利用GIS分析硼肥充足农业平原中土壤硼的空间变化性

《Scientific Reports》：Spatial variability of soil boron in a boron-rich agricultural plain using GIS

　　

摘要

由于自然和人为因素的差异，土壤性质及养分含量在空间上存在变化。利用地理信息系统（GIS）和地质统计方法对这些要素进行空间分析，有助于实现可持续的农业管理。硼是植物生长所必需的微量营养素，但即便在较低浓度下也可能在土壤中积累并产生毒性。本研究调查了穆斯塔法凯马尔帕萨平原土壤中植物可利用硼的浓度及其空间分布情况。该地区是以富含硼的上游流域冲积物为基础发展起来的重要农业区。研究采用1.5×1.5公里的网格采样设计，在0–30厘米的表土层和30–60厘米的底土层共119个地点采集了238份土壤样本。植物可利用硼通过0.01 M CaCl?溶液提取，再利用偶氮甲炔-H比色法在420纳米波长处进行光谱测定。在GIS环境中，通过普通克里金法生成了空间分布图和预测标准误差图，同时根据既定的土壤肥力阈值对硼浓度进行了分类。此外，还借助某些土壤性质数据以及CORINE土地用途/覆盖数据，分析了影响硼分布的潜在因素。研究结果显示，硼浓度存在显著的空间变异：在表土层中，55%的区域硼含量较高，40%的区域硼含量处于中等水平；在底土层中，56.60%的区域硼含量为中等，32.41%的区域硼含量较高。相关性分析和回归分析表明，硼的分布与多种土壤性质有关，尤其是表土的质地、含水量、pH值以及底土的电导率。基于CORINE数据的区域分析显示，农业区的硼含量偏高现象更为常见，不过仅从土地用途角度难以完全解释这一现象。总体而言，研究结果表明穆斯塔法凯马尔帕萨平原的大片区域都受到高硼含量的影响。鉴于该平原与富含硼的上游流域在地貌上的关联，加之该地区以农业用地为主，因此需要采取针对性的监测和管理措施，以降低硼的毒性风险，保障土壤和作物的长期生产力。