合不同研究来看, 郫都区农田TN、AN和AP的块金系数整体呈增加趋势, 说明近几年高强度的人类经营活动正在改变这一地区TN、AN和AP的空间分布格局。

郫都区农田AK的块金系数为0.62, 低于秦鱼生[7]等对成都平原水旱轮作速效钾的研究结果(2004年AK块金系数为0.836)。考虑到成都平原是一个扇状的平原, 水系发达, 地下水埋深浅, 地表水与地下水相互交换密切, 土壤速效钾在水循环过程中容易淋滤、交换、贫化, 因此, 结构性因素对AK的影响不容忽视; 同时, 由于近几年郫都区种植结构的调整, 农田AK的输入也因种植作物的不同而随时发生变化。综合来看, 现阶段郫都区AK的空间变异应是结构性因素和随机因素共同作用的结果。

人类长期耕作及其耕作方式对农田土壤会产生显著影响。研究表明, 自然过程(地形、母质、土壤类型)是土壤特性空间变异的内在驱动力, 它有利于土壤属性空间变异结构性的加强和相关性的提高; 而人为过程如施肥、耕作措施、作物种植制度则是影响土壤特性变异的外在因素, 表现为较大的随机性, 往往对变量空间变异的结构性和相关性产生削弱作用, 使土壤特性的空间分布朝均一方向发展[19]。本研究区不同土壤类型及不同种植模式农田土壤养分差异总体较小, 土壤养分含量相对均一, 且不同土壤养分含量的空间分布与该地区不同种植模式的空间分布具有一定的相关性, 正说明种植制度、肥料使用等人类高强度活动显著影响着郫都区农田土壤养分含量及其空间分布格局。

4 结论

1)郫都区农田SOM、TN、AN、AP和AK含量均值分别为22.35 g·kg-1、1.15 g·kg-1、95.38 mg·kg-1、21.01 mg·kg-1和104.58 mg·kg-1, 依据第二次全国土壤普查养分等级划分标准, 土壤养分含量总体不高; 尽管农田肥料投入近几年显著增加, 但随着郫都区作物产量与复种指数的不断提高, 土壤养分输出相对增加, 特别是蔬菜种植增加土壤钾素消耗量, 区域钾肥相对缺乏。方差分析表明, 郫都区不同土壤类型及不同种植模式农田土壤养分差异总体较小, 说明受高强度人类生产活动影响, 郫都区农田土壤养分含量变得相对一致。

2)郫都区农田土壤SOM和AK的块金系数分别为0.39和0.62, 其空间变异由土壤母质、地形、气候条件等结构性因素和耕作制度、施肥条件等随机性因素共同作用引起; TN、AN和AP的块金系数分别为0.87、0.94和0.97, 其空间变异主要受耕作制度、施肥条件等随机性因素影响; 结合不同时期不同学者的研究来看, 郫都区农田SOM块金系数呈下降趋势而TN、AN和AP块金系数呈增加趋势, 说明以蔬菜为主的旱作代替传统的水旱轮作、复合肥代替农家肥等生产方式的改变正在影响着郫都区农田土壤养分的空间分布格局。此外, 研究区不同土壤养分含量的空间分布与该地区不同种植模式的空间分布具有一定的相关性, 说明农田作物对养分的需求也在一定程度上影响着土壤养分的空间分布格局。

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Soil nutrient characteristics and spatial variability of farmland in high multiple cropping index area of Pidu District, Chengdu City.

WANG Bin1, HUANG Shengyi1, MIN Qingwen2, *, YUAN Zheng3, Zhang Bitian2, LI Heyao2

1. Institute of Subtropical Forestry, Chinese Academy of Forestry, Hangzhou 311400, China 2.Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China 3.Beijing Science Research Center, Beijing 100000, China

Chengdu Plain is a typical paddy agricultural area with a high multiple cropping index, where crops could be harvested for two or three times per year. In order to explore the soil nutrient characteristics and spatial distribution pattern of farmland in high land use area, this study used the classical statistics and geostatistical methods to analyze the 2015 soil testing and fertilization data in Pidu District and try to reveal the descriptive statistical characteristics and spatial variability of farmland soil nutrients in this region. The results show that, the average contents of soil organic matter (SOM), total nitrogen (TN), available nitrogen (AN), available phosphorus (AP) and available potassium (AK) in Pidu District were 22.35 g·kg-1, 1.15 g·kg-1, 95.38 mg·kg-1, 21.01 mg·kg-1and 104.58 mg·kg-1, respectively. There were less differences in soil nutrients of different soil types and planting patterns, indicating that the soil nutrient content of farmland in Pidu District was relatively consistent due to the high-intensity human production activities. Semi-variogram analysis showed that the nugget coefficients of SOM and AK were0.39 and 0.62, respectively, indicating that their spatial variations were caused by the combination of structural factors such as soil parent material, topography and climatic conditions, and random factors such as farming system and fertilization conditions. Combined with the existing research, the nugget coefficient of SOM in the farmland of Pidu District showed a declining trend, while TN, AN and AP showed an increasing trend. It indicated that with the continuous increasing of crop yield and crop multiple cropping index, the changes of the vegetable-based dry farming model replaced the traditional paddy-upland rotation model and compound fertilizer instead of farmyard manure were happening, which had an impact on the spatial distribution pattern of farmland soil nutrients in Pidu District.

farmland soil; nutrient content; planting pattern; spatial distribution; Pidu District

10.14108/j.cnki.1008-8873.2020.03.021

S151.9

A

1008-8873(2020)03-151-09

2019-08-08;

2019-10-10

“十三五”国家重点研发计划(2017YFC0505403); 成都市郫都区水旱轮作与川西林盘农业文化遗产保护研究

王斌(1978—), 男, 湖北荆州人, 博士, 副研究员, 主要从事农业文化遗产保护、生态经济研究, E-mail: ylwangbin@sina.com.cn

闵庆文(1963—), 男, 博士, 研究员, 主要从事生态农业与农业文化遗产、生态系统服务与生态补偿、资源生态与区域可持续发展等方面研究, E-mail: minqw@igsnrr.ac.cn

王斌, 黄盛怡, 闵庆文, 等. 高复种指数区成都市郫都区农田土壤养分特征及其空间变异研究[J]. 生态科学, 2020, 39(3): 151–159.

WANG Bin, HUANG Shengyi, MIN Qingwen, et al. Soil nutrient characteristics and spatial variability of farmland in high multiple cropping index area of Pidu District, Chengdu City.[J]. Ecological Science, 2020, 39(3): 151–159.