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对滩涂湿地围垦农田的土壤进行科学的养分管理,不但在湿地的改造利用过程中起到至关重要的作用,而且也是实施农业资源可持续发展的重要组成部分。本论文选取广州南沙滩涂湿围垦农田为研究对象,对围垦农田土壤养分特征进行了研究,分析了土壤养分的空间相关性,对区域土壤养分进行局部随机模拟,并提出了农田土壤养分分级分区的优化管理策略,为滩涂围垦农田土壤的科学管理和资源有效利用方面提供科学的依据。
研究区位于南沙南部的滩涂湿地围垦区域,面积为140.60 km2,通过网格法对研究区进行了采样分析。根据南沙地区湿地土壤资源的特点,对采样土壤的有机质、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、速效钾、pH值、盐分含量指标进行了测定并进行统计分析。利用GS和ArcGIS软件对土壤养分的空间变异性进行分析研究。然后对不同围垦时期的区域选取试验田对土壤养分进行动态的季节研究,探讨土壤对作物产量的影响因子。由于研究区土壤养分受随机性的因素影较大,本文提出了局部随机模型和地理信息系统相结合的方法来研究土壤养分空间分布情况。
通过研究区农田土壤养分的统计特征分析,结果显示土壤全氮和全钾属于中等水平,全磷属于缺乏水平,而速效养分中碱解氮属于中等偏下水平,速效磷和速效钾含量丰富,大部分属于一级。有机质属于中等偏低水平。不同土地利用方式的农田土壤养分分对比分析结果中,显示了种植菜地和施肥方式对土壤的全氮和速效磷的分布影响最大,香蕉地和甘蔗地这两种利用方式对速效钾分布影响较为明显。根据养分含量频数分布图结果显示研究区不同利用方式的农田土壤养分有着不同的分布特征。土壤养分空间相关性结果显示土壤碱解氮和速效磷的空间相关性弱,从而受人为的因素影响较大。而土壤全氮、全磷、有效钾、pH值、盐分含量和有机质空间上具有中等到较强的相关性,受土壤本身结构和随机因素的共同影响。全钾有很强的空间相关性,主要受结构性因素的影响。在不同围垦时期的农田土壤养分的变异性研究结果显示研究区较早围垦的地区土壤养分空间变异性较大,因为土地利用方式复杂和农户对土壤养分管理的差异加剧了土壤空间变异性。
通过对三个不同围垦时期的农田试验区进行土壤养分季节变化的分析结果表明,三个试验区耕层土壤的速效养分主要受施肥的影响,而且试验区的40~60cm的土层速效养分的季节变化幅度较小。全量养分季节变化幅度低于速效养分。香蕉和甘蔗的试验田土壤养分的季节变化主要取决于作物的种植制度,土壤养分管理和施肥技术,而与围垦的时期关系不大。三个试验区的农作物产量的高低主要受农户的肥料的结构和施肥技术的影响。农田肥料投入分析结果显示了试验区的农户对氮磷钾配施还没有充分认识,更有盲目施用复合肥的现象。农户大部分按传统方法或经验施肥,这样不但做成肥料浪费,还会造成环境污染。所以要因土合理的施配才能提高经济效益和土壤肥力。
由于研究区农田土壤养分的分布受随机因素影响较大,所以本文建立局部随机模型对土壤养分进行空间分析。局部随机模型是以随机场理论为基础,假设土壤养分的变异系数不随采样密度变化,在单元区域内产生一定数量的虚拟点,并利用随机方法对这些点的养分进行赋值,结合ArcGIS软件来分析土壤养分空间分布,所预测的结果涵盖了土壤养分整体的变化范围,能克服传统方法中信息单一的缺陷,而且避免了克里格插值法中信息丢失的问题,更有效地解释土壤养分含量的空间分布。局部随机模型不但能够预测土壤中养分总体分布的趋势,而且可以预测区域内土壤养分分布的概率,并显示出不同等级的土壤养分在该区出现的概率与分布情况,从而概率地评价局部区域内的土壤养分含量等级,可以更加合理地评价区域土壤养分的分布。应用局部随机模型理论结合GIS对研究区土壤养分进行优化管理,在模拟过程中,根据土壤数据来源于不同利用方式的农田进行不同的处理,模拟了不同的土壤分布特征,对区域土壤养分空间分布进行研究,将局部随机模型的模拟结果经ArcGIS处理和输出图形,从而提出了出南沙滩涂湿地围垦农田土壤养分的分级和分区优化管理策略。研究结果显示研究区土壤全氮分三个区域管理,全磷分六个区域管理,全钾分三个区域。对于不同的分区,采取不同的养分管理方案,能更科学而有效地对土壤养分进行管理。